Айнщайн, Хокинг, Азимов обясняват теорията на относителността в брой 170

Айнщайн, Хокинг, Азимов обясняват теорията на относителността
Категория: Сърцето, душата

На 25 ноември 1915 г.,  Алберт Айнщайн представя един доклад на заседание на Кралската академия на науките на Прусия, озаглавен „Die Feldgleichungen der Gravitation“ (Уравнение на гравитационното поле), в който е изведен един нов закон за гравитацията - което ни позволява да определим тази дата като рожден ден на Общата теория на относителността (ОТО).

Айнщайн работи над него в продължение на повече от десет години - 1907-1917. На различни етапи му помагат математиците Марсел Гросман и Давид Хилберт, астрономът Ервин Финлей-Фройндлих, физикът Паул Еренфест и др. Резултатът е нова теория, която преобръща изцяло научното разбиране за гравитацията. Първата статия, засягаща въпросите, които ще бъдат решени в бъдеще с помощта на Общата теория на относителността, е публикувана през 1907 г., но основното уравнение на теорията е получено едва в края на ноември 1915.

Въпреки очевидната си простота (на вид не е по-сложно от закона за запазване на енергията), уравнението на гравитацията е написано на езика на тензорния анализ и заради това да се обясни „простичко“ е почти невъзможно. Но в последните 100 години много талантливи хора все пак се опитват да го направят. Представяме ви най-успешните опити да се обяснят основите на Теорията на относителността както от професионални физици, така и от фантасти.

Алберт Айнщайн, Леополд Инфелд „Еволюция на физиката“ Cambridge University Press, 1938

„Теорията на относителността е разработена в два етапа. Първият етап води до т.нар Специална теория на относителността, която се прилага само за инерциални координатни системи, тоест за системи, в които е в сила законът на инерцията, точно както е формулиран от Нютон. Специалната теория на относителността се основава на два основни принципа: законите на физиката са едни и същи във всички координатни системи, които се движат равномерно и праволинейно една спрямо друга; скоростта на светлината винаги има една и съща стойност. От тези положения, напълно потвърдени експериментно, са изведени свойствата на движещите се пръти и часовници, промените на техните дължини и ритъм в зависимост от скоростта. Теорията на относителността променя законите на механиката. Старите законите не важат, ако скоростта на частиците е близо до скоростта на светлината. Новите закони за движението на телата, формулирани от теорията на относителността, блестящо са потвърдени експериментално. Друго следствие от теорията на относителността е, че съществува връзка между маса и енергия. Масата е енергия, а енергията има маса. И двата закона за запазване - законът за запазване на масата и законът за запазване на енергията - се обединяват от теорията на относителността в един закон, закона за запазване на масата-енергията.

Общата теория на относителността предвижда по-задълбочен анализ на пространствено-времевия континуум. Валидността на теорията на относителността вече не се ограничава само до отправни инерциални системи. Теорията обхваща проблема за гравитацията и формулира нови структурни закони за гравитационното поле. Тя ни кара да анализираме ролята на геометрията в описанието на физическия свят.“

Кип Торн, „Интерстелар. Науката зад кадър“

„Айнщайн се бореше със загадката на гравитацията от 1907. Накрая през 1912 г. той е осенен от гениално вдъхновение. Той осъзнава, че масивните тела като Земята или черните дупки могат да изкривяват времето и това изкривяване е причината за гравитацията. Той е изразил тази идея във вида на „закон за изкривяване на времето на Айнщайн“ (така аз го наричам) - точна математическа формула, същността на която може да се опише с израза: Всичко се стреми да съществува там, където то най-бавно старее и гравитационното притегляне е насочено именно там. Колкото е по-голямо забавянето на времето, толкова е по-силно гравитационното притегляне. На Земята, забавянето на времето е само на няколко микросекунди на ден, затова силата на гравитацията тук е слаба. На повърхността на неутронна звезда, където забавянето на времето е няколко часа на ден, гравитацията е изключително силна. А близо до повърхността на една черна дупка, където времето почти не се движи, гравитацията е толкова огромна, че дори светлината не може да я преодолее.“

Айзък Азимов, откъс от разказа „Билярдната топка“ списание „If“, март 1967 г.

„- Ако си представим Вселената като плосък, тънък, извънредно здрав и свръхгъвкав гумен лист и сметнем, че масата се изразява в тегло, както е на Земята, то можем да очакваме, че всяка поставена върху гумения лист маса ще образува вдлъбнатина. Колкото по-голяма е масата, толкова по-дълбоко ще потъне.

В реалната Вселена има най-различни по големина маси и ако си представим едно тяло, което се търкаля по нашия осеян с неравности гумен лист, то ще потъва и ще се изкачва, когато минава през всяка вдлъбнатина, и ще променя посоката си.

Точно тези промени в посоката ние възприемаме като доказателство за наличието на гравитационна сила. Ако предметът се движи достатъчно бавно и мине близо до центъра на вдлъбнатината, той ще се завърти около него. И при липса на триене въртенето ще продължи вечно. С други думи, това, което Исак Нютон представи като сила, Алберт Айнщайн го показа като геометрична деформация.“

Стивън Хокинг „Вселената в орехова черупка“ Publisher Bantam Spectra 2001 г.

„През 1913 г. Айнщайн и Гросман съвместно написват една статия, в която се излагат идеята, че силата, която ние смятаме за гравитация - е само проява на това, че пространство-времето е изкривено. Но поради грешка на Айнщайн (и той, както всички нас, може да греши), те не успяха да намерят уравненията, които свързват кривината на пространство-времето с намиращите се в него маса и енергия. Айнщайн продължава да работи по проблема в Берлин, където не е притесняван от битовизми и практически не е засегнат от войната и в крайна сметка намира правилните уравнения през ноември 1915. По време на едно пътуване до университета в Гьотинген през лятото на 1915 г., той обсъжда идеите си с математика Давид Хилберт, който независимо извел същите уравнения няколко дни преди Айнщайн. Въпреки това, самият Хилберт признава, че честта на създаването на новата теория принадлежи на Айнщайн. Идеята е на последният - да се свърже гравитацията с кривината на пространство-времето. И ние трябва да отдадем необходимото на цивилизоваността на тогавашната германска държава, в която научните дебати и обмен на идеи може да продължи необезпокоявано дори и по време на война. Какъв контраст с епохата на нацизма, която настъпва двадесет години по-късно! Новата теория за изкривеното пространство-време се нарича Обща теория на относителността, за да се отличи от първоначалната теория, която не включва гравитацията и сега е известна като Специална теория на относителността. Тя получава много ефектно потвърждение през 1919 г., когато британска експедиция наблюдава в Западна Африка слабо огъване на светлината на звезда, минаваща близо до Слънцето по време на слънчево затъмнение. Това е пряко доказателство, че времето и пространството се изкривяват и стимулира най-дълбокото преразглеждането на представите за Вселената, в която живеем, откакто Евклид написва своите „Начала“ около 300 години от н.е.

[...]

Уравненията на Айнщайн направиха пространството и времето динамични, описвайки как те се изкривяват и деформират под влиянието на материята и енергията във Вселената. В Общата теория на относителността, което и да е персонално време, измерено с ръчен часовник, винаги ще се увеличава, както и в Нютоновата теория или в плоското пространство-време на Специалната теория на относителността. Но може пространство-времето да се окаже толкова изккривено, че да успеете да отлетите на космически кораб и да се върнете преди да сте заминал“.

Статията е прочетена 527 пъти
Назад към брой 170Назад

вестник Квантов преход 2011 - 2021