Home » Articole » RO » Știință » Fizica » Teoria relativității » Einstein: Soluția problemei de gravitație pe baza principiului general al relativității

Einstein: Soluția problemei de gravitație pe baza principiului general al relativității

Precesiunea periheliului lui Mercur

Dacă cititorul a urmat toate considerațiile noastre anterioare, el nu va mai avea dificultăți în înțelegerea metodelor care conduc la rezolvarea problemei gravitației.

Începem cu o analiză a unui domeniu galileian, adică un domeniu în care nu există câmp gravitațional în raport cu corpul de referință galileian K. Comportamentul barelor de măsurare și ceasurilor cu referire la K este cunoscut din teoria specială a relativității, ca și comportamentul punctelor materiale „izolate”; acestea din urmă se mișcă uniform și în linii drepte.

Acum, să legăm acest domeniu de un sistem de coordonate gaussian sau de o „moluscă”, ca corpul de referință K’. Atunci, în ceea ce privește K’ există un câmp gravitațional G (de un anumit tip). Aflăm comportamentul barelor de măsură și ceasurilor și, de asemenea, a punctelor materiale în mișcare liberă cu referire la K’ pur și simplu prin transformarea matematică. Interpretăm acest comportament ca fiind comportamentul barelor de măsură, ceasurilor și punctelor materiale sub influența câmpului gravitațional G. Apoi, introducem o ipoteză: că influența câmpului gravitațional asupra barelor de măsurare, a ceasurilor și a punctelor de material în mișcare liberă continuă să se desfășoare în conformitate cu aceleași legi, chiar și în cazul în care câmpul gravitațional predominant nu poate fi dedus din cazul special galileian, simplu prin intermediul unei transformări a coordonatelor.

Următorul pas este de a investiga comportamentul spațial-timp al câmpului gravitațional G, care a fost derivat din cazul special galileian simplu prin transformarea coordonatelor. Acest comportament este formulat într-o lege care este întotdeauna validă, indiferent de modul în care se poate alege corpul de referință (molusca) folosit în descriere.

Această lege nu este încă legea generală a câmpului gravitațional, deoarece câmpul gravitațional în cauză este de un tip aparte. Pentru a afla legea de cîmp generală a gravitației, trebuie să mai obținem o generalizare a legii, așa cum s-a constatat mai sus. Acest lucru poate fi obținut fără probleme, totuși, ținând cont de următoarele cerințe:

(a) Generalizarea necesară trebuie, de asemenea, să satisfacă postulatul general al relativității.

(b) Dacă există vreun obiect în domeniul în cauză, numai masa sa inerțială, și astfel, în conformitate cu secțiunea 15, numai energia sa este importantă pentru efectul său în excitarea unui câmp.

(c) Câmpul gravitațional și materia împreună trebuie să respecte legea conservării energiei (și a impulsului).

În cele din urmă, principiul general al relativității ne permite să determinăm influența câmpului gravitațional asupra cursului tuturor acelor procese care au loc conform legilor cunoscute atunci când un câmp gravitațional este absent, respectiv care au fost deja încadrate în teoria specială a relativității. În acest sens, procedăm în principiu în conformitate cu metoda deja explicată pentru barele de măsurare, ceasurile și punctele materiale în mișcare liberă.

Teoria gravitației derivată în acest fel din postulatul general al relativității excelează nu numai în frumusețea ei; nici în îndepărtarea defectului din mecanica clasică, adus la lumină în Secțiunea 21; nici în interpretarea legii empirice a egalității maselor inerțiale și gravitaționale; dar ea a explicat deja și un rezultat observațional din astronomie, pe care mecanica clasică nu putea să îl explice.

Dacă limităm aplicarea teoriei la cazul în care câmpurile gravitaționale pot fi privite ca fiind slabe și în care toate masele se mișcă în raport cu sistemul de coordonate cu viteze mici comparativ cu viteza luminii, obținem o primă aproximare a teoriei newtoniene. Astfel, cea de-a doua teorie este obținută aici fără o ipoteză particulară, în timp ce Newton trebuia să introducă ipoteza că forța de atracție dintre punctele materiale care se atrag reciproc este invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele. Dacă mărim exactitatea calculului, deviația de la teoria lui Newton devine vizibilă, practic toate acestea scăpând de testul observațional datorită micimii lor.

Trebuie să atragem atenția asupra uneia dintre aceste abateri. Conform teoriei lui Newton, o planetă se mișcă în jurul soarelui într-o elipsă, care își va menține permanent poziția față de stelele fixe, dacă nu putem ține cont de mișcarea stelelor fixe și de acțiunea celorlalte planete în discuție. Astfel, dacă corectăm mișcarea observată a planetelor pentru aceste două influențe și dacă teoria lui Newton este strict corectă, ar trebui să obținem pentru orbita planetei o elipsă care este fixată cu referire la stelele fixe. Această deducere, care poate fi testată cu mare precizie, a fost confirmată pentru toate planetele, cu excepția unei singure, cu precizia care poate fi obținută prin delicatețea observării realizabilă în prezent. Singura excepție este Mercur, planeta care se află cel mai aproape de Soare. De pe vtimpul lui Leverrier, se știe că elipsa corespunzătoare orbitei lui Mercur, după ce a fost corectată pentru influențele menționate mai sus, nu este staționară în raport cu stelele fixe, ci se rotește foarte încet în planul orbitei și în sensul mișcării orbitale. Valoarea obținută pentru această mișcare rotativă a elipsei orbitale este de 43 de secunde de arc pe secol, o valoare asigurată a fi corectă cu o eroare de câteva secunde de arc. Acest efect poate fi explicat prin intermediul mecanicii clasice numai pe baza ipotezelor care au o probabilitate mică și care au fost concepute exclusiv pentru acest scop.

Pe baza teoriei generale a relativității, se constată că elipsa fiecărei planete în jurul Soarelui trebuie să se rotească în mod necesar în modul indicat mai sus; că pentru toate planetele, cu excepția lui Mercur, această rotație este prea mică pentru a fi detectată cu delicatețea observării posibilă în prezent; dar că în cazul lui Mercur trebuie să ajungă la 43 de secunde de arc pe secol, rezultatul fiind strict conform cu observația.

În afară de aceasta, până în prezent a fost posibil să se facă doar două deduceri din teoria care admit să fie testate prin observare, în sensul curburii razelor de lumină de câmpul gravitațional al Soarelui, 22) și o deplasare a liniilor spectrale a luminii care ajunge la noi de la stele mari, în comparație cu liniile corespunzătoare pentru lumina produsă într-o manieră analogă terestră (adică de același fel de atom). 23) Aceste două deducții din teorie au fost confirmate.

Note

22) Primele au fost observate de Eddington și alții în 1919. (A se vedea Anexa III).

23) Stabilită de Adams în 1924.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *