Már 105 éve tudjuk, hogy a világ véges, de nincs határa

A modern elméleti fizika egyik legnagyobb hatású alakja, Albert Einstein 105 éve, 1916. március 19-én publikálta az általános relativitás elméletéről szóló dolgozatát, amely alapjaiban megváltoztatta az univerzumról alkotott felfogásunkat. Az általános relativitáselmélet előrejelzései eddig minden megfigyelésben illetve kísérletben bizonyítást nyertek: Einstein elmélete jósolta meg többek között a gravitációs lencsehatást, a fekete lyukak létezést, valamint a „téridő fodrozódásait„, a gravitációs hullámokat, de az általános relativitáselmélet alapozta meg a táguló világegyetem, a véges és határtalan univerzum modern kozmológiai modelljét is – írja az Origó.

Albert Einstein és Hendrik Antoon Lorentz 1921-ben. Forrás: Flickr

Semmi sem haladhat gyorsabban a fény sebességénél

Albert Michelson valamint Edward Morley amerikai fizikusok egy 1887-ben elvégzett kísérlete mutatta ki először, hogy a fény állandó sebességgel terjed, és a fény sebessége független a megfigyelő mozgásától,

ami pedig a klasszikus newtoni mechanika alapján nem lett volna lehetséges.

George Francis Fritzgerald ír fizikus e zavarba ejtő kísérleti eredmény értelmezésére 1894-ben felvetette, ha azt feltételezzük, hogy a testek megrövidülnek a mozgás irányába, akkor a Michelson-Morley kísérlet eredménye is megmagyarázhatóvá válik.

Fritzgerald hipotézisének Hendrik Lorentz holland fizikus adott matematikai formát a róla elnevezett Lorentz-transzformációval, de a jelenség lényegét ő sem értette meg. Albert Einstein elvetette azt az általánosan elfogadott elméletet,

hogy az abszolút teret az elektromágneses hullámok terjedését biztosító hipotetikus közeg, az éter töltené ki.

Einstein rájött, hogy a fény bármilyen inerciarendszerben minden irányban ugyanazzal a sebességgel ( az által c-vel jelzett fénysebességgel) terjed, a fény frekvenciájától és az észlelő, valamint a fényforrás sebességétől függetlenül.

Albert Einstein és Hendrik Antoon Lorentz 1921-ben.
Fotó: Flickr

Ez a felismerés ugyan ellentmondott a klasszikus newtoni mechanikán alapuló sebesség-összeadódásnak, de megmagyarázta a Michelson-Morley kísérlet eredményét, és tartalmat adott a Lorentz-transzformációnak. Az 1905-ben publikált „A mozgó testek elektrodinamikájáról„ című dolgozata, – amely később a speciális relativitáselméletként vált közismertté –,

a relativitást az idő, a tér, a tömeg és az energia elméleteként vezette be.

Einstein speciális relativitáselmélete szerint a természeti törvények minden inerciarendszerben azonosak csakúgy, mint az azokat leíró egyenletek is.

A speciális relativitás einsteini elméletének van egy másik fontos következménye, mégpedig hogy nincs semmilyen abszolút nyugvó vonatkoztatási rendszer, ezért nincs abszolút tér sem, a kölcsönhatásoknak pedig létezik egy maximális terjedési sebessége, a fény vákuumbeli sebessége, aminél egyetlen test sem haladhat gyorsabban.

Einstein elmélkedik
Fotó: Flickr

A gravitáció, mint a tér torzulásával magyarázható kölcsönhatás

Albert Einstein nyolc évig tartó töprengés után alkotta meg a speciális relativitáselmélet továbbfejlesztésével az általános relativitás elméletét, amely lényegét tekintve a gravitáció geometriai elmélete, és a gravitáció, mint kölcsönhatás modern fizikai leírása.

Ez a zseniális teória a speciális relativitáselméletet és Isaac Newton univerzális gravitációs törvényét általánosította; a gravitációt az egyesített tér és idő, azaz a téridő geometriai tulajdonságaként írva le. Einstein a teret és időt egyesítő matematikai modelljében a téridő egy olyan négydimenziós koordináta-rendszer, amely három tér és egy idő koordinátával rendelkezik, a rendszer pontjai pedig egy-egy eseménynek felelnek meg.

(A relativitáselmélet előtti fizika a tér- és idődimenziókat egymástól és a bennük elhelyezkedő testektől függetlennek tekintette.)

az általános relativitáselmélet szerint az anyag meggörbíti a téridőt,

amiből az következik, hogy az (általunk ismert) univerzum mint fizikai rendszer nem végtelen, hanem véges; az anyagnak térbeli kiterjedése és tömege van. ( Más kérdés, hogy ismeretelméleti szempontból a világegyetem végtelen, hiszen tapasztalatilag sohasem juthatunk a végére.)

Rajz Isaac Newton
Fotó: Flickr

Einstein az elméletéből azt a jóslatot vezette le, hogy a fény a nagy tömegű égitestek, a csillagok, vagy galaxisok közelében elhaladva a gravitációtól valamilyen mértékben elhajlik.

a fényre annak ellenére hatni látszik a gravitációs erő, hogy tulajdonképpen nem rendelkezik tömeggel,

ami Newton klasszikus elméletével nem is lenne megmagyarázható. Einstein viszont rájött, hogy a fény (a fotonok) nem az erő miatt térülnek el egy nagytömegű kozmikus test gravitációjának hatására, hanem a fény egyenes haladási vonala hajlik el a térrel együtt.

Az általános relativitáselméletet leíró einsteini egyenletekből tehát az következik, hogy a gravitáció nem erő, hanem egy olyan kölcsönhatás, amit a tér torzulásával magyarázhatunk.

Einstein, szobor formában
Fotó: Flickr

A cikk folytatását ITT érheti el.

Kiemelt kép: Flickr