Albert Einstein a fost faimos pentru multe lucruri, dar cea mai mare idee a sa este teoria relativității. Ne-a schimbat pentru totdeauna înțelegerea despre spațiu și timp.
Ce este relativitatea? Cu succes, este ideea că legile fizicii sunt aceleași peste tot. Noi aici, pe Pământ, ascultăm aceleași legi ale luminii și gravitației ca cineva dintr-un colț îndepărtat al universului.
Universalitatea fizicii înseamnă că istoria este provincială. Diferenti spectatori vor vedea calendarul și distanțarea evenimentelor diferit. Ceea ce este pentru noi este un milion de ani poate fi doar o clipire a unui ochi pentru cineva care zboară într-o rachetă de mare viteză sau căzând într-o gaură neagră.
Totul este relativ.
Relativitate specială
Teoria lui Einstein este împărțită în relativitate specială și generală.
Relativitatea specială a venit pe primul loc și se bazează pe viteza luminii fiind constantă pentru toată lumea. Acest lucru poate părea destul de simplu, dar are consecințe de anvergură.
Einstein a ajuns la această concluzie în 1905 după ce probele experimentale au arătat că viteza luminii nu s-a schimbat pe măsură ce Pământul se învârtea în jurul soarelui.
Acest rezultat a fost surprinzător pentru fizicieni, deoarece viteza majorității celorlalte lucruri depinde de ce direcție se mișcă observatorul. Dacă vă conduceți mașina alături de o cale ferată, un tren care vine la voi va părea că se mișcă mult mai repede decât dacă v-ați întoarce și l-ați urmat în aceeași direcție.
Einstein a spus că toți observatorii vor măsura viteza luminii la 186.000 de mile pe secundă, indiferent cât de repede și în ce direcție se mișcă.
Această maximă l-a determinat pe comediantul Stephen Wright să întrebe: „Dacă vă aflați într-o navă spațială care călătorește cu viteza luminii și porniți farurile, se întâmplă ceva?”
Răspunsul este că farurile se aprind în mod normal, dar numai din perspectiva cuiva din interiorul navei spațiale. Pentru cineva care stă afară urmărind nava zburând pe lângă, farurile nu par să se aprindă: lumina se stinge, dar călătorește cu aceeași viteză a navei spațiale.
Aceste versiuni contradictorii apar pentru că conducătorii și ceasurile - lucrurile care marchează timpul și spațiul - nu sunt aceleași pentru observatori diferiți. Dacă viteza luminii se menține constantă așa cum a spus Einstein, atunci timpul și spațiul nu pot fi absolute; ele trebuie să fie subiective.
De exemplu, o navă spațială lungă de 100 de metri care se deplasează cu 99,99% viteza luminii va apărea cu un picior lung până la un observator staționar, dar va rămâne lungimea normală pentru cei de la bord.
Poate chiar mai ciudat, timpul trece mai încet cu cât trece mai repede. Dacă un geamăn călărește în nava spațială rapidă către o stea îndepărtată și apoi se va întoarce, va fi mai tânără decât sora ei care a rămas pe Pământ.
Masa depinde și de viteză. Cu cât un obiect se mișcă mai repede, cu atât devine mai masiv. De fapt, nicio navă spațială nu poate atinge niciodată 100% din viteza luminii, deoarece masa ei ar crește până la infinit.
Această relație între masă și viteză este adesea exprimată ca o relație între masă și energie: E = mc ^ 2, unde E este energie, m este masă și c este viteza luminii.
Relativitate generală
Einstein nu s-a terminat supărându-ne înțelegerea timpului și a spațiului. El a continuat să-și generalizeze teoria incluzând accelerația și a constatat că acest lucru denatura forma timpului și a spațiului.
Pentru a respecta exemplul de mai sus: imaginați-vă că nava spațială se accelerează trăgând propulsoarele sale. Cei de la bord se vor lipi de pământ la fel ca și cum ar fi pe Pământ. Einstein a afirmat că forța pe care o numim gravitație nu se distinge dintr-o navă accelerată.
Acest lucru în sine nu a fost atât de revoluționar, dar când Einstein a elaborat matematica complexă (i-a fost nevoie de 10 ani), a descoperit că spațiul și timpul sunt curbate lângă un obiect masiv, iar această curbură este ceea ce experimentăm ca forța gravitației.
Este dificil să imaginăm geometria curbă a relativității generale, dar dacă se gândește la spațiu-timp ca la un fel de țesătură, atunci un obiect masiv întinde țesătura din jur astfel încât orice trecere în apropiere să nu mai urmeze o linie dreaptă.
Ecuațiile relativității generale prevăd o serie de fenomene, dintre care multe au fost confirmate:
- aplecarea luminii în jurul obiectelor masive (lentile gravitaționale)
- o evoluție lentă pe orbita planetei Mercur (precesie perihelion)
- glisarea cadrului spațiului-timp în jurul corpurilor rotative
- slăbirea luminii care scapă de atragerea gravitației (redshift gravitațional)
- valuri gravitaționale (ondulații din țesăturile spațio-temporale) cauzate de smashups cosmice
- existența găurilor negre care prind totul, inclusiv lumina
Presiunea spațiului-timp în jurul unei găuri negre este mai intensă decât oriunde altundeva. Dacă gemenul care depășea spațiul ar cădea într-o gaură neagră, ea ar fi întinsă ca niște spaghete.
Din fericire pentru ea, totul s-ar termina în câteva secunde. Dar sora ei de pe Pământ n-ar vedea niciodată sfârșitul ei - urmărind-o pe sora sa sărăcătoare înălțându-se treptat spre gaura neagră de-a lungul vârstei universului.
Acest articol a fost actualizat pe 2 iulie 2019, de către Tim Contribut, colaborator de științe vii.
