Główny Biografia Ogólna teoria względności Alberta Einsteina

Ogólna teoria względności Alberta Einsteina

Albert Einstein

Ogólna teoria względności

Chociaż Einstein zmienił oblicze współczesnej fizyki, publikując swój artykuł z 1905 roku na temat szczególnej teorii względności, nie był zadowolony z tej teorii. Chciał zbudować bardziej ogólną teorię, która obejmowałaby i wyjaśniała grawitację.

Zdjęcie Alberta Einsteina

Albert Einstein w 1921 roku
Źródło: Fotografia z Nagrodą Nobla w dziedzinie fizyki
Spadający człowiek

Jeden z pierwszych eksperymentów myślowych Einsteina na ten temat dotyczył upadającego człowieka. Zdał sobie sprawę, że osoba spadająca swobodnie nie poczuje własnego ciężaru. Gdyby osoba znajdowała się w zamkniętej komorze podczas upadku, miałaby to samo doświadczenie, co osoba unosząca się w stanie nieważkości w przestrzeni kosmicznej (przynajmniej do momentu uderzenia o ziemię). Dla Einsteina oznaczało to, że dla obserwatora grawitacja nie istniała.

Zasada równoważności

Einstein wykorzystał swój eksperyment myślowy „upadający człowiek”, aby rozwinąć zasadę równoważności. Zasada ta mówiła, że wpływ grawitacji i wpływ na przyspieszenie były wytwarzane przez tę samą strukturę. Opublikował swoje pomysły pod koniec artykułu z 1907 roku opublikowanego przezRocznik Promieniotwórczości i Elektroniki. Chociaż zajęłoby to jeszcze kilka lat, koncepcja zasady równoważności posłużyłaby jako ważny krok na drodze do ogólnej teorii względności.

Wczesne przewidywania

Oprócz wymyślenia zasady równoważności, Einstein wykorzystał ten pomysł do sformułowania ważnych prognoz dotyczących świata rzeczywistego. Po pierwsze, wykazał, że zegary w rzeczywistości będą działały wolniej, im bardziej intensywne będzie pole grawitacyjne. Innymi słowy, zegary na Jowiszu działałyby wolniej niż zegary na Ziemi. Jest to obecnie znane jako dylatacja czasu grawitacyjnego. Einstein przewidział również, że grawitacja spowoduje zakrzywienie światła, co można udowodnić eksperymentalnie.

Rysunek Einsteina

To zdjęcie przedstawia jeden z eksperymentów myślowych Einsteina
gdzie porównuje piłkę spadającą na podłogę w przyspieszającej rakiecie
(po lewej) i jeden na Ziemi (po prawej).
Efekt jest identyczny w obu sytuacjach.

Źródło: Markus Poessel (Mapos), CC BY-SA 3.0,
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4381205

Strategie

W ciągu następnych kilku lat Einstein dążył do rozwiązania ogólnej teorii względności, stosując dwie różne strategie: strategię matematyczną i strategię fizyczną. Jego wczesne próby znalezienia rozwiązania matematycznego w 1912 roku można zobaczyć w notatniku zwanymNotatnik Zurich. Jednak Einstein porzucił strategię matematyczną po roku, czując, że jego ostateczne równania nie spełniają niezbędnych warunków. Następnie całkowicie skierował swój wysiłek na strategię fizyczną i wydał artykuł, który stał się znany jakoprojektw temacie.

Sukces i ogólna teoria względności

Einstein był tylko trochę zadowolony z plikuprojektpapier i do 1915 roku doszedł do wniosku, żeprojektteoria była błędna. Einstein, zawsze wytrwały, powrócił do strategii matematycznej. Pod koniec 1915 roku Einstein zaczął tworzyć równania, które wyjaśniałyby jego koncepcję ogólnej teorii względności. Jego pierwszy duży sukces przyszedł, kiedy z powodzeniem obliczył poprawne wyniki dla zmiany orbity Merkurego. To wydarzenie zostało opisane jako jeden z najbardziej emocjonujących dni w życiu Einsteina. Był to wynik wielu lat ciężkiej pracy. Następnie udoskonalił swoje równania i przedstawił je na wykładzie w Akademii Pruskiej pt.Równania pola grawitacji”. Einstein uznałby swoją teorię ogólnej teorii względności za ukoronowanie swojej kariery.

Nowe równania Einsteina nie były tak proste, jak jego wcześniejsze E = mc^dwa, ale były równie głębokie. Najbardziej znane z równań pola Einsteina wygląda następująco:

Zaćmienie Słońca i weryfikacja eksperymentalna

Początkowo teoria Einsteina nie była szeroko akceptowana ani używana przez świat naukowy. W 1919 roku jego teoria została potwierdzona, kiedy poprawnie przewidziała odchylenie światła gwiazd przez Słońce podczas zaćmienia Słońca. Potwierdzenie jego teorii przyniosło Einsteinowi światową sławę. Jedna z brytyjskich gazet ogłosiła „Rewolucja w nauce - nowa teoria wszechświata - obalenie idei Newtona”. Chociaż ten eksperyment przyniósł znaczną uwagę i akceptację teorii, teoria ta nie była szeroko stosowana przez fizyków aż do lat sześćdziesiątych i siedemdziesiątych XX wieku.

Zdjęcie zaćmienia z 1919 roku
Autor: F. W. Dyson, A. S. Eddington i C. Davidson

Interesujące fakty

Omawiając swój sukces w znalezieniu rozwiązania dla ogólnej teorii względności, Einstein powiedział: „Moje najśmielsze marzenia się teraz spełniły”.

Einstein pracował z matematykiem Davidem Hilbertem nad teorią ogólnej teorii względności, w tym uczęszczając na wykłady Hilberta i wymieniając się pomysłami w listach.

Spis treści biografii Alberta Einsteina