» » » » » » » Teoria relativităţii generale

Teoria relativităţii generale

Lensshoe_hubble

În fizică, relativitatea generală este teoria gravitației publicată de Albert Einstein în 1915. Potrivit relativității generale, forța de gravitație este o manifestare a geometriei locale spațiu-timp. Deși teoria modernă se datorează lui Einstein, originile sale merg înapoi la axiomele geometriei euclidiene, și multe încercări de-a lungul secolelor pentru a dovedi al cincilea postulat al lui Euclid, conform căruia liniile paralele rămân mereu echidistante, culminând cu realizarea lui Lobachevsky, Bolyai și Gauss, care afirmă că această axiomă nu trebuie să fie adevărată. Matematica generală a geometriilor neeuclidiene a fost dezvoltată de către un elev a lui Gauss, Riemann, dar aceasta s-a considerat a fi în întregime inaplicabilă pentru lumea reală până când Einstein a dezvoltat teoria relativităţii.

Aceasta imagine este înșelătoare. Spațiu-timpul nu ar trebui să fie considerat ca fiind încorporat într-un spațiu plat cu mai multe dimensiuni cu „greutatea” obiectelor masive „întinzând” „materia spațiu-timpului ca la o trambulină”, traiectoriile din jurul acestei „adâncituri” fiind curbate din cauza gravitaţiei într-o dimensiune superioară ca urmare a „pantei” „trambulinei”.

Teoria specială a relativității (1905) a  modificat ecuațiile utilizate în compararea măsurătorilor efectuate de către corpuri diferite în mișcare, având în vedere valoarea constantă a vitezei luminii, adică invarianță sa observată în cadre de referință care se deplasează uniform în raport unul cu celălalt. Aceasta a avut drept consecință faptul că fizica nu a mai putut trata separat spațiul și timpul, ci doar într-un sistem de patru-dimensional, „spațiu-timp”, care a fost împărțit în direcții „spațale” şi „temporale” diferite în funcție de observatorul în mișcare. Teoria generală a adăugat la aceasta faptul că prezența materiei „deformează” mediul spațiu-timp local, astfel încât aparentele linii „drepte” prin spațiu și timp au proprietăți asemănate de noi cu linii „curbe”.

La data de 29 mai 1919 observațiile lui Arthur Eddington pentru deplasarea pozițiile stelelor în timpul unei eclipse solare a confirmat teoria.

Fondarea relativităţii și a relativităţii speciale

Gauss şi-a dat seama că nu există niciun motiv special pentru ca geometria spațiului să fie euclidiană. Ce înseamnă acest lucru este că, dacă un fizician are un băț, și un cartograf se află la o anumită distanță și măsoară lungimea printr-o tehnică de triangulare bazată pe geometria euclidiană, atunci nu este garantat că el va obține același rezultat ca și în cazul în care fizicianul ar măsura direct lungimea cu băţul. Desigur că doar cu un băţ nu s-ar putea, în practică, sinţi diferența dintre cele două măsurători, dar există măsurători echivalente care pot detecta geometria ne-euclidiana a spatiu-timpului în mod direct. De exemplu, experimentul Pound-Rebka (1959) a detectat schimbarea în lungimea de undă a luminii de la o sursă de cobalt care a creescut cu 22,5 metri datorită gravitației într-un puț în laboratorul de fizică Jefferson de la Harvard, iar viteza ceasurilor atomice din sateliții GPS de pe orbita Pământului trebuie să fie corectată ţinând cont de efectul gravitației.

Teoria gravitației a lui Newton a presupus că obiectele au, practic, viteze absolute: că unele obiecte sunt  într-adevăr în stare de repaus, în timp ce altele sunt cu adevărat în mișcare. El a realizat, și a făcut clar aceasta, că nu există nicio metodă de a măsura aceste valori absolute. Toate măsurătorile pe care le poate face cineva pot oferi doar viteze relative în raport cu viteza proprie (pozițiile relative la poziția proprie, și așa mai departe), și toate legile mecanicii par să funcționeze în mod identic, indiferent de modul în care unul a fost în mișcare. Newton credea, totuși, că teoria nu poate avea sens fără presupunerea că există valori absolute, chiar dacă ele nu pot fi determinate. De fapt, mecanica newtoniană poate fi făcută să funcționeze fără această presupunere: rezultatul este destul de inofensiv, și nu ar trebui să fie confundată cu relativității a lui Einstein, care necesită şi condiţia constanței vitezei luminii.

În secolul XIX Maxwell a formulat un set de ecuații – ecuațiile de câmp Maxwell – care au demonstrat că lumina ar trebui să se comporte ca o undă emisă de câmpuri electromagnetice care ar putea călători cu o viteză fixă prin spațiu. Acest lucru a apărut pentru a oferi o modalitate de lucru pentru relativitatea lui Newton: prin compararea vitezei proprii cu viteza luminii în apropierea cuiva, ar trebui să se poată măsura viteza absolută a cuiva – sau, ceea ce este practic acelaşi lucru, viteza relativă a cuiva în raport cu un cadru de de referință care ar fi același pentru toți observatorii.

Presupunerea a fost că indiferent de mediul prin care lumina a călătorit – indiferent de natura undelor – acestea ar putea fi considerate ca un fundal în raport cu care să se facă alte măsurători. Aceasta a inspirat încercări de a determina viteza Pământului cu ajutorul acestui fundal cosmic sau „eter”. Viteza luminii, măsurată la suprafața pământului, ar trebui să fie mai mare atunci când pământul se mișcă împotriva eterului, şi mai mică atunci când se deplasează în aceeași direcție. (Având în vedere că pământul se deplasează prin spațiu și în acelaşi timp se roteşte, ar trebui să existe cel puțin unele măsurători diferite aici.) Un test realizat de Michelson și Morley spre sfârşitul secolului a ajuns la rezultatul uimitor că viteza luminii părea să fie la fel în fiecare direcție.

Einstein a sintetizat aceste rezultate diferite în lucrarea sa din 1905 „Asupra electrodinamicii corpurilor în mişcare.”

Lasă un răspuns

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