Општа релативност је сложена теорија, али замишљање падајућих предмета може вам помоћи да се прате његове контуре. (Овде су ГПС сателити приказани око Земље - ГПС зависи од релативности да се дају тачни положаји.)
(Слика: © НАСА)
Паул Суттер је астрофизичар у Државни универзитет у Охају и главног научника у ЦОСИ научни центар. Суттер је такође домаћин „Питајте свемира" и "Свемирски радио, "и води АстроТоурс око света. Суттер је допринео овом чланку Гласови стручњака Спаце.цом-а: Оп-Ед & Инсигхтс.
Општа релативност један је од највећих подвига људског разумевања, који је још импресивнији чињеницом да је потекао из плодне маште и гомиле математичког сјаја само једног ума. Сама теорија је последњи и најупорнији у „класичним“ (тј. Не квантним) моделима природе, а наша неспособност да смислимо нешто софистицираније током протеклих стотина година непрестано је подсећање на то колико дамо паметног Алберта Ајнштајн је.
Још један тестамент Еинстеинове геније долази у запетљаним шпагетама сложених, међусобно повезаних једначина које чине потпуну теорију. Ајнштајн је направио прелепу машину, али није нам тачно оставио кориснички приручник. Његов пут можемо пратити у седам година мучења које је сам извршио, што је довело до коначне форме теорије, али тај пут развоја водио је толико Аинстеинова цревна интуиција да нам је тешко само смртницима да направимо исте слепе скокове генијалност коју је учинио.
Само да би се преокренуо кући, општа релативност је толико сложена да када неко открије решење једнаџби, добије решење названо по њима и сами по себи постану полу-легендарни. Постоји разлог да је Карл Сцхварзсцхилд - тип који је смислио геометрију црних рупа - име домаћинства (или барем, назив физичког одељења). [Ајнштајнова теорија опште релативности: Поједностављено објашњење]
Геометрија је судбина
Апсолутно језгро опште релативности и потпуно прихватљиво алтернативно име за њега је геометродинамика. Само напред, изговорите то наглас - забавно је. Начин на који општа релативност моделира гравитацију кроз динамичке махинације самог простора-времена. Према теорији, присуство материје и енергије мења основну просторно-временску геометрију која окружује те материје, а измењена геометрија утиче на кретање.
Тај однос произилази из најважнијег, темељног, који се не може занемарити - овог концепта који је у основи читаве теорије опште релативности: принципа еквиваленције (Е.П.). Овај принцип је претпоставка да је инерцијална маса (колико оомфе потребно за помицање предмета) исто својство као и гравитациона маса (колико објект реагује на гравитацију). А ово је кључ који откључава читав гравитациони схебанг.
Помоћу те еквиваленције можемо замислити сценариј који ће нам помоћи да се визуализује веза између геометрије и гравитације. Претварајте се да орбитирате високо изнад Земље, спокојно гледајући како се континенти и океани ваљају испод своје тачке.
Тада отворите кутију смећа.
Док комадићи отпадака лебде од вас, размишљате о посљедицама онога што сте управо учинили. Наравно, сада сте створили облак потенцијално опасних отпадака који представљају велики ризик за сателите и будуће мисије. Али након даљњег размишљања, ваш ум се смирује. Ви радите научни експеримент, а принцип еквиваленције гарантује да ће сви ти комадићи крхотина, без обзира на облик или масу, савршено пратити ефекте Земљине гравитације, без потребе за било каквим другим прорачунима. То је нешто јединствено у односу на силу гравитације, захваљујући Е.П. [Зашто је релативност истинита: доказ за Аинстеинову теорију]
Савијање правила
Погледајте шта се догађа са смећем који сте бацили у свемир. Неки, сасвим случајно, могу кренути у савршено хоризонталној линији. Али како предмети падају на Земљу, они слиједе равне линије које воде право у средину земаљске кугле. Ако их посматрате изблиза, видећете да ће се, док се крећу према доле, постепено конвергирати. Када би могли проћи кроз чврсту Земљу, на крају би се сударили у самом центру.
Остали комадићи смећа могу кренути савршено окомитом линијом усмереном ка Земљи, равномерно распоређени један од другог. И они би пропали. Али онај срећник на предњој линији пао би нешто брже, због своје мало ближе Земље, а последњи у линији мало заостаје. Како би се комадићи крхотина наставили спуштати, полако би се разишли у својој вертикалној линији.
У неким случајевима добијамо конвергирајуће, сужавајуће стазе. У осталим случајевима добијамо различите, ширимо путање. У оба случаја стазе почињу савршено паралелно или једнолично, али мењају карактер с. Ове променљиве путање су управо оно што математичари користе језиком „закривљености“ да би описали, а то је језик геометрије.
Динг, динг, динг. Ево га. Принцип еквиваленције говори о томе да вас путеви падајућег смећа директно информишу о природи гравитације, а те исте стазе откривају компликовану геометрију темељног простора-времена. Другим речима, та гравитација је геометрија простора-времена.
Геометродинамика.
Протегнемо мозак
т "Вријеме" у простору-времену је врло важно за потпуну теорију. Вероватно сте видели демо или графичку грађу науке која прати чланак о општој релативности, а који приказује како изгледа натегнути лим од гуме. Тешка лопта, која представља планету или звезду или црну рупу или било шта друго, поставља се у средину, повлачећи тканину доле. Превртање осталих куглица по листу открива „утицај“ гравитације: Покушавају да прате равне линије, али њихови се путеви одбијају испод закривљености.
Тај демо је сасвим у реду као прво увођење у вртић, али сад смо већ прошли у вртићу. У реалном простору-времену не постоји „доље“, а закривљеност се дешава у четири димензије, а не у две. Мало је теже визуелизовати, због чега се обично повлачимо у једноставнији демо.
Тачно је да масиван објект нарушава статички простор у његовој близини, али то је само половина слике. Маса такође утиче на димензију времена, и то чини изменом могућих путања за које је пролазни објект способан.
Сваки објекат има оно што се назива конус светлости или скуп могућих одредишта до којих би објект могао да путује спорије од брзине светлости. Замислите да возите заједно са мрљом прашине док јури сунце. Има низ будућих могућности, које даје његов светлосни конус. Али како се прашина приближава сунцу, гравитација те огромне ватрене кугле нагиње конус прашине према самом сунцу. . Прашини је сада додељена нова, специфичнија будућност: Неке су дестинације ван граница (оне су изван новог светлосног конуса), док су се друге отвориле.
Ово може изгледати као цепање власи, али статичко савијање простора и измена светлосних честица се појављују у математици опште релативности на одвојеним местима, и само комбиновањем два ефекта добијамо потпуна (и тачна!) Предвиђања теорија. Простор и време морају се оба посматрати заједно; не можете да игноришете један.у
Другим речима, гравитација је геометрија простора-времена. Геометродинамика.
Сазнајте више слушајући епизоду "" Озбиљно, шта је гравитација? (Део 3) "у подкасту" Питај свемирске ", доступан на иТунес-у и на веб локацији хттп://ввв.аскаспацеман.цом. Захваљујући Андрев П., Јоице С., @ Луфт08, Бен В., Тер Б., Цолин Е, Цхристопхер Ф., Мариа А., Бретт К., бригуитхефлигуи, @МаркРиепе, Кеннетх Л., Аллисон К., Пхил Б. и @схрениц_схах за питања која су довела до овог дела! Поставите своје питање на Твиттеру користећи #АскАСпацеман или пратећи Паул @ ПаулМаттСуттер и фацебоок.цом/ПаулМаттСуттер. Пратите нас @Спацедотцом, Фацебоок и Гоогле+. Оригинални чланак на Спаце.цом.
