Albert Einstein sok dologról volt híres, de legnagyobb agyháza a relativitáselmélet. Ez örökre megváltoztatta a tér és az idő megértését.
Mi a relativitáselmélet? Röviden szólva az a felfogás, hogy a fizika törvényei mindenütt azonosak. Mi, a Földön, ugyanazokat a fény- és gravitációs törvényeket betartjuk, mint valaki az univerzum távoli sarkában.
A fizika egyetemessége azt jelenti, hogy a történelem tartományi. A különböző nézők eltérően látják az események időzítését és térközét. Ami számunkra egy millió év, lehet, hogy csak egy szempillantás alatt tartózkodik valaki, aki nagy sebességű rakétában repül, vagy egy fekete lyukba esik.
Ez mind viszonylagos.
Különleges relativitáselmélet
Einstein elmélete speciális és általános relativitáselméletre oszlik.
A speciális relativitáselmélet jött először, és azon alapszik, hogy a fénysebesség mindenki számára állandó. Ez elég egyszerűnek tűnhet, de messzemenő következményekkel jár.
Einstein erre a következtetésre jutott 1905-ben, miután a kísérleti bizonyítékok azt mutatták, hogy a fénysebesség nem változott, amikor a Föld a nap körül forgott.
Ez az eredmény meglepő volt a fizikusok számára, mivel a legtöbb dolog sebessége attól függ, hogy milyen irányba halad a megfigyelő. Ha a kocsival egy vasúti sín mentén halad, úgy tűnik, hogy az Ön felé érkező vonat sokkal gyorsabban halad, mintha fordulna és ugyanabba az irányba haladna.
Einstein elmondta, hogy minden megfigyelő másodpercenként 186 000 mérföldes fénymérési sebességet mér, függetlenül attól, hogy milyen gyorsan és milyen irányba haladnak.
Ez a maximum arra késztette Stephen Wright komikust, hogy kérdezze: "Ha űrhajóban van, amely fénysebességgel halad és bekapcsolja a fényszórót, történik valami?"
A válasz: a fényszórók általában bekapcsolnak, de csak az űrhajón belüli személyek szempontjából. Valaki számára, aki kívül áll, és figyeli a hajó repülését, úgy tűnik, hogy a fényszórók nem kapcsolnak be: fény világít, de ugyanolyan sebességgel halad, mint az űrhajó.
Ezek az ellentmondásos verziók azért merülnek fel, mert az uralkodók és az órák - az időt és a teret jelölő dolgok - nem azonosak a különböző megfigyelők számára. Ha a fénysebességet állandónak kell tartani, amint azt Einstein mondta, akkor az idő és a tér nem lehet abszolút; szubjektívnek kell lenniük.
Például egy 100 láb hosszú űrhajó, amely 99,99% -os sebességgel halad meg, a fénysebesség egy láb hosszúnak tűnik egy álló megfigyelő számára, de a fedélzeten tartózkodók esetében ez normál hossza marad.
Talán még furcsább is, az idő lassabban halad, minél gyorsabban megy. Ha egy iker elhalad a gyorshajtó űrhajón valami távoli csillag felé, majd visszatér, fiatalabb lesz, mint a húga, aki a Földön maradt.
A tömeg is függ a sebességtől. Minél gyorsabban mozog egy tárgy, annál masszívabbá válik. Valójában egyetlen űrhajó sem érheti el a fénysebesség 100% -át, mert tömege végtelenségig növekszik.
Ezt a tömeg és a sebesség közötti összefüggést gyakran a tömeg és az energia kapcsolatával fejezik ki: E = mc ^ 2, ahol E energia, m tömeg és c a fénysebesség.
Általános relativitáselmélet
Einstein nem azért tört, hogy megzavarja az idő és a tér megértését. Aztán általánosította elméletét a gyorsulás bevonásával, és megállapította, hogy ez torzítja az idő és a tér alakját.
A fenti példa betartása érdekében: képzelje el, hogy az űrhajó felgyorsul, ha ráhúzza a tolóerejét. A fedélzeten tartók úgy fognak tapadni a földhöz, mintha a Földön lennének. Einstein azt állította, hogy a gravitációnak nevezett erő nem különböztethető meg attól, hogy egy gyorsító hajóban van-e.
Ez önmagában nem volt annyira forradalmi, de amikor Einstein kidolgozta a komplex matematikát (10 évbe telt), rájött, hogy a tér és az idő egy hatalmas tárgy közelében van görbítve, és ezt a görbülést tapasztaljuk gravitációs erőként.
Nehéz ábrázolni az általános relativitásellenőrzés ívelt geometriáját, de ha a téridőre mint egyfajta szövetre gondolunk, akkor egy hatalmas tárgy meghosszabbítja a környező anyagot úgy, hogy minden, ami a közelben halad, már nem követ egyenes vonalat.
Az általános relativitáselmélet egyenletei számos jelenséget megjósolnak, amelyek közül sokat megerősítették:
- fény hajlítása hatalmas tárgyak körül (gravitációs lencse)
- lassú evolúció a Merkúr bolygó pályáján (perihelion-precesszió)
- a tér-idő keretes húzása forgó testek körül
- a gravitációs vonzás elkerülése miatt a fény gyengülése (gravitációs vöröseltolódás)
- gravitációs hullámok (hullámok a tér-idő szövetben), amelyeket kozmikus összetörések okoztak
- olyan fekete lyukak létezése, amelyek minden csapdába esnek, beleértve a fényt is
A téridő hulláma a fekete lyuk körül intenzívebb, mint bárhol másutt. Ha az űrkutató iker egy fekete lyukba esne, akkor úgy kinyújtanák, mint spagetti.
Vele szerencsére néhány másodperc alatt vége lesz. De a nővére a földön soha nem látja a végét - szegény nővére fokozatosan figyelve az univerzum korában a fekete lyuk felé mutat.
Ezt a cikket 2019. július 2-án frissítette a Live Science közreműködő Tim Childers.
