Teoria względności Einsteina zawsze była dla mnie czymś abstrakcyjnym i niezrozumiałym. Spróbujmy opisać teorię względności Einsteina prostymi słowami. Wyobraź sobie, że jesteś na zewnątrz w ulewnym deszczu, a wiatr wieje ci w plecy. Jeśli zaczniesz szybko biegać, krople deszczu nie spadną Ci na plecy. Krople będą wolniejsze lub w ogóle nie dosięgną do pleców, jest to naukowo udowodniony fakt, a sam możesz to sprawdzić podczas ulewy. Teraz wyobraź sobie, że gdybyś odwrócił się i pobiegł pod wiatr z deszczem, krople spadłyby mocniej na twoje ubranie i twarz, niż gdybyś po prostu stał.
Wcześniej naukowcy uważali, że światło działa jak deszcz w wietrzne dni. Myśleli, że jeśli Ziemia porusza się wokół Słońca, a Słońce wokół galaktyki, to można zmierzyć prędkość ich ruchu w kosmosie. Ich zdaniem pozostaje im już tylko zmierzyć prędkość światła i jak się ono zmienia względem dwóch ciał.
Naukowcy to zrobili znalazłem coś bardzo dziwnego. Prędkość światła była taka sama, bez względu na to, jak poruszały się ciała i w jakim kierunku dokonywać pomiarów.
To było bardzo dziwne. Jeśli weźmiemy pod uwagę burzę, to w normalnych okolicznościach krople deszczu będą oddziaływać na ciebie mniej więcej w zależności od twoich ruchów. Zgadzam się, byłoby bardzo dziwne, gdyby ulewa wiała ci w plecy z taką samą siłą, zarówno podczas biegu, jak i podczas postoju.
Naukowcy odkryli, że światło nie ma takich samych właściwości jak krople deszczu czy cokolwiek innego we wszechświecie. Bez względu na to, jak szybko się poruszasz i bez względu na kierunek, w jakim zmierzasz, prędkość światła zawsze będzie taka sama. Jest to bardzo mylące i tylko Albert Einstein był w stanie rzucić światło na tę niesprawiedliwość.
Einstein i inny naukowiec, Hendrik Lorenz, odkryli, że istnieje tylko jeden sposób na wyjaśnienie, jak to wszystko może być. Jest to możliwe tylko wtedy, gdy czas zwalnia.
Wyobraź sobie, co by się stało, gdybyś dla ciebie zwolnił czas i nie wiedziałeś, że poruszasz się wolniej. Poczujesz, że wszystko inne dzieje się szybciej., wszystko wokół ciebie poruszy się jak w filmie przewijanym do przodu.
Więc teraz udawajmy, że znowu jesteś w ulewie. Jak to możliwe, że deszcz wpłynie na ciebie w ten sam sposób, nawet jeśli biegasz? Okazuje się, że jeśli próbowałeś uciec przed deszczem, to Twój czas by zwolnił, a deszcz przyspieszył. Krople deszczu spadałyby na twoje plecy z tą samą prędkością. Naukowcy nazywają to rozszerzeniem czasu. Bez względu na to, jak szybko się poruszasz, Twój czas zwalnia, przynajmniej jak na prędkość światła, to wyrażenie jest prawdziwe.
Dualność pomiarów
Inną rzeczą, którą odkryli Einstein i Lorentz, jest to, że dwie osoby w różnych okolicznościach mogą otrzymać różne obliczone wartości, a najdziwniejsze jest to, że oboje będą mieli rację. To kolejny efekt uboczny tego, że światło porusza się zawsze z tą samą prędkością.
Zróbmy eksperyment myślowy
Wyobraź sobie, że stoisz na środku pokoju i umieściłeś lampę na środku pokoju. Teraz wyobraź sobie, że prędkość światła jest bardzo wolna i możesz zobaczyć, jak się rozprzestrzenia, wyobraź sobie, że włączyłeś lampę.
Gdy tylko włączysz lampę, światło zacznie się rozchodzić i świecić. Ponieważ obie ściany znajdują się w tej samej odległości, światło dotrze do obu ścian w tym samym czasie.
Teraz wyobraź sobie, że twój pokój ma duże okno i przejeżdża obok niego twój przyjaciel. Zobaczy coś jeszcze. Dla niego będzie to wyglądało, jakby twój pokój przesuwał się w prawo, a kiedy włączysz lampę, zobaczy lewą ścianę poruszającą się w kierunku światła. a prawa ściana odsuwa się od światła. Zobaczy, że światło najpierw uderzyło w lewą ścianę, a potem w prawą. Wydaje mu się, że światło nie oświetlało obu ścian jednocześnie.
Zgodnie z teorią względności Einsteina oba punkty widzenia byłyby słuszne.. Z Twojego punktu widzenia światło pada jednocześnie na obie ściany. Z punktu widzenia twojego przyjaciela tak nie jest. Nie ma w tym niczego złego.
Dlatego naukowcy twierdzą, że „jednoczesność jest względna”. Jeśli mierzysz dwie rzeczy, które powinny się wydarzyć w tym samym czasie, to ktoś, kto porusza się z inną prędkością lub w innym kierunku, nie będzie w stanie zmierzyć ich w taki sam sposób jak ty.
Wydaje nam się to bardzo dziwne, ponieważ prędkość światła jest dla nas natychmiastowa i poruszamy się bardzo wolno w porównaniu z nią. Ponieważ prędkość światła jest tak duża, nie zauważamy prędkości światła, chyba że przeprowadzimy specjalne eksperymenty.
Im szybciej porusza się obiekt, tym jest krótszy i mniejszy
Kolejny bardzo dziwny efekt ubocznyże prędkość światła się nie zmienia. Z prędkością światła poruszające się rzeczy stają się krótsze.
Ponownie wyobraźmy sobie, że prędkość światła jest bardzo mała. Wyobraź sobie, że jesteś w pociągu i zainstalowałeś lampę na środku wagonu. Teraz wyobraź sobie, że włączyłeś lampę, tak jak w pokoju.
Światło będzie się rozchodzić i jednocześnie docierać do ścian przed i za samochodem. W ten sposób możesz nawet zmierzyć długość wagonu, mierząc, ile czasu zajęło światło dotarcie do obu stron.
Zróbmy obliczenia:
Wyobraź sobie, że przebycie 10 metrów zajmuje 1 sekundę, a światło od lampy do ściany samochodu zajmuje 1 sekundę. Oznacza to, że lampa znajduje się w odległości 10 metrów od obu stron samochodu. Skoro 10 + 10 = 20 oznacza to, że długość auta wynosi 20 metrów.
Teraz wyobraźmy sobie, że twój przyjaciel jest na ulicy i patrzy na przejeżdżający pociąg. Pamiętaj, że widzi rzeczy inaczej. Tylna ściana auta przesuwa się w kierunku lampy, natomiast przednia ściana oddala się od niej. Dzięki temu dla niego światło nie będzie jednocześnie dotykać przedniej i tylnej ściany samochodu. Najpierw światło będzie sięgać do tyłu, a potem do przodu.
Jeśli więc ty i twój przyjaciel zmierzycie prędkość rozchodzenia się światła z lampy na ściany, otrzymacie różne wartości, natomiast z punktu widzenia nauki oba obliczenia będą poprawne. Tylko dla Ciebie, zgodnie z pomiarami, długość wagonu będzie taka sama, a dla kolegi długość wagonu będzie mniejsza.
Pamiętaj, że chodzi o to, jak i w jakich warunkach mierzysz. Gdybyś był w latającej rakiecie, która porusza się z prędkością światła, nie poczułbyś nic niezwykłego, w przeciwieństwie do ludzi na ziemi mierzących twój ruch. Nie byłbyś w stanie stwierdzić, że czas płynął wolniej lub że przód i tył statku nagle zbliżyły się do siebie.
Jednocześnie, gdybyś leciał na rakiecie, wydawałoby ci się, że wszystkie planety i gwiazdy przelatują obok ciebie z prędkością światła. W takim przypadku, jeśli spróbujesz zmierzyć ich czas i rozmiar, to logicznie dla nich czas powinien zwolnić, a rozmiar się zmniejszyć, prawda?
Wszystko to było bardzo dziwne i niezrozumiałe, ale Einstein zaproponował rozwiązanie i połączył wszystkie te zjawiska w jedną teorię względności.
Rewolucyjny fizyk użył swojej wyobraźni, a nie skomplikowanej matematyki, aby wymyślić swoje najsłynniejsze i najbardziej eleganckie równanie. Einstein jest znany z przewidywania dziwnych, ale prawdziwych zjawisk, takich jak wolniejsze starzenie się astronautów w kosmosie w porównaniu z ludźmi na Ziemi oraz zmiany kształtu ciał stałych przy dużych prędkościach.
Ale interesującą rzeczą jest to, że jeśli weźmiesz kopię oryginalnej pracy Einsteina z 1905 roku na temat względności, to dość łatwo ją przeanalizować. Tekst jest prosty i jasny, a równania są w większości algebraiczne – każdy uczeń szkoły średniej może je zrozumieć.
To dlatego, że złożona matematyka nigdy nie była mocną stroną Einsteina. Lubił myśleć w przenośni, przeprowadzać eksperymenty w swojej wyobraźni i rozumieć je, aż fizyczne idee i zasady stały się krystalicznie jasne.
Oto jak eksperymenty myślowe Einsteina rozpoczęły się, gdy miał zaledwie 16 lat, i jak ostatecznie doprowadziły go do najbardziej rewolucyjnego równania we współczesnej fizyce.
W tym momencie życia Einsteina jego słabo skrywana pogarda dla jego niemieckich korzeni, autorytarnych metod nauczania w Niemczech, odegrała już pewną rolę i został wyrzucony ze szkoły średniej, więc przeniósł się do Zurychu w nadziei na zapisanie się do szwajcarskiego Federalny Instytut Technologiczny (ETH).
Ale najpierw Einstein postanowił spędzić rok na szkoleniu w szkole w pobliskim mieście Aarau. W tym momencie wkrótce zaczął się zastanawiać, jak to jest biec obok promienia światła.
Einstein nauczył się już na zajęciach z fizyki, czym jest promień światła: mnóstwo oscylujących pól elektrycznych i magnetycznych poruszających się z prędkością 300 000 kilometrów na sekundę, zmierzoną prędkością światła. Einstein zdał sobie sprawę, że gdyby podbiegł blisko z tą prędkością, mógł zobaczyć w pobliżu wiele oscylujących pól elektrycznych i magnetycznych, jakby zamrożonych w przestrzeni.
Ale to było niemożliwe. Po pierwsze, pola stacjonarne naruszałyby równania Maxwella, prawa matematyczne, które zawierały wszystko, co fizycy wiedzieli o elektryczności, magnetyzmie i świetle. Prawa te były (i nadal są) dość surowe: wszelkie fale na tych polach muszą poruszać się z prędkością światła i nie mogą stać w miejscu, poza żadną.
Co gorsza, pola stacjonarne nie pasowały do zasady względności znanej fizykom od czasów Galileusza i Newtona w XVII wieku. Zasadniczo zasada względności mówi, że prawa fizyki nie mogą zależeć od tego, jak szybko się poruszasz: możesz zmierzyć tylko prędkość jednego obiektu względem drugiego.
Ale kiedy Einstein zastosował tę zasadę w swoim eksperymencie myślowym, pojawiła się sprzeczność: teoria względności podpowiadała, że wszystko, co widzi poruszające się w pobliżu wiązki światła, w tym pola stacjonarne, musi być czymś przyziemnym, co fizycy mogą stworzyć w laboratorium. Ale nikt tego nigdy nie widział.
Ten problem będzie niepokoił Einsteina przez kolejne 10 lat, w trakcie jego podróży studiów i pracy w ETH oraz przeprowadzki do stolicy Szwajcarii, Berna, gdzie zostanie egzaminatorem w szwajcarskim urzędzie patentowym. To tam raz na zawsze rozwiąże ten paradoks.
1904: pomiar światła z jadącego pociągu
Nie było to łatwe. Einstein próbował każdego rozwiązania, które przyszło mu do głowy, ale nic nie działało. Prawie zrozpaczony zaczął rozważać proste, ale radykalne rozwiązanie. Może równania Maxwella działają na wszystko, pomyślał, ale prędkość światła zawsze była stała.
Innymi słowy, kiedy widzisz przechodzącą wiązkę światła, nie ma znaczenia, czy jej źródło porusza się w twoim kierunku, od ciebie, na bok, czy gdzie indziej, i nie ma znaczenia, jak szybkie jest jego źródło poruszający. Prędkość światła, którą mierzysz, zawsze będzie wynosić 300 000 kilometrów na sekundę. Oznaczało to między innymi, że Einstein nigdy nie zobaczy stacjonarnych pól oscylujących, ponieważ nigdy nie będzie w stanie złapać wiązki światła.
Był to jedyny sposób, w jaki Einstein widział, aby pogodzić równania Maxwella z zasadą względności. Na pierwszy rzut oka to rozwiązanie miało jednak swoją fatalną wadę. Później wyjaśnił to innym eksperymentem myślowym: wyobraź sobie wiązkę wystrzeliwaną wzdłuż nasypu kolejowego, gdy pociąg przejeżdża w tym samym kierunku z, powiedzmy, 3000 kilometrów na sekundę.
Ktoś stojący w pobliżu nasypu musiałby zmierzyć prędkość wiązki światła i wyliczyć standardową liczbę 300 000 kilometrów na sekundę. Ale ktoś w pociągu zobaczy światło poruszające się z prędkością 297 000 kilometrów na sekundę. Jeśli prędkość światła nie jest stała, równanie Maxwella wewnątrz samochodu musi wyglądać inaczej, konkludował Einstein, a wtedy zasada względności zostanie naruszona.
Ta pozorna sprzeczność trzymała Einsteina w myślach przez prawie rok. Ale potem, pewnego pięknego poranka w maju 1905, poszedł do pracy ze swoim najlepszym przyjacielem Michelem Besso, inżynierem, którego znał od czasów studenckich w Zurychu. Obaj mężczyźni, jak zawsze, rozmawiali o dylematach Einsteina. I nagle Einstein zobaczył rozwiązanie. Pracował nad tym całą noc, a kiedy spotkali się następnego ranka, Einstein powiedział do Besso: „Dziękuję. Całkowicie rozwiązałem problem”.
Maj 1905: piorun uderza w jadący pociąg
Odkrycie Einsteina polegało na tym, że obserwatorzy w ruchu względnym inaczej postrzegają czas: jest całkowicie możliwe, że z punktu widzenia jednego obserwatora dwa zdarzenia zachodzą jednocześnie, ale z punktu widzenia drugiego w różnym czasie. I obaj obserwatorzy będą mieli rację.
Einstein później zilustrował swój punkt widzenia innym eksperymentem myślowym. Wyobraź sobie, że obserwator znów stoi przy torach, a pociąg przejeżdża obok niego. W chwili, gdy centralny punkt pociągu mija obserwatora, piorun uderza w oba końce pociągu. Ponieważ piorun uderza w tej samej odległości od obserwatora, ich światło w tym samym czasie wpada do jego oczu. Można śmiało powiedzieć, że piorun uderza w tym samym czasie.
Tymczasem inny obserwator siedzi dokładnie pośrodku pociągu. Z jego punktu widzenia światło z dwóch uderzeń pioruna przemierza tę samą odległość, a prędkość światła będzie taka sama w obu kierunkach. Ale ponieważ pociąg się porusza, światło pochodzące z tylnej błyskawicy musi przebyć większą odległość, więc dociera do obserwatora kilka chwil później niż światło z początku. Ponieważ impulsy świetlne docierają w różnym czasie, można wywnioskować, że uderzenia piorunów nie są równoczesne – jedno następuje szybciej.
Einstein zdał sobie sprawę, że właśnie ta jednoczesność jest względna. A kiedy już to przyznasz, dziwne efekty, które teraz kojarzymy z teorią względności, rozwiązuje się za pomocą prostej algebry.
Einstein gorączkowo spisywał swoje przemyślenia i przesyłał swoją pracę do publikacji. Tytuł brzmiał O elektrodynamice ciał w ruchu i odzwierciedlał próbę Einsteina powiązania równań Maxwella z zasadą względności. Besso otrzymała specjalne podziękowania.
Wrzesień 1905: masa i energia
Ta pierwsza praca nie stała się jednak ostatnią. Einstein miał obsesję na punkcie teorii względności do lata 1905, a we wrześniu wysłał do publikacji drugi artykuł, już po fakcie, z mocą wsteczną.
Opierał się na jeszcze innym eksperymencie myślowym. Wyobraź sobie obiekt w spoczynku, powiedział. Teraz wyobraź sobie, że jednocześnie emituje dwa identyczne impulsy światła w przeciwnych kierunkach. Obiekt pozostanie na swoim miejscu, ale ponieważ każdy impuls niesie pewną ilość energii, energia zawarta w obiekcie zmniejszy się.
Jak pisał Einstein, jak ten proces wyglądałby dla poruszającego się obserwatora? Z jego punktu widzenia obiekt będzie po prostu nadal poruszał się w linii prostej, podczas gdy dwa impulsy odlatują. Ale nawet jeśli prędkość obu impulsów pozostanie taka sama – prędkość światła – ich energie będą różne. Impuls poruszający się do przodu w kierunku jazdy będzie miał wyższą energię niż impuls poruszający się w przeciwnym kierunku.
Dodając trochę algebry, Einstein wykazał, że aby wszystko było spójne, obiekt musi nie tylko tracić energię podczas wysyłania impulsów świetlnych, ale także masę. Albo masa i energia muszą być wymienne. Einstein zapisał równanie, które je łączy. I stało się najsłynniejszym równaniem w historii nauki: E = mc 2 .
Nawet pod koniec XIX wieku większość naukowców skłaniała się ku poglądowi, że fizyczny obraz świata jest w zasadzie zbudowany i pozostanie niezachwiany w przyszłości – doprecyzować trzeba było tylko szczegóły. Ale w pierwszych dekadach XX wieku poglądy fizyczne zmieniły się radykalnie. Było to wynikiem „kaskady” odkryć naukowych dokonanych w niezwykle krótkim okresie historycznym, obejmującym ostatnie lata XIX wieku i pierwsze dekady XX wieku, z których wiele w ogóle nie pasowało do przedstawienia zwykłego człowieka doświadczenie. Uderzającym przykładem jest teoria względności stworzona przez Alberta Einsteina (1879-1955).
Teoria względności- fizyczna teoria czasoprzestrzeni, czyli teoria opisująca uniwersalne czasoprzestrzenne własności procesów fizycznych. Termin ten został wprowadzony w 1906 roku przez Maxa Plancka, aby podkreślić rolę zasady względności.
w szczególnej teorii względności (a później ogólnej teorii względności).
W wąskim sensie teoria względności obejmuje szczególną i ogólną teorię względności. Szczególna teoria względności(zwane dalej SRT) odnosi się do procesów, w których badaniu można pominąć pola grawitacyjne; ogólna teoria względności(zwana dalej GR) jest teorią grawitacji, która uogólnia teorię Newtona.
Specjalny, lub prywatna teoria względności
to teoria budowy czasoprzestrzeni. Został po raz pierwszy wprowadzony w 1905 roku przez Alberta Einsteina w swojej pracy „O elektrodynamice ciał w ruchu”. Teoria opisuje ruch, prawa mechaniki, a także determinujące je zależności czasoprzestrzenne, przy dowolnej prędkości ruchu,
w tym te bliskie prędkości światła. Klasyczna mechanika Newtona
w SRT jest przybliżeniem dla małych prędkości.
Jednym z powodów sukcesu Alberta Einsteina jest to, że przedłożył dane eksperymentalne przed danymi teoretycznymi. Kiedy wiele eksperymentów wykazało wyniki sprzeczne z ogólnie przyjętą teorią, wielu fizyków uznało, że eksperymenty te były błędne.
Albert Einstein był jednym z pierwszych, którzy zdecydowali się zbudować nową teorię opartą na nowych danych eksperymentalnych.
Pod koniec XIX wieku fizycy poszukiwali tajemniczego eteru - ośrodka, w którym zgodnie z ogólnie przyjętymi założeniami miały się rozchodzić fale świetlne, podobnie jak fale akustyczne, do rozchodzenia się którego potrzebne jest powietrze, lub inne medium - w stanie stałym, płynnym lub gazowym. Wiara w istnienie eteru prowadziła do przekonania, że prędkość światła musi zmieniać się wraz z prędkością obserwatora względem eteru. Albert Einstein porzucił koncepcję eteru i założył, że wszystkie prawa fizyczne, w tym prędkość światła, pozostają niezmienione niezależnie od prędkości obserwatora - jak wykazały eksperymenty.
SRT wyjaśniło, jak interpretować ruchy pomiędzy różnymi bezwładnościowymi układami odniesienia – mówiąc wprost, obiektami poruszającymi się ze stałą prędkością względem siebie. Einstein wyjaśnił, że kiedy dwa obiekty poruszają się ze stałą prędkością, należy rozważyć ich ruch względem siebie, zamiast brać jeden z nich jako bezwzględny układ odniesienia. Jeśli więc dwóch astronautów leci na dwóch statkach kosmicznych i chce porównać swoje obserwacje, jedyne, co muszą wiedzieć, to ich prędkość względem siebie.
Szczególna teoria względności uwzględnia tylko jeden szczególny przypadek (stąd nazwa), gdy ruch jest prosty i jednostajny.
Opierając się na niemożności wykrycia ruchu bezwzględnego, Albert Einstein doszedł do wniosku, że wszystkie bezwładnościowe układy odniesienia są równe. Sformułował dwa ważne postulaty, które stały się podstawą nowej teorii przestrzeni i czasu, zwanej Szczególną Teorią Względności (SRT):
1. Zasada względności Einsteina - zasada ta była uogólnieniem zasady względności Galileusza (stwierdza to samo, ale nie dla wszystkich praw natury, ale tylko dla praw mechaniki klasycznej, pozostawiając otwartą kwestię zastosowania zasady względności do optyki i elektrodynamiki) do wszelkie fizyczne. To mówi: wszystkie procesy fizyczne w tych samych warunkach w bezwładnościowych układach odniesienia (ISF) przebiegają w ten sam sposób. Oznacza to, że żadne eksperymenty fizyczne przeprowadzone wewnątrz zamkniętej IRF nie mogą określić, czy jest ona w spoczynku, czy porusza się jednostajnie i prostoliniowo. Zatem wszystkie IFR są całkowicie równe, a prawa fizyczne są niezmienne w odniesieniu do wyboru IFR (tzn. równania wyrażające te prawa mają taką samą postać we wszystkich inercjalnych układach odniesienia).
2. Zasada stałości prędkości światła- prędkość światła w próżni jest stała i nie zależy od ruchu źródła i odbiornika światła. Jest taki sam we wszystkich kierunkach i we wszystkich inercjalnych układach odniesienia. Prędkość światła w próżni - prędkość graniczna w przyrodzie - jest to jedna z najważniejszych stałych fizycznych, tzw. stałe światowe.
Najważniejszą konsekwencją SRT był słynny Wzór Einsteina o związku między masą a energią E \u003d mc 2 (gdzie C to prędkość światła), które wykazywały jedność przestrzeni i czasu, wyrażoną wspólną zmianą ich charakterystyk w zależności od koncentracji mas i ich ruchu, a potwierdzoną danymi współczesnej fizyki. Czas i przestrzeń nie były już rozważane niezależnie od siebie i powstała idea czterowymiarowego kontinuum czasoprzestrzeni.
Zgodnie z teorią wielkiego fizyka, gdy prędkość ciała materialnego wzrasta, zbliżając się do prędkości światła, wzrasta również jego masa. Tych. im szybciej porusza się obiekt, tym staje się cięższy. W przypadku osiągnięcia prędkości światła masa ciała, a także jego energia stają się nieskończone. Im cięższe ciało, tym trudniej jest zwiększyć jego prędkość; do przyspieszenia ciała o nieskończonej masie potrzebna jest nieskończona ilość energii, więc obiekty materialne nie mogą osiągnąć prędkości światła.
W teorii względności „dwa prawa – prawo zachowania masy i prawo zachowania energii – straciły swoją ważność niezależnie od siebie i okazały się być połączone w jedno prawo, które można nazwać prawem zachowania energii lub masa." Ze względu na fundamentalny związek między tymi dwoma pojęciami, materię można zamienić w energię i odwrotnie - energię w materię.
Ogólna teoria względności- Teoria grawitacji opublikowana przez Einsteina w 1916 roku, nad którą pracował przez 10 lat. Jest to dalszy rozwój szczególnej teorii względności. Jeśli ciało materialne przyspiesza lub obraca się w bok, przepisy SRT przestają obowiązywać. Wtedy wchodzi w życie GR, co wyjaśnia ruchy ciał materialnych w ogólnym przypadku.
Ogólna teoria względności postuluje, że efekty grawitacyjne są powodowane nie przez oddziaływanie siłowe ciał i pól, ale przez deformację samej czasoprzestrzeni, w której się znajdują. Ta deformacja związana jest w szczególności z obecnością energii masy.
Ogólna teoria względności jest obecnie najbardziej udaną teorią grawitacji, dobrze popartą obserwacjami. Ogólna teoria względności uogólniła SRT do przyspieszonych, tj. systemy nieinercyjne. Podstawowe zasady ogólnej teorii względności są następujące:
- ograniczenie stosowania zasady stałości prędkości światła do obszarów, w których można pominąć siły grawitacyjne(gdzie grawitacja jest silna, prędkość światła zwalnia);
- rozszerzenie zasady względności na wszystkie systemy ruchome(i nie tylko inercyjne).
W ogólnej teorii względności, czyli teorii grawitacji, również wychodzi z doświadczalnego faktu równoważności mas inercjalnych i grawitacyjnych, czyli równoważności pól inercjalnych i grawitacyjnych.
Zasada równoważności odgrywa ważną rolę w nauce. Zawsze możemy bezpośrednio obliczyć działanie sił bezwładności na dowolny układ fizyczny, a to daje nam możliwość poznania działania pola grawitacyjnego, abstrahując od jego niejednorodności, która często jest bardzo nieznaczna.
Z GR wyciągnięto szereg ważnych wniosków:
1. Właściwości czasoprzestrzeni zależą od poruszającej się materii.
2. Wiązka światła, która ma bezwładność, a co za tym idzie masę grawitacyjną, musi być zagięta w polu grawitacyjnym.
3. Częstotliwość światła pod wpływem pola grawitacyjnego powinna przesuwać się w kierunku niższych wartości.
Przez długi czas istniało niewiele eksperymentalnych potwierdzeń ogólnej teorii względności. Zgodność między teorią a eksperymentem jest całkiem dobra, ale czystość eksperymentów naruszają różne złożone efekty uboczne. Jednak efekt krzywizny czasoprzestrzeni można wykryć nawet w umiarkowanych polach grawitacyjnych. Na przykład bardzo czułe zegary mogą wykrywać dylatację czasu na powierzchni Ziemi. W celu poszerzenia bazy eksperymentalnej ogólnej teorii względności, w drugiej połowie XX wieku przeprowadzono nowe eksperymenty: testowano równoważność mas bezwładnościowych i grawitacyjnych (m.in. poprzez laserowy zasięg Księżyca);
za pomocą radaru wyjaśniono ruch peryhelium Merkurego; mierzono grawitacyjne ugięcie fal radiowych przez Słońce, a planety Układu Słonecznego były lokalizowane za pomocą radaru; oceniano wpływ pola grawitacyjnego Słońca na komunikację radiową ze statkami kosmicznymi wysłanymi na odległe planety Układu Słonecznego itp. Wszystkie z nich w taki czy inny sposób potwierdziły przewidywania uzyskane na podstawie ogólnej teorii względności.
Tak więc szczególna teoria względności opiera się na postulatach stałości prędkości światła i identyczności praw natury we wszystkich układach fizycznych, a główne wyniki, do których się to prowadzi, są następujące: względność właściwości czasoprzestrzeni; względność masy i energii; równoważność mas ciężkich i mas bezwładnych.
Najważniejszym rezultatem ogólnej teorii względności z filozoficznego punktu widzenia jest ustalenie zależności właściwości czasoprzestrzennych otaczającego świata od położenia i ruchu mas grawitacyjnych. Wynika to z wpływu ciał
przy dużych masach występuje krzywizna ścieżek ruchu promieni świetlnych. W konsekwencji pole grawitacyjne wytworzone przez takie ciała ostatecznie określa właściwości czasoprzestrzenne świata.
Szczególna teoria względności abstrahuje od działania pól grawitacyjnych i dlatego jej wnioski mają zastosowanie tylko do niewielkich obszarów czasoprzestrzeni. Kardynalna różnica między ogólną teorią względności a poprzedzającymi ją fundamentalnymi teoriami fizycznymi polega na odrzuceniu wielu starych pojęć i sformułowaniu nowych. Warto powiedzieć, że ogólna teoria względności dokonała prawdziwej rewolucji w kosmologii. Na jej podstawie powstały różne modele Wszechświata.
Szczególna teoria względności, stworzona w 1905 roku przez A. Einsteina, była wynikiem uogólnienia i syntezy mechaniki klasycznej Galileusza-Newtona i elektrodynamiki Maxwella-Lorentza. „Opisuje prawa wszystkich procesów fizycznych przy prędkościach zbliżonych do prędkości światła, ale bez uwzględnienia pola grawitacyjnego. Wraz ze spadkiem prędkości ruchu sprowadza się do mechaniki klasycznej, co w związku z tym okazuje się jej szczególnym przypadkiem. jeden
Punktem wyjścia tej teorii była zasada względności. Klasyczną zasadę względności sformułował G. Galileo: „Jeśli prawa mechaniki obowiązują w jednym układzie współrzędnych, to obowiązują w każdym innym układzie poruszającym się prostoliniowo i jednostajnie względem pierwszego”. 2 Układy takie nazywane są bezwładnościowymi, ponieważ ruch w nich jest zgodny z prawem bezwładności: „Każde ciało zachowuje stan spoczynku lub jednostajny ruch prostoliniowy, chyba że jest zmuszony do jego zmiany pod wpływem sił poruszających”. 3
Z zasady względności wynika, że nie ma zasadniczej różnicy między spoczynkiem a ruchem – jeśli jest jednostajny i prostoliniowy. Różnica jest tylko z punktu widzenia.
Tak więc słowo „względnie” w imię zasady Galileusza nie kryje w sobie niczego szczególnego. Nie ma innego znaczenia niż to, które wprawiamy w ruch, ten ruch lub spoczynek jest zawsze ruchem lub spoczynkiem względem czegoś, co służy nam jako układ odniesienia. Nie oznacza to oczywiście, że nie ma różnicy między ruchem spoczynkowym a ruchem jednostajnym. Ale pojęcia spoczynku i ruchu nabierają sensu dopiero wtedy, gdy zostaje wskazany punkt odniesienia.
Jeśli klasyczna zasada względności potwierdzała niezmienność praw mechaniki we wszystkich inercjalnych układach odniesienia, to w szczególnej teorii względności zasada ta została również rozszerzona na prawa elektrodynamiki, a ogólna teoria względności zapewniała niezmienność prawa przyrody w dowolnych układach odniesienia, zarówno inercyjnych, jak i nieinercyjnych. Nazywane są nieinercyjne układy odniesienia, poruszające się z opóźnieniem lub przyspieszeniem.
Zgodnie ze szczególną teorią względności, która łączy przestrzeń i czas w jedno czterowymiarowe kontinuum czasoprzestrzenne, właściwości czasoprzestrzenne ciał zależą od prędkości ich ruchu. Wymiary przestrzenne zmniejszają się w kierunku ruchu, gdy prędkość ciał zbliża się do prędkości światła w próżni (300 000 km/s), procesy czasowe w układach szybko poruszających się zwalniają, a masa ciała wzrasta.
Będąc w poruszającym się układzie odniesienia, czyli poruszającym się równolegle iw tej samej odległości od mierzonego układu, nie można zauważyć tych efektów, które nazywamy relatywistycznymi, ponieważ wszystkie skale przestrzenne i części wykorzystywane w pomiarach będą się zmieniać dokładnie w ten sam sposób. Zgodnie z zasadą względności wszystkie procesy w inercjalnych układach odniesienia przebiegają w ten sam sposób. Ale jeśli system jest nieinercyjny, wówczas efekty relatywistyczne można zauważyć i zmienić. Jeśli więc wyimaginowany statek relatywistyczny jak rakieta fotonowa leci do odległych gwiazd, to po powrocie na Ziemię czas w układzie statku upłynie znacznie krócej niż na Ziemi, a różnica ta będzie tym większa, im dalszy lot będzie wykonane, a prędkość statku będzie zbliżona do prędkości światła. Różnicę można zmierzyć nawet setkami i tysiącami lat, w wyniku czego załoga statku zostanie natychmiast przetransportowana w bliższą lub dalszą przyszłość z pominięciem czasu pośredniego, gdyż rakieta wraz z załogą wypadła przebiegu rozwoju na Ziemi.
Podobne procesy spowalniania upływu czasu w zależności od prędkości ruchu są obecnie rejestrowane w pomiarach długości drogi mezonów powstających w wyniku zderzenia cząstek pierwotnego promieniowania kosmicznego z jądrami atomów na Ziemi. Mezony istnieją przez 10 -6 - 10 -15 s (w zależności od rodzaju cząstek) i po ich pojawieniu się rozpadają w niewielkiej odległości od miejsca urodzenia. Wszystko to można zarejestrować za pomocą urządzeń mierzących ślady przebiegów cząstek. Ale jeśli mezon porusza się z prędkością zbliżoną do prędkości światła, to procesy czasowe w nim zwalniają, okres rozpadu wzrasta (o tysiące i dziesiątki tysięcy razy) i odpowiednio długość ścieżki od narodzin do rozpadu wzrasta.
Tak więc szczególna teoria względności opiera się na rozszerzonej zasadzie względności Galileusza. Ponadto wykorzystuje inną nową pozycję: prędkość propagacji światła (w próżni) jest taka sama we wszystkich inercjalnych układach odniesienia.
Ale dlaczego ta prędkość jest tak ważna, że osąd o niej jest utożsamiany z zasadą względności? Faktem jest, że mamy tutaj do czynienia z drugą uniwersalną stałą fizyczną. Prędkość światła jest największą ze wszystkich prędkości występujących w przyrodzie, graniczną prędkością oddziaływań fizycznych. Ruch światła zasadniczo różni się od ruchu wszystkich innych ciał, których prędkość jest mniejsza niż prędkość światła. Prędkość tych ciał zawsze sumuje się z innymi prędkościami. W tym sensie prędkości są względne: ich wielkość zależy od punktu widzenia. A prędkość światła nie sumuje się z innymi prędkościami, jest absolutna, zawsze taka sama i mówiąc o tym nie musimy określać układu odniesienia.
Absolutność prędkości światła nie jest sprzeczna z zasadą względności i jest z nią w pełni zgodna. Stałość tej prędkości jest prawem natury, a zatem – właśnie zgodnie z zasadą względności – obowiązuje we wszystkich inercjalnych układach odniesienia.
Prędkość światła jest górną granicą prędkości ruchu wszelkich ciał w przyrodzie, prędkości propagacji wszelkich fal, dowolnych sygnałów. To maksimum - to absolutny rekord prędkości.
„W przypadku wszystkich procesów fizycznych prędkość światła ma właściwość nieskończonej prędkości. Aby nadać ciału prędkość równą prędkości światła, potrzebna jest nieskończona ilość energii i dlatego fizycznie niemożliwe jest osiągnięcie tej prędkości przez jakiekolwiek ciało. Wynik ten potwierdziły pomiary przeprowadzone na elektronach. Energia kinetyczna masy punktowej rośnie szybciej niż kwadrat jej prędkości i staje się nieskończona dla prędkości równej prędkości światła” 1 . Dlatego często mówi się, że prędkość światła jest ograniczeniem prędkości przesyłania informacji. I ostateczna prędkość wszelkich fizycznych interakcji, a właściwie wszystkich możliwych interakcji na świecie.
Ściśle związane z prędkością światła jest rozwiązanie problemu jednoczesności, który również okazuje się względny, czyli zależny od punktu widzenia. W mechanice klasycznej, która uważała czas za absolutny, równoczesność też jest absolutna.
W ogólnej teorii względności ujawniono nowe aspekty zależności relacji czasoprzestrzennych od procesów materialnych. Teoria ta podsumowała fizyczne podstawy geometrii nieeuklidesowych i powiązała krzywiznę przestrzeni i odchylenie jej metryki od euklidesowej z działaniem pól grawitacyjnych wytworzonych przez masy ciał. Ogólna teoria względności wywodzi się z zasady równoważności mas bezwładności i grawitacji, której równość ilościowa została ustalona dawno temu w fizyce klasycznej. Efekty kinematyczne powstające pod działaniem sił grawitacyjnych są równoważne efektom powstającym pod działaniem przyspieszenia. Jeśli więc rakieta wystartuje z przyspieszeniem 2g, załoga rakiety poczuje się, jakby znajdowała się w polu grawitacyjnym dwukrotnie większym niż Ziemia. To właśnie na podstawie zasady równoważności mas uogólniono zasadę względności, która w ogólnej teorii względności stwierdza niezmienność praw przyrody w dowolnych układach odniesienia, zarówno inercyjnych, jak i nieinercjalnych.
Jak można sobie wyobrazić krzywiznę przestrzeni, o której mówi ogólna teoria względności? Wyobraźmy sobie bardzo cienki arkusz gumy i uznamy, że jest to model przestrzeni. Umieśćmy na tym arkuszu duże i małe kulki - modele gwiazd. Kulki te będą wyginać arkusz gumy im bardziej, im większa jest masa kulki. To wyraźnie pokazuje zależność krzywizny przestrzeni od masy ciała, a także pokazuje, że zwykła geometria euklidesowa nie działa w tym przypadku (działają geometrie Łobaczewskiego i Riemanna).
Teoria względności ustaliła nie tylko krzywiznę przestrzeni pod wpływem pól grawitacyjnych, ale także spowolnienie czasu w silnych polach grawitacyjnych. Nawet grawitacja Słońca - dość małej gwiazdy jak na kosmiczne standardy - wpływa na tempo upływu czasu, spowalniając go w pobliżu siebie. Dlatego jeśli wyślemy sygnał radiowy do jakiegoś punktu, którego droga przebiega w pobliżu Słońca, to podróż sygnału radiowego w tym przypadku potrwa dłużej niż wtedy, gdy nic nie stoi na przeszkodzie temu sygnałowi. Spowolnienie w pobliżu Słońca wynosi około 0,0002 s.
Jednym z najbardziej fantastycznych przewidywań ogólnej teorii względności jest całkowite zatrzymanie czasu w bardzo silnym polu grawitacyjnym. Spowolnienie czasu jest tym większe, im silniejsza jest grawitacja. Dylatacja czasu przejawia się w grawitacyjnym przesunięciu ku czerwieni światła: im silniejsza grawitacja, tym bardziej wzrasta długość fali i maleje jej częstotliwość. W pewnych warunkach długość fali może dążyć do nieskończoności, a jej częstotliwość do zera.
Przy świetle emitowanym przez Słońce mogłoby się to zdarzyć, gdyby nasza gwiazda została nagle ściśnięta i zamieniona w kulę o promieniu 3 km lub mniejszym (promień Słońca wynosi 700 000 km). Z powodu tej kompresji siła grawitacji na powierzchni, z której pochodzi światło, wzrasta tak bardzo, że grawitacyjne przesunięcie ku czerwieni okazuje się być naprawdę nieskończone.
Z naszym Słońcem to się nigdy nie wydarzy. Ale inne gwiazdy, których masy są trzy lub więcej razy większe od masy Słońca, pod koniec swojego życia przeżywają najprawdopodobniej gwałtowną katastrofalną kompresję pod wpływem własnej grawitacji. To doprowadzi ich do stanu czarnej dziury. Czarna dziura to ciało fizyczne, które wytwarza tak silną grawitację, że przesunięcie ku czerwieni dla światła emitowanego w jej pobliżu może osiągnąć nieskończoność.
Fizycy i astronomowie są absolutnie pewni, że czarne dziury istnieją w przyrodzie, chociaż do tej pory ich nie wykryto. Trudności poszukiwań astronomicznych związane są z samą naturą tych niezwykłych obiektów. W końcu nieskończone przesunięcie ku czerwieni, dzięki któremu częstotliwość odbieranego światła zanika, czyni je po prostu niewidocznymi. Nie błyszczą, dlatego w pełnym tego słowa znaczeniu są czarne. Tylko dzięki kilku pośrednim znakom możemy mieć nadzieję, że zauważymy czarną dziurę, na przykład w układzie podwójnym gwiazd, gdzie jej partnerem byłaby zwykła gwiazda. Z obserwacji ruchu widocznej gwiazdy w ogólnym polu grawitacyjnym takiej pary można by oszacować masę niewidzialnej gwiazdy, a jeśli ta wartość trzykrotnie lub więcej przekroczy masę Słońca, będzie można twierdzić, że znaleźliśmy czarną dziurę.
Obecnie istnieje kilka dobrze zbadanych układów podwójnych, w których masa niewidzialnego partnera szacowana jest na 5, a nawet 8 mas Słońca. Najprawdopodobniej są to czarne dziury, ale astronomowie wolą nazywać te obiekty kandydatami na czarne dziury, dopóki te szacunki nie zostaną udoskonalone.
Grawitacyjna dylatacja czasu, zmierzona i udokumentowana przesunięciem ku czerwieni, jest bardzo znacząca w pobliżu gwiazdy neutronowej, a w pobliżu czarnej dziury, w pobliżu jej promienia grawitacyjnego, jest tak wielka, że czas wydaje się tam zamarzać.
Dla ciała wpadającego w pole grawitacyjne czarnej dziury utworzonej przez masę równą 3 masom Słońca, spadek z odległości 1 miliona km do promienia grawitacyjnego zajmuje tylko około godziny. Ale zgodnie z zegarem, który znajduje się daleko od czarnej dziury, swobodny spadek ciała w jej polu rozciągnie się w czasie do nieskończoności. Im bliżej promienia grawitacyjnego znajduje się spadające ciało, tym wolniejszy lot będzie wydawał się odległemu obserwatorowi. Ciało obserwowane z daleka zbliża się w nieskończoność do promienia grawitacyjnego i nigdy go nie osiąga. W ten sposób czas zwalnia w pobliżu czarnej dziury. W ten sposób materia wpływa na właściwości przestrzeni i czasu.
Koncepcje przestrzeni i czasu sformułowane w teorii względności Einsteina są zdecydowanie najbardziej spójne. Ale są makroskopowe, ponieważ opierają się na doświadczeniu badania obiektów makroskopowych, dużych odległościach i długich odstępach czasu. Konstruując teorie opisujące zjawiska mikrokosmosu, ten klasyczny obraz geometryczny, zakładający ciągłość przestrzeni i czasu (continuum czasoprzestrzenne), został bez zmian przeniesiony na nowy obszar. Dane eksperymentalne sprzeczne z zastosowaniem teorii względności w mikrokosmosie nie są jeszcze dostępne. Jednak sam rozwój teorii kwantowych może wymagać rewizji poglądów na temat fizycznej przestrzeni i czasu. Rozwinięta teoria superstrun, która przedstawia cząstki elementarne jako drgania harmoniczne tych strun i łączy fizykę z geometrią, wywodzi się z wielowymiarowości przestrzeni. A to oznacza, że na nowym etapie rozwoju nauki, na nowym poziomie wiedzy, wracamy do przewidywań A. Einsteina z 1930 roku: „Dochodzimy do dziwnego wniosku: teraz zaczyna nam się wydawać, że przestrzeń odgrywa pierwszorzędną rolę, podczas gdy materia musi być pobrana z przestrzeni, by tak rzec, w następnym etapie. Zawsze uważaliśmy materię za pierwotną, a przestrzeń za wtórną. Przestrzeń, mówiąc w przenośni, mści się teraz i „zjada” materię” 1 . Być może istnieje kwant przestrzeni, fundamentalna długość L. Wprowadzając tę koncepcję, możemy uniknąć wielu trudności współczesnych teorii kwantowych. Jeśli jego istnienie zostanie potwierdzone, L stanie się trzecią (obok stałej Plancka i prędkości światła w próżni) fundamentalną stałą w fizyce. Istnienie kwantu przestrzeni implikuje również istnienie kwantu czasu (równego L/c), co ogranicza dokładność wyznaczania przedziałów czasowych.
Sto lat temu, w 1915 roku, młody szwajcarski naukowiec, który w tamtym czasie dokonał już rewolucyjnych odkryć w fizyce, zaproponował całkowicie nowe rozumienie grawitacji.
W 1915 Einstein opublikował ogólną teorię względności, która charakteryzuje grawitację jako podstawową właściwość czasoprzestrzeni. Przedstawił szereg równań opisujących wpływ krzywizny czasoprzestrzeni na energię i ruch obecnej w niej materii i promieniowania.
Sto lat później ogólna teoria względności (GR) stała się podstawą konstrukcji współczesnej nauki, przetrwała wszystkie próby, którymi atakowali ją naukowcy.
Ale do niedawna nie było możliwe przeprowadzanie eksperymentów w ekstremalnych warunkach w celu sprawdzenia stabilności teorii.
To zdumiewające, jak silna okazała się teoria względności w ciągu 100 lat. Nadal korzystamy z tego, co napisał Einstein!
Clifford Will, fizyk teoretyczny, University of Florida
Naukowcy dysponują teraz technologią umożliwiającą poszukiwanie fizyki poza ogólną teorią względności.
Nowe spojrzenie na grawitację
Ogólna teoria względności opisuje grawitację nie jako siłę (jak pojawia się w fizyce Newtona), ale jako krzywiznę czasoprzestrzeni spowodowaną masą obiektów. Ziemia krąży wokół Słońca nie dlatego, że przyciąga ją gwiazda, ale dlatego, że Słońce deformuje czasoprzestrzeń. Jeśli ciężka kula do kręgli zostanie umieszczona na rozciągniętym kocu, koc zmieni kształt - grawitacja wpływa na przestrzeń w bardzo podobny sposób.
Teoria Einsteina przewidywała kilka szalonych odkryć. Na przykład możliwość istnienia czarnych dziur, które zaginają czasoprzestrzeń do tego stopnia, że nic nie może uciec z wnętrza, nawet światło. Na podstawie tej teorii znaleziono dowody na powszechnie przyjętą dziś opinię, że Wszechświat rozszerza się i przyspiesza.
Ogólna teoria względności została potwierdzona licznymi obserwacjami. Sam Einstein użył ogólnej teorii względności do obliczenia orbity Merkurego, którego ruchu nie da się opisać prawami Newtona. Einstein przewidział istnienie obiektów tak masywnych, że zakrzywiają światło. Jest to zjawisko soczewkowania grawitacyjnego, z którym astronomowie często się spotykają. Na przykład poszukiwanie egzoplanet opiera się na efekcie subtelnych zmian promieniowania zakrzywionego przez pole grawitacyjne gwiazdy, wokół której krąży planeta.
Testowanie teorii Einsteina
Ogólna teoria względności dobrze sprawdza się w przypadku zwykłej grawitacji, co pokazują eksperymenty na Ziemi i obserwacje planet Układu Słonecznego. Ale nigdy nie był testowany w warunkach niezwykle silnego oddziaływania pól w przestrzeniach leżących na granicach fizyki.
Najbardziej obiecującym sposobem przetestowania teorii w takich warunkach jest obserwacja zmian w czasoprzestrzeni, zwanych falami grawitacyjnymi. Pojawiają się one w wyniku dużych zdarzeń, podczas łączenia się dwóch masywnych ciał, takich jak czarne dziury, czy szczególnie gęste obiekty – gwiazdy neutronowe.
Kosmiczny fajerwerk tej wielkości miałby tylko najmniejsze zmarszczki w czasoprzestrzeni. Na przykład, gdyby dwie czarne dziury zderzyły się i połączyły gdzieś w naszej Galaktyce, fale grawitacyjne mogłyby rozciągnąć i skrócić odległość między obiektami na Ziemi o metr od siebie o jedną tysięczną średnicy jądra atomowego.
Pojawiły się eksperymenty, które mogą rejestrować zmiany w czasoprzestrzeni spowodowane takimi wydarzeniami.
Jest duża szansa na naprawienie fal grawitacyjnych w ciągu najbliższych dwóch lat.
Clifford Will
Obserwatorium laserowej interferometrycznej fali grawitacyjnej (LIGO), z obserwatoriami w pobliżu Richland w stanie Waszyngton i Livingston w stanie Luizjana, wykorzystuje laser do wykrywania niewielkich zniekształceń w podwójnych detektorach w kształcie litery L. Gdy fale czasoprzestrzeni przechodzą przez detektory, rozciągają i kompresują przestrzeń, powodując zmianę wymiarów detektora. A LIGO może je zmierzyć.
LIGO rozpoczęło serię premier w 2002 roku, ale nie osiągnęło celu. Udoskonalenia zostały wprowadzone w 2010 roku, a następca organizacji, Advanced LIGO Observatory, powinien ponownie zacząć działać w tym roku. Wiele z planowanych eksperymentów ma na celu poszukiwanie fal grawitacyjnych.
Innym sposobem testowania teorii względności jest przyjrzenie się właściwościom fal grawitacyjnych. Na przykład mogą być spolaryzowane, tak jak światło przechodzące przez spolaryzowane okulary. Teoria względności przewiduje cechy takiego efektu, a wszelkie odstępstwa od obliczeń mogą stać się powodem do zwątpienia w teorię.
ujednolicona teoria
Clifford Will uważa, że odkrycie fal grawitacyjnych tylko wzmocni teorię Einsteina:
Myślę, że musimy dalej szukać dowodu ogólnej teorii względności, aby mieć pewność, że jest słuszny.
Dlaczego te eksperymenty są w ogóle potrzebne?
Jednym z najważniejszych i nieuchwytnych zadań współczesnej fizyki jest poszukiwanie teorii, która połączy ze sobą badania Einsteina, czyli naukę o makrokosmosie i mechanikę kwantową, czyli rzeczywistość najmniejszych obiektów.
Postępy w tym kierunku, grawitacja kwantowa, mogą wymagać zmian w ogólnej teorii względności. Możliwe, że eksperymenty z zakresu grawitacji kwantowej będą wymagały tak dużej ilości energii, że nie będą mogły być przeprowadzone. „Ale kto wie”, mówi Will, „może we wszechświecie kwantowym występuje efekt, nieistotny, ale możliwy do przeszukania”.
