Ce este relativitatea?

Albert Einstein a fost faimos pentru multe lucruri, dar cea mai mare creație a sa este teoria relativității. Aceasta a schimbat pentru totdeauna înțelegerea noastră despre spațiu și timp.

Ce este relativitatea? Spusă succint, este noțiunea că legile fizicii sunt aceleași peste tot. Noi, aici pe Pământ, ne supunem acelorași legi ale luminii și gravitației ca și cineva dintr-un colț îndepărtat al universului.

Universalitatea fizicii înseamnă că istoria este provincială. Diferiți spectatori vor vedea în mod diferit sincronizarea și spațierea evenimentelor. Ceea ce pentru noi este un milion de ani poate fi doar o clipită pentru cineva care zboară într-o rachetă de mare viteză sau care cade într-o gaură neagră.

Toate sunt relative.

Relativitatea specială

Teoria lui Einstein este împărțită în relativitate specială și relativitate generală.

Relativitatea specială a fost prima și se bazează pe faptul că viteza luminii este constantă pentru toată lumea. Acest lucru poate părea destul de simplu, dar are consecințe profunde.

Einstein a ajuns la această concluzie în 1905, după ce dovezile experimentale au arătat că viteza luminii nu se schimba pe măsură ce Pământul se rotea în jurul soarelui.

Acest rezultat a fost surprinzător pentru fizicieni, deoarece viteza majorității celorlalte lucruri depinde de direcția în care se mișcă observatorul. Dacă vă conduceți mașina de-a lungul unei șine de cale ferată, un tren care vine spre dumneavoastră va părea că se mișcă mult mai repede decât dacă v-ați întoarce și l-ați urmări în aceeași direcție.

Einstein a spus că toți observatorii vor măsura viteza luminii ca fiind de 186.000 mile pe secundă, indiferent de viteza și de direcția în care se mișcă.

Această maximă l-a determinat pe comediantul Stephen Wright să întrebe: „Dacă vă aflați într-o navă spațială care călătorește cu viteza luminii și aprindeți farurile, se întâmplă ceva?”

Răspunsul este că farurile se aprind în mod normal, dar numai din perspectiva cuiva aflat în interiorul navei spațiale. Pentru cineva care stă afară și privește nava zburând pe lângă ea, farurile nu par să se aprindă: lumina iese, dar se deplasează cu aceeași viteză ca și nava spațială.

Aceste versiuni contradictorii apar deoarece riglele și ceasurile – lucrurile care marchează timpul și spațiul – nu sunt aceleași pentru observatori diferiți. Dacă viteza luminii trebuie să fie menținută constantă, așa cum a spus Einstein, atunci timpul și spațiul nu pot fi absolute; ele trebuie să fie subiective.

De exemplu, o navă spațială lungă de 30 de metri care călătorește cu 99,99% din viteza luminii va părea lungă de un metru pentru un observator staționar, dar va rămâne la lungimea normală pentru cei de la bord.

Poate și mai ciudat, timpul trece mai încet cu cât se merge mai repede. Dacă o soră geamănă călătorește în nava spațială în viteză spre o stea îndepărtată și apoi se întoarce, ea va fi mai tânără decât sora ei care a rămas pe Pământ.

Masa, de asemenea, depinde de viteză. Cu cât un obiect se mișcă mai repede, cu atât devine mai masiv. De fapt, nicio navă spațială nu poate atinge vreodată 100% din viteza luminii, deoarece masa sa ar crește până la infinit.

Această relație dintre masă și viteză este adesea exprimată ca o relație dintre masă și energie: E=mc^2, unde E este energia, m este masa și c este viteza luminii.

Relativitatea generală

Einstein nu a terminat de bulversat înțelegerea noastră despre timp și spațiu. El a continuat să-și generalizeze teoria prin includerea accelerației și a constatat că acest lucru a distorsionat forma timpului și a spațiului.

Pentru a rămâne la exemplul de mai sus: imaginați-vă că nava spațială accelerează prin aprinderea propulsoarelor sale. Cei de la bord se vor lipi de sol exact ca și cum ar fi pe Pământ. Einstein a afirmat că forța pe care o numim gravitație nu se poate distinge de faptul că ne aflăm într-o navă care accelerează.

Acest lucru în sine nu a fost atât de revoluționar, dar când Einstein a rezolvat calculele matematice complexe (i-a luat 10 ani), a descoperit că spațiul și timpul sunt curbate în apropierea unui obiect masiv, iar această curbură este ceea ce experimentăm ca forță de gravitație.

Este dificil să ne imaginăm geometria curbată a relativității generale, dar dacă ne gândim la spațiul-timp ca la un fel de țesătură, atunci un obiect masiv întinde țesătura înconjurătoare astfel încât orice trece prin apropiere nu mai urmează o linie dreaptă.

Ecuațiile relativității generale prezic o serie de fenomene, dintre care multe au fost confirmate:

• curbarea luminii în jurul obiectelor masive (lentilă gravitațională)
• o evoluție lentă a orbitei planetei Mercur (precesia periheliului)
• tragerea cadrului spațiu-timp în jurul corpurilor în rotație
• slăbirea luminii care scapă atracției gravitaționale (deplasarea spre roșu gravitațională)
• unde gravitaționale (ondulații în spațiu-țesătura spațiu-timp) cauzate de ciocnirile cosmice
• existența găurilor negre care rețin totul, inclusiv lumina

Deformarea spațiu-timpului în jurul unei găuri negre este mai intensă decât oriunde altundeva. Dacă geamănul care călătorește în spațiu ar cădea într-o gaură neagră, ea ar fi întinsă ca spaghetele.

Din fericire pentru ea, totul s-ar termina în câteva secunde. Dar sora ei de pe Pământ nu ar vedea niciodată sfârșitul – urmărind-o pe biata ei soră cum se îndreaptă treptat spre gaura neagră de-a lungul vârstei universului.

.