Mitmesugust

Einsteini laps: kuidas suhtelisus on aja jooksul püsinud?

Einsteini laps: kuidas suhtelisus on aja jooksul püsinud?

Albert Einstein (1879 - 1955) on see, mida võite nimetada "leibkonna nimeks" ja seda põhjusega. Tänu tohutule panusele, mida ta oma elu jooksul tegi mitmele teadusvaldkonnale, on nimest Einstein saanud geeniuse sünonüüm.

Pentsiku suhtumisega valgekarvalise teadlase kuvand on ka tema pärast. Isegi need, kes ei tunne füüsikat, kosmoloogiat ega kvantmehaanikat hästi, tunnevad tõenäoliselt mõistet Relatiivsus (või elegantne võrrand) E = mc2).

SEOTUD: EINSTEINI TEADE ÜLDSUHELIKKUSEST KORRAS

See teooria, mis muutis meie arusaama universumist murranguliselt, on vaieldamatult Einsteini kõige sügavam ja püsivam panus. Ja kuigi relatiivsusteooriat pakuti välja juba üle sajandi tagasi, testitakse ja kontrollitakse seda siiani. Aga kõigepealt väike taust ...

Mis on ehk vähem tuntud, on asjaolu, et Einstein ei kasutanud mõistet Relatiivsus. Au kuulub selle eest Galileo Galileale (1564-1642), kes pakkus selle kontseptsiooni (aka Galilei muutumatuse) välja kui viisi, kuidas vaielda universumi heliotsentrilise mudeli eest.

Galileo laev

Heliotsentrilise mudeli propageerimise osana väitis Galileo, et liikumisseadused on kõigis inertsiaalsetes raamides ühesugused. Seda hakati nimetama Galilea suhtelisuseks (või muutumatuseks), mis on kokku võetud järgmiselt:

"[Veel kaks vaatlejat, kes liiguvad üksteise suhtes ühtlase kiiruse ja suuna korral, saavad kõigi mehaaniliste katsete jaoks samad tulemused."

Esimest korda kirjeldas ta seda põhimõtet oma 1632. aasta traktaadis Dialoog kahe peamise maailmasüsteemi kohta, mis oli tema kaitse Koperniku heliotsentrilise mudeli eest. Illustreerimiseks kasutas ta ühtlase veega kiirusega ühtlase kiirusega sõitva laeva näidet.

Teki all olevale vaatlejale ei olnud Galileo arvates selge, kas laev liikus või seisis. Veelgi enam, kui tekil olev inimene peaks palli jalale laskma, näib, et see kukub otse alla (kui ta tegelikult kukuks koos laevaga edasi).

See argument oli viis näidata, kuidas Maa saaks liikuda läbi kosmose (s.t. Päikese ümber), kuid tema pinnal seisvad vaatlejad ei teaks seda kohe.

Samamoodi olevat Galilei teinud katseid langevate kehadega, kus ta viskas Pisa tornist erineva massiga pallid.

Ehkki seda lugu peetakse apokrüüfseks, täheldas Galileo siiski, et erineva massiga objektid langeksid kõrgemast kohast vabanedes sama kiirusega põhja poole.

See oli vastuolus tavapärase (aristotelese) mõttega, et objekti langemise kiirus sõltub selle massist. Galileo lisas ka, et objektid säilitaksid oma kiiruse, kui väline jõud seda kiirust ei takista.

Need vaatlused innustaksid Briti polümaati Isaac Newtonit, kes võtaks need tähelepanekud suurepäraselt kokku ühes süsteemis, mis jääks sajandeid aktsepteeritud konventsiooniks (edaspidi tuntud kui Newtoni füüsika).

Newtoni õun

17. sajandi lõpus kasutas Sir Isaac Newton (1642 - 1726/27) seda põhimõtet ja Galilei tähelepanekuid gravitatsiooni kohta oma kolme liikumisseaduse ja universaalse gravitatsiooni seaduse väljatöötamiseks. Kolm seadust ütlevad, et:

  1. Puhkes olev keha jääb puhkama ja liikuv keha jääb liikuma, välja arvatud juhul, kui sellele mõjub väline, tasakaalustamata jõud. Seda nimetatakse muidu inertsiseaduseks.
  2. Jõu võrdub massi ja kiirendusega, väljendatuna matemaatiliselt f (t) = m ⋅ a (t) - kus f on jõud, t on aeg, m on mass ja a on kiirendus.
  3. Igas looduses toimuvas tegevuses eksisteerib võrdne ja vastupidine reaktsioon - nt. kui objekt A avaldab objektile B jõudu, siis objekt B avaldab objektile A ka võrdset jõudu.

Newtoni kolm seadust laiendasid gravitatsioonijõudu tõhusalt Maast väljapoole ja väitsid, et sama jõud, mis paneb õuna puult alla kukkuma, põhjustab ka Kuu ümber Maa ja planeedid Päikese ümber.

Vahepealne universaalne gravitatsioon ütleb meile, et iga universumi keha meelitab teisi kehasid jõuga, mis on otseselt proportsionaalne nende masside korrutisega ja pöördvõrdeline nende vahelise kauguse ruuduga.

Matemaatiliselt väljendub see järgmiselt: F = G m1m2/ r², kus F on kahe objekti vaheline gravitatsioonijõud, m1 ja m2 on esemete massid, r on nende vaheline kaugus ja G on gravitatsioonikonstant.

Need teooriad sisaldasid alati kaht järeldust ruumi ja aja olemuse kohta. Üks, et inertsiaalne raam on võrdluspunkt "absoluutsele ruumile". Teiseks, et kõik inertsiaalsed raamid jagavad universaalset aega. Teisisõnu, aeg ja ruum on absoluutsed ja lahus.

Alles 19. sajandi lõpus / 20. sajandi alguses tekkis Newtoni füüsikal tõsiseid probleeme. Tänu arvukatele aatomi- ja subatoomifüüsika valdkonnas tehtud avastustele seati kahtluse alla aine ja energia ning aja ja ruumi olemus.

Lõpuks pakkus Šveitsis elav (ja patendiametis töötav) teoreetiline füüsik teooriat, mis osutuks revolutsiooniliseks. See polnud keegi muu kui Albert Einstein, kelle relatiivsusteooria oli kahes osas.

Esimene, tema erirelatiivsusteooria, käsitles elektromagnetismi ja valguse käitumist (ruumi ja aja suhtes). Teine, üldrelatiivsusteooria, käsitles gravitatsioonivälju (ruumi ja aja suhtes).

Eriline suhtelisus

Aastal 1905 koges Einstein seda, mida ta ise nimetas annus mirabilis ("imeaasta"), kus ta avaldas Šveitsis Berni patendiametis töötades mitu murrangulist paberit.

Enne seda olid teadlased maandunud vastuoludega, mis eksisteerisid Newtoni füüsika ja elektromagnetismi (kvantmehaanika tärkava valdkonna osa) reguleerivate seaduste vahel.

Neid iseloomustas 19. ja 20. füüsiku James Clerk Maxwelli (1831-1879) ja Hendrik Antoon Lorentzi (1853-1928) töö - täpsemalt Maxwelli võrrandid ja Lorentzi jõuseadus.

Maxwelli võrrandid on diferentsiaalvõrrandite kogum, mis annab matemaatilise mudeli elektri, magnetismi ja sellega seotud nähtuste käitumiseks. Sisuliselt väljendavad nad seda, kuidas kõikuvad elektri- ja magnetväljad levivad püsikiirusel (c) vaakumis.

Lorentzi jõud seevastu kirjeldab laetud osakese elektromagnetilist jõudu, kui see liigub läbi elektri- ja magnetvälja. Kuigi need uurimisvaldkonnad kirjeldasid täpselt, kuidas elektri- ja magnetlained käitusid, ei olnud need kooskõlas Newtoni füüsikaga - mis oli sel ajal endiselt domineeriv.

Need vastuolud ilmnesid eriti siis, kui tuli juttu sellest, kuidas valgus ühest või teisest punktist edasi liikus. 19. sajandiks oli teadlastel õnnestunud elektromagnetlainete abil tehtud eksperimentide põhjal arvutada valguse kiirus.

See viis arusaamani, et valgus oli tegelikult elektromagnetlaine ja käitus sarnaselt. Kahjuks esitas see mitmeid teoreetilisi probleeme. Nagu muud tüüpi lained (nt heli), vajaksid nähtused levimiseks ka keskkonda.

20. sajandiks avanedes oli teaduslik üksmeel selles, et valgus liikus ruumis läbi liikuva keskkonna ja vedas seetõttu selle kandja poolt kaasa. Selle selgitamiseks postuleerisid teadlased, et kosmos oli täidetud salapärase "helendava eetriga".

Lühidalt, see tähendas, et valguse kiirus - 299 792 458 m / s (300 000 km / s; 186 000 mps) - oli selle eetri kaudu läbitud kiiruse summa. pluss selle eetri kiirus. Teisisõnu, valguse kiirus (mõõdetuna) ei olnud absoluutne ja sõltus keskkonnast, mida ta levitas.

Selle tagajärg oli see, et eeter kas vedas liikuvat ainet või transpordis seda koos. Kahjuks ei olnud see kooskõlas katsetulemustega ja esitas arvukalt teoreetilisi probleeme.

Näiteks Fizeau veetorude katse (1851) mõõtis valguse kiirust, kui see läbi vee liikus. Kui praegune valguse levimise teooria oleks õige, oleks katse näidanud kiiruse märgatavat vähenemist.

Ja kuigi tulemused näitasid, et keskkonda läbiv valgus allus lohisemisele, ei olnud see mõju kaugeltki nii suur, kui loodeti. Teistel toodetud katsetel olid sarnased tulemused, näiteks Fresneli osaline eeter-lohistamise hüpotees ja Sir George Stokesi katsed.

See jättis teadlased pead kratsima. Aastal 1905 käsitles Einstein neid vastuolusid oma põhitööga "Liikuvate kehade elektrodünaamikast " ("Zur Elektrodynamik bewegter Körper").

Selles väitis Einstein, et valguse kiirus c) vaakumis on konstantne, hoolimata allika või vaatleja inertsiaalsest võrdlusraamist. Seda hakati nimetama Einsteini erirelatiivsusteooriaks, mida võtab kokku lihtne võrrand E = mc2 (kus E on energia, m on mass ja c on valguse kiirus).

See teooria kummutaks sajandeid kestnud teadusliku ortodoksia ja oleks murranguline oma lihtsuse ja selle abil, kuidas see lahendas elektromagnetismi ja klassikalise mehaanika vastuolud.

Esiteks sobitas see Maxwelli elektri ja magnetismi võrrandid Newtoni mehaanika seadustega. Samuti lihtsustas see matemaatikat, kaotades kõrvalised selgitused ja muutes eetri olemasolu tarbetuks.

Einsteini teooria tutvustas ka ideed, et kui objekt lähenes valguse kiirusele, toimusid aegruumi osas suured muutused. See hõlmab aja laienemist, kus vaatleja aja tajumine aeglustub, kui lähemale nad jõuavad c.

See kõik aitaks klassikalise mehaanika pea peale pöörata. Kui tavapärane mõtlemine leidis, et mateeria ja energia on lahus, siis Einsteini teooria viitas sisuliselt sellele, et need kaks olid mõlemad sama reaalsuse väljendused.

Teisisõnu, ruumi kaudu ei saa liikuda, liikumata ka ajas.

Üldine suhtelisus

Aastatel 1907–1915 hakkas Einstein kaaluma, kuidas saaks tema erirelatiivsusteooria teooriat gravitatsiooniväljadele rakendada. See oli veel üks komistuskivi tänapäeva teadlastele, kes hakkasid märkama, et Newtoni universaalse gravitatsiooni seadusel on piirid.

Ka siin märgati vastuolusid tänu läbimurretele elektromagnetismi valdkonnas. Näiteks 1865. aastal avaldas James Clerk Maxwell oma suurteose "Elektromagnetvälja dünaamiline teooria ".

Selle artikli lõpus tegi ta gravitatsiooni kohta järgmised kommentaarid:

"Pärast ümbritseva keskkonna toimele nii magnetiliste kui ka elektriliste atraktsioonide ja tõrjumiste jälitamist ning nende sõltuvust kauguse pöördväljakust, suunatakse meid loomulikult uurima, kas sama seadust järgiv gravitatsiooniatraktsioon kaugusest, pole jälgitav ka ümbritseva keskkonna toimele. "

Kuid Maxwell tunnistas, et see tekitas paradoksi. Põhimõtteliselt tähendaks sarnaste kehade ligitõmbamine seda, et nende keskkondade juuresolekul väheneks ümbritseva keskkonna energia. Gravitatsiooniks põhjust leidmata tunnistas Maxwell, et ei suutnud seda lahendada.

Aastatel 1900 ja 1905 esitasid Lorentz ja matemaatik Henri Poincaré teooria, et gravitatsioon võib olla seotud valguse levikuga, mis kajastab seda, mida Einstein lõpuks oma üldrelatiivsusteooriaga vaieldaks.

Aastal 1907 avaldas Einstein artiklite seerias esimese, mis püüdis neid probleeme lahendada. Pealkirjaga "Relatiivsuspõhimõtte ja sellest tehtud järelduste kohta"Käsitles Einstein, kuidas erirelatiivsusteooria reegel võib kehtida ka kiirenduse korral.

Just selles dokumendis pakkus Einstein välja ekvivalentsuse põhimõtte, mis ütleb, et gravitatsioonimass on identne inertsimassiga. Illustreerimiseks selgitas ta, et kehade kiirendus Maa keskosa suunas kiirusega 1 g (g = 9,81 m / s2) on samaväärne inertsilt liikuva keha kiirendusega, mida täheldatakse raketis vabas ruumis kiirendades kiirusega 1g. Seega on vabalangemine tegelikult inerts ja vaatleja ei koge selle tagajärjel gravitatsioonivälja.

Selles suhtes väitis Einstein, et ruum ja aeg - mida ka klassikaline füüsika säilitas - olid eraldi - olid sama asja kaks väljendust.

Aastaks 1911 laiendas Einstein oma 1907. aasta paberit uue paberiga pealkirjaga “Gravitatsiooni mõjust valguse levikule ". Selles ennustas ta, et objekt, mis kiirenes gravitatsiooniallikast eemale, kogeb aega kiiremini kui see, mis istub paigal muutumatul gravitatsiooniväljal.

Seda nähtust tuntakse gravitatsioonilise aja laienemisena, kus aja tajumine erineb sõltuvalt vaatleja kaugusest gravitatsioonimassist või asukohast gravitatsiooniväljas.

Samas artiklis ennustas ta valguse painutamist gravitatsiooniväljas ja gravitatsioonilist punast nihet (aka. Doppleri nihe). Esimene neist on ekvivalentsuspõhimõtte tagajärg, kus valguse läbimist mõjutab aegruumi kõverus ja selle läbipaine sõltub osaleva keha massist.

Viimane puudutab valgust, mis väljub massiivsest kehast (nagu kauge täht või galaktika), mis seejärel gravitatsiooniväljadest pääsemiseks nihutatakse energia kadumise tõttu spektri punase otsa poole (täpsemalt allpool).

Need argumendid olid eriti mõjukad, kuna (erinevalt sellest, mida Einstein 1907. aastal väitis), sai neid astronoomiliste vaatluste abil kontrollida. Einstein kirjutab lähiaastatel veel mitu paberit, laiendades oma gravitatsiooniteooriaid, ja 1915. aastaks hakati neid aktsepteerima.

Sellest ajast alates on üldist suhtelisust kinnitatud mitme katse abil ja see on muutunud kaasaegse astrofüüsika keskmes. See mängiks rolli mustade aukude, kosmilise paisumise, tumeda energia ja muude kaasaegse kosmoloogia aspektide teooriate väljatöötamisel.

Kuidas on suhtelisust testitud (ja kinnitatud)?

Lühike vastus: Üheksa viisi alates pühapäevast!

Pikk vastus: Loe edasi ...

Nii erirelatiivsusteooriat (SR) kui ka üldrelatiivsusteooriat (GR) on viimase sajandi jooksul korduvalt testitud ja need on ikka ja jälle kinnitust leidnud.

Tegelikult oli juba enne seda, kui Einstein oma SR-teooria välja pakkus, sellel eksperimentaalne alus (mis viis ta lõpuks oma teooria väljatöötamiseni). Veelgi enam, ei läinud kaua aega, enne kui teadlased tema teooriad üle võtsid, et teha edasisi läbimurdeid.

Kuid tegelikult olid Einsteini teooriad nii põhjalikult läbi vaadatud ja testitud alles aastakümnete jooksul, mil pakuti relatiivsusteooriat. Tegelikult on palju sellest, mida astronoomid on meie universumi kohta õppinud, kuna Einstein pakkus välja SR ja GR, tema teooriaid.

Elavhõbeda periheelioni pretsessioon

Alustuseks lahendas GR probleemi, mida astronoomid olid püüdnud lahendada alates 1859. aastast, mis oli Merkuuri orbiidi kurioosne olemus. Astronoomid tuginesid sajandite vältel Merkuuri orbiidi ümber Päikese Newtoni mehaanikale.

Kuigi need mehaanikad oskasid arvestada planeedi orbiidi ekstsentrilisusega, ei suutnud nad seletada, miks punkt, kus Merkuur 'jõudis perihelionini (orbiidi kõige kaugem punkt), muutus aja jooksul ümber Päikese.

Seda teemat tunti kui Merkuuri "periheeliooni pretsessiooni", millel polnud klassikalise füüsika järgi mõtet, kuna Newtoni sõnul oli periheelioni punkt igas kahekehalises süsteemis fikseeritud.

Pakuti välja mitmeid lahendusi, kuid need kippusid tekitama rohkem probleeme kui nad lahendasid. Kuid Einsteini GR-teooria - kus gravitatsiooni vahendab aegruumi kõverus - nõustus täheldatud periheelionihke suurusega.

See oli üks esimesi, kuid kindlasti mitte viimaseid ennustusi, mille Einstein esitas. Siin on veel mõned ...

Mustad augud ja gravitatsioonilained

Üks GR ennustusi on see, et piisavalt kompaktne mass võib deformeerida aegruumi kuni punktini, mis selle välimises piires (aka. Sündmuste horisondis) aeg lakkaks ja füüsikaseadused muutuksid üksteisest eristamatuks.

Selle tagajärg on see, et gravitatsioonitugevus ületaks tegelikult valguse kiiruse, muutes selle kompaktse massi ideaalseks "mustaks kehaks" - see tähendab, et ükski elektromagnetiline kiirgus (sealhulgas valgus) ei pääseks sellest.

Kui teadlased olid varem selliste masside kohta teooriaid teinud, siis esimesena pakkus GR-i lahendusena välja "mustade aukude" olemasolu Karl Schwarzschild. 1916. aastal arvutas ta raadiuse, mille mass pidi saavutama, et saada must auk (edaspidi tuntud kui Schwarzchildi raadius).

Aastakümneid jääksid mustad augud teaduslikuks uudishimust. Kuid 1960. aastateks, mida sageli nimetatakse "üldise suhtelisuse kuldajastuks", hakkasid GR-i ja kosmoloogiliste nähtuste uurimine näitama mustade aukude mõju.

1970. aastateks avastasid astronoomid, et Linnutee keskmes oleval raadioallikal (Ambur A *) on ka helge ja väga kompaktne komponent. Koos järgnevate ümbritseva keskkonna vaatlustega viis see teooriani, et Sag A * oli tegelikult ülimassiivne must auk (SMBH).

Sellest ajast alates on astronoomid täheldanud, et enamikul massiivsetel galaktikatel on sarnaselt aktiivsed südamikud, mis põhjustavad nende heledat sära raadio-, infrapuna-, röntgen- ja gammakiirguse lainepikkustel. Mõne puhul on leitud, et nende südamikust pärinevad ülekuumenenud materjali joad, mis ulatuvad miljoneid valgusaastaid.

2016. aastal teatasid laserinterferomeetri gravitatsioonilainete vaatluskeskuse (LIGO) teadlased, et nad on gravitatsioonilainete avastanud kõigi aegade esimese. Algselt ennustas GR, see nähtus on peamiselt aegruumi lainetus, mille põhjustavad kataklüsmilised sündmused.

Nende hulka kuuluvad sellised sündmused nagu binaarsed mustad augud või neutronitähtede ühinemised, neutronitähtedega ühinevad mustad augud või teiste kompaktsete objektide kokkupõrked. Alates 2016. aastast on tuvastatud mitu gravitatsioonilaine sündmust.

10. aprillil 2019 teatas teaduskoostöö nimega The Event Horizon Telescope (EHT) Messier 87 keskmes asuva SMBH-d ümbritseva sündmuste horisondi esimene otsene pilt.

Kosmoloogiline konstantne ja tume energia

Relatiivsusteooria väljavõrrandite teine ​​tagajärg oli see, et Universum pidi kas olema paisumis- või kokkutõmbumisseisundis. Kummalisel kombel ei sobinud see Einsteiniga, kes eelistas uskuda, et universum on staatiline ja stabiilne.

Selle lahendamiseks mõtles Einstein välja jõu, mis "hoiab raskust tagasi", tagades seeläbi, et Universum ei vajuks iseendasse. Ta nimetas seda jõudu "kosmoloogiliseks konstandiks", mida teaduslikult esindas tegelane Lamba (Λ).

Kuid 1929. aastal lahendas Ameerika astronoom Edwin Hubble selle probleemi tänu naabergalaktikate avastamisele. Pärast nende punase nihke mõõtmist avastas ta, et suurem osa universumi galaktikatest eemaldub meie omadest.

Lühidalt öeldes oli Universum paisumisseisundis, mille kiirust hakati nimetama Hubble'i konstantiks. Einstein võttis avastuse lahkelt omaks ja väitis, et kosmoloogiline konstant oli olnud tema karjääri "suurim viga".

1990. aastateks suutsid astronoomid läbi viia vaatlusi, mis paistsid aina kaugemale kosmosesse (ja sellest tulenevalt ka ajas tagasi). Need vaatlused näitasid, et Universumi laienemise kiirus tegelikult suurenes.

Praeguse teooria kohaselt domineeris Universumis alates Universumi kõige varasemast vaadeldavast perioodist (umbes üks miljard aastat pärast Suurt Pauku) kuni umbes kümme miljardit aastat pärast Suurt Pauku gravitatsioon ja see laienes aeglasemalt.

Kuid neli miljardit aastat tagasi olid Universumi suuremahulised struktuurid üksteisest piisavalt kaugel, et tumedast energiast sai domineeriv jõud ja kõik hakkas kiiremini lahku minema. Einsteini salapärane jõud, mis "raskust tagasi hoidis", oli leitud!

Eksperimentaalsed tõendid suhtelisuse kohta

Alates 1905. aastast on läbi viidud sadu uskumatu ulatuse ja mitmekesisusega katseid, mis on SR-i kinnitanud. See hõlmas mitut katset, mis kinnitasid, et valgus oli isotroopne (st igas suunas mõõdetuna on samad omadused).

Nende hulka kuulub ka 1887. aastal tehtud Michelson-Morley katse (MMX), mille eesmärk oli mõõta valguse kiirust risti suundades interferomeetri abil - seade, kus kaks valgusallikat ühendatakse häiremustri loomiseks.

Selle eesmärk oli tuvastada aine (antud juhul Maa) suhteline liikumine läbi “helendava eetri”. Katse oli ebaõnnestunud, kuna see näitas, et Maa orbiidi suunas oleva valguse kiiruse ja täisnurga valguse kiiruse vahel pole olulist erinevust.

Sarnased katsed viidi läbi kogu 20. sajandi alguses, kasutades erinevaid seadmeid ja tundlikkuse suurendamise vahendeid, kuid kõik andsid sama (null) tulemuse.

20. sajandi viimaseks pooleks viidi läbi katsed, kasutades valgusisotroopia mõõtmiseks lasereid. Need katsed hõlmasid ühesuunalise ja edasi-tagasi valguse kiiruse mõõtmist ning nii statsionaarsete kui liikuvate objektide kasutamist.

Taas said need katsed nulltulemusi, mis on kooskõlas SR-ga. Võrreldes katsetega, mis ei suutnud kinnitada "eetri" olemasolu või mõju, on Einsteini lahendus siiani kõige elegantsem ja põhjalikum.

Üldrelatiivsusteooria (GR) osas on läbi viidud ulatuslikud vaatluskampaaniad, mis näitavad selle prognoositavat mõju tööl. Näiteks näitas 2017. aastal Euroopa astronoomide meeskond, kuidas kakskümmend aastat Ambur A * - meie galaktika keskmes asuva ülimassiivse musta augu (SMBH) - vaatlemist kinnitasid Einsteini ja GR ennustusi.

Kasutades Tšiilis asuva Euroopa Lõunaobservatooriumi väga suure teleskoobi (VLT) ja teiste teleskoopide andmeid, jälgisid nad kolme Ambur A * ümber tiirlevat tähte ja märkisid selle mõju nende ekstsentrilisusele.

Nad leidsid, et üks täht (S2) järgib eriti elliptilist orbiiti ümber SMBH, mille lõpuleviimiseks kulub 15,6 aastat. Kõige lähemal jõuab see Päikese ja Maa vahelisse kaugusesse 120 korda (120 AU). Need kõrvalekalded orbiidil olid kooskõlas GR-ga.

Gravitatsiooniline objektiiv ja punane nihe

Varsti pärast seda, kui Einstein tegi ettepaneku oma teooria kohta, kuidas aegruum käitub gravitatsioonivälja juuresolekul, avanes võimalus seda testida. 1919. aastal teadsid astronoomid, et 29. mail toimub täielik päikesevarjutus, mis andis võimaluse.

Einstein ja saksa astronoom Erwin Finlay-Freundlich kutsusid kogu maailma teadlasi üles GR-i testima, mõõtes selle sündmuse ajal valguse läbipaine.

Sir Arthur Eddington, Suurbritannia astronoom ja teadussuhtleja, kes oskas selgitada mõisteid nagu suhtelisus, võttis väljakutse vastu ja korraldas ekspeditsiooni Principe saarele (Ekvatoriaal-Guinea rannikul, Aafrikas).

Päikesevarjutuse ajal varjutasid Päikese kiired Kuu olemasolu, muutes selle ümber olevad tähed nähtavaks. Eddington pildistas neid tähti ja kinnitas, et nende valguse tee oli Päikese gravitatsioonilise mõju tõttu nihkunud.

7. novembril 1919 Ajad avaldas oma kampaania tulemused pealkirja all: “Revolutsioon teaduses - universumi uus teooria - kukutatud Newtoni ideed”.

See efekt, kus valguse läbipääsu mõjutab suur objekt, pani aluse meetodile, mida nimetatakse "gravitatsiooniläätseks". See hõlmab tuginemist suure taevase objekti (tähed, galaktikad, galaktikaparved, mustad augud jne) olemasolule, et jälgida neist kaugemal asuvaid objekte.

Tegelikult on astronoomid leidnud, et kui valgusallika, gravitatsiooniläätse ja vaatleja vahel on peaaegu täiuslik joondumine, deformeerub valgus rõngaks - mida nüüd nimetatakse "Einsteini rõngaks".

Seda mõju on astronoomid regulaarselt täheldanud, eriti kosmoseteleskoopide kasutuselevõtu korral Hubble. Hea näide selle kohta leidis aset 2018. aastal, kus rahvusvaheliste teadlaste meeskond kasutas galaktikakobarat, et vaadata kõige kaugemat üksikut tähte, mida on kunagi täheldatud (nimega Icarus, mis asub 9 miljardi valgusaasta kaugusel).

Teine tõend, mis kinnitab üldrelatiivsusteooriat, on see, kuidas gravitatsioonivälja olemasolu abil elektromagnetkiirgust venitatakse. See on eelmainitud nähtus, mida nimetatakse "punase nihkena", kus gravitatsioonivälja mõju põhjustab valguse lainepikkuse pikenemist.

Teisisõnu, kaugest taevasest objektist (täht, galaktika või galaktikaparved) kiirguv valgus nihutatakse spektri punase otsa poole. Seejärel kasutatakse punase nihke ulatust selle arvutamiseks, kui suur on seda mõjutav gravitatsiooniväli.

Punast nihet kasutatakse laialdaselt ka universumi laienemise kiiruse mõõtmiseks, kuna kaugetest galaktikatest tulev valgus venib valgusallika ja vaatleja vahelisse ruumi.

Kuid seda on kasutatud ka GR testimise meetodina; eriti siis, kui jälgida, kuidas valgus musta augu juuresolekul käitub. Hea näide sellest hõlmas ka tähelepanekuid Ambur A * tiirlemisel.

Vastutav meeskond koosnes GRAVITY koostöö liikmetest, kes kasutasid VLT-d S2 jälgimiseks, kui see musta augu eest möödus - mis toimus 2018. aasta mais. Oma orbiidi lähimas punktis oli täht 20 miljardit km (12,4 miljardit miili) SMBH-st ja liikudes peaaegu kolme protsendi ulatuses valguse kiirusest.

Kooskõlas GR-ga täheldas meeskond gravitatsioonilist punast nihet, mis tugevnes lähemale S2 Ambur A * -le. Musta augu väga tugev gravitatsiooniväli venitas tähe valguse lainepikkust ja pani selle nihkuma spektri punase otsa poole.

Kui Einstein alustas oma teoreetilise füüsiku karjääri, oli ta sisenemas revolutsiooni äärel olevasse maailma. Vanad konventsioonid seati kahtluse alla, kuna need olid vastuolus uute avastustega, mis pakkusid igasuguseid probleeme.

Lahkudes jättis Einstein maha pärandi, millele teadusajalugu praktiliselt ei sarnanenud. Ta pakkus sünteesi vanadele ja uutele teooriatele ning lõi uue arusaama aegruumi, aine ja energia vastastikmõjust.

Pealegi oli ta teerajaja läbimurdel, mis viis teadusesse palju rohkem revolutsioone. Täna, üle saja aasta hiljem, hoiavad tema teooriad endiselt vastu ja annavad jätkuvalt teavet meie arusaamise kohta Universumist.

  • Vikipeedia - üldine suhtelisus
  • NASA - Newtoni liikumisseadused
  • NASA - 100 aastat üldist suhtelisust
  • Vikipeedia - üldise suhtelisuse testid
  • Püha Andrewsi ülikool - üldrelatiivsusteooria
  • Uued teadlased - kohene ekspert: üldrelatiivsusteooria
  • Füüsika keskpunkt - Galilea suhtelisus ja Galilei laev
  • Hariduse vaatluskeskus - spetsiaalse suhtelisuse katsealus


Vaata videot: Esra Hanımın ilginç Einstein saati! (Mai 2021).