Обща теория на относителността на 100: Известната теория на Айнщайн е остаряла добре

НАСА

Теорията на общата теория на относителността на Айнщайн предсказва, че масивните обекти изкривяват пространството-времето около тях. Сондата за тежест B на НАСА установи, че пространството-времето около Земята наистина е извито от нашата планета и усукано от нейното въртене. (Кредит на изображението: НАСА)



Теорията на общата теория на относителността на Алберт Айнщайн се задържа доста добре след един век в света.



Известната теория, публикувана от Айнщайн през 1915 г., остава основата, върху която разбирането на учените за произхода и еволюцията на Вселената почива. Той продължава да вдъхновява изследванията на някои от най -фундаменталните въпроси без отговор във физиката и астрономията.

Общата теория на относителността “сега, мисля, рутинно се приема за основа на нашето описание на Вселената като цяло, което наричаме космология; на черни дупки, на неутронни звезди и на малки корекции в орбитите на планети и космически кораби в нашата собствена Слънчева система “, каза Роджър Бландфорд от Института за астрофизика и космология на частици в Станфордския университет. [Обяснена теория на общата относителност на Айнщайн (инфографика)]

Природата на гравитацията



2015 г. се навършват 100 години от публикуването на Алберт Айнщайн

2015 г. се навършват 100 години от публикуването на Общата теория на относителността на Алберт Айнщайн. Научете основите на теорията на относителността на Айнщайн в нашата инфографика тук.(Изображение кредит: От Карл Тейт, художник на инфографиката)

Общата теория на относителността добавя гравитация към теорията на специална относителност , който Айнщайн публикува през 1905 г. Специалната теория на относителността твърди, че законите на физиката са еднакви за всички неускоряващи се наблюдатели и че скоростта на светлината във вакуум никога не се променя, дори ако наблюдателят или източникът на светлина се движи.



Специална теория на относителността излага връзката между енергия и маса в най -известното уравнение в историята: E = mc2. („E“ е енергия; „m“ е маса, а „c“ е скоростта на светлината във вакуум - приблизително 671 милиона мили/ч, или 1,08 милиарда км/ч). Теорията също обедини пространството и времето в четириизмерно „пространство-време“.

Общата теория на относителността разшири тази последна идея, обяснявайки, че материята изкривява пространството-времето, точно както топката за боулинг, поставена върху леглото, създава вдлъбнатина в чаршафите. Това монументално прозрение не дойде лесно до Алберт Айнщайн; той спечели пътя си към това, повече от десетилетие на интензивни мисли и упорита работа.

- Трябваше да върви по стъпките си. Той предложи неща, които впоследствие оттегли. Но той продължи “, каза Бландфорд пред demokratija.eu. „Не се ръководеше от математически идеи или математически техники. Той се ръководеше преди всичко от физическата интуиция; тази изключително мощна физическа интуиция, която му е служила толкова добре в миналото, не го е подвела тук.



Общата теория на относителността характеризира гравитацията не като вродена сила, действаща върху обекти, а по-скоро следствие от кривината на пространството-време. (Представете си мрамор, който се търкаля по наклона, създаден от топката за боулинг на леглото.)

Това е мощна, радикална идея - и тя е изправена пред интензивен контрол вече един век, пише Бландфорд в специална обзорна статия, публикувана онлайн днес (5 март) в списание Science.

Потвърждение от много страни

Общата теория на относителността предвижда, че светлината ще поеме по извит път около масивен обект, например галактически клъстер, който значително деформира тъканта на пространството-време. [ История и структура на Вселената (инфографика) ]

Това наистина е наблюдавано; астрономите рутинно използват „гравитационни лещи“, за да изучават далечни източници на светлина. Всъщност в по -малък мащаб явлението дори помага на ловците на планети да търсят светове извън Слънчевата система на Земята. ( Екзопланети понякога могат да бъдат открити чрез изучаване как техните звездни системи огъват светлина от фонови обекти.)

Особеностите в орбитата на Меркурий около Слънцето също подкрепят общата теория на относителността.

„Той обяснява аномалната прецесия на перигелията на Меркурий или въртенето на линията, свързваща слънцето до точката на най -близко приближаване на планетата“, пише Бландфорд в Статия за научен преглед . „Айнщайн използва общата теория на относителността, за да обясни ~ 10 % разминаване в прецесията, дължащо се на гравитационното привличане на другите планети, ~ 43 дъгови секунди на век. Споразумението днес е по -добро от 10& minus; 4. '

Други видове наблюдателни доказателства също са помогнали да се постави общата теория на относителността на твърди основи, каза Бландфорд.

„Тествахме го по много, много различни начини“, каза той. 'Мисля, че е справедливо да се каже, че няма достоверно измерване или наблюдение, което да накара човек да се съмнява в неговото поле на приложимост.'

Тъмната вселена

Алберт Айнщайн на дъската.

Алберт Айнщайн на дъската.(Кредит на изображението: НАСА)

Общата теория на относителността също така предполага, че по -голямата част от Вселената се състои от неща, които хората не могат да открият директно или (в този момент) дори да разберат, пише Дейвид Спергел от Принстънския университет в друга обзорна статия в същия брой на Science.

Внимателното проучване на движението на материята и светлината в цялата Вселена разкри, че само „нормалната“ материя не може да обясни моделите на кривина на пространството-време, отбелязва Шпергел. Всъщност наблюденията показват, че само 5 % от Вселената е позната атомна материя, докато 25 % е тъмна материя и около 70 % е тъмна енергия.

Тъмната материя нито излъчва, нито абсорбира светлина, предавайки съществуването си само чрез своите гравитационни ефекти. Междувременно тъмната енергия е мистериозна сила, която се свързва с празното пространство и се смята, че е отговорна за ускоряващото се разширяване на Вселената.

През 1917 г. Айнщайн въвежда термин, наречен „ космологична константа „в общата теория на относителността, като отблъскваща сила, която ще противодейства на гравитацията и ще постигне статична вселена (което беше преобладаващата представа за природата на Вселената по онова време). След като наблюденията на астронома Едуин Хъбъл през 1929 г. показаха, че Вселената всъщност се разширява, Айнщайн изпуска космологичната константа, считайки я за „най -голямата грешка“ в живота си.

Но постоянството изглежда предчувствено сега, когато астрономите се борят с природата на тъмната енергия.

„Защо Вселената се ускорява? Най -проучената възможност е, че космологичната константа (или еквивалентно, вакуумната енергия на празното пространство) движи космическото ускорение, Спергел пише в научната статия. „Друга възможност е, че има развиващо се скаларно поле, което запълва пространството (като полето на Хигс или полето на инфлатона, което предизвика бързото ранно разширяване на Вселената). И двете възможности са обединени в „тъмна енергия“.

„Тъй като всички доказателства за тъмната енергия използват уравненията на общата теория на относителността, за да интерпретират нашите наблюдения на разширяването и еволюцията на Вселената, алтернативно заключение е, че е необходима нова теория на гравитацията, за да се обяснят наблюденията“, добавя той. 'Възможностите включват модифицирани теории за гравитацията с допълнителни размери.'

Бъдещето

Общата теория на относителността трябва да продължи да оформя усилията на физиците, космолозите и астрономите далеч в бъдещето, каза Бландфорд.

Например изследователите ще продължат да използват теорията, за да получат по -добро разбиране за черните дупки, неутронните звезди и други небесни тела и явления. Учените също ще продължат да изследват природата на тъмната енергия и тъмната материя, в опит да разберат Вселената в най -широк мащаб.

И накрая и може би най -вълнуващото, изследователите ще продължават да се опитват да обединят общата теория на относителността с квантовата механика, да се оженят за света на много големите с този на много малките. Този грандиозен и жадуван теория на всичко „досега е избягвал физиците, но Бландфорд каза, че смята, че е постижимо.

„Има много вълнуващи идеи“, каза той. 'Аз ще бъда оптимист и се надявам, че колегите ми ще успеят.'

Следвайте Майк Уол в Twitter @michaeldwall и Google+ . Последвай ни @Spacedotcom , Facebook или Google+ . Първоначално публикувано на demokratija.eu .