Albert Einstein bol známy mnohými vecami, ale jeho najväčším duchovným dieťaťom je teória relativity. Navždy to zmenilo naše chápanie priestoru a času.
Čo je relativita? Stručne povedané, ide o to, že fyzikálne zákony sú všade rovnaké. My tu na Zemi dodržujeme rovnaké zákony svetla a gravitácie ako niekto vo vzdialenom rohu vesmíru.
Univerzálnosť fyziky znamená, že dejiny sú provinčné. Rôzni diváci uvidia načasovanie a rozmiestnenie udalostí odlišne. To, čo je pre nás milión rokov, môže byť len mrknutie oka pre niekoho, kto letí vo vysokorýchlostnej rakete alebo upadne do čiernej diery.
Je to všetko relatívne.
Špeciálna relativita
Einsteinova teória je rozdelená na špeciálnu a všeobecnú relativitu.
Špeciálna relativita bola na prvom mieste a je založená na konštantnej rýchlosti svetla pre všetkých. Môže sa to zdať dosť jednoduché, ale má to ďalekosiahle následky.
Einstein k tomuto záveru dospel v roku 1905 po experimentálnych dôkazoch, ktoré ukázali, že rýchlosť svetla sa nezmenila, keď sa Zem otáčala okolo Slnka.
Tento výsledok bol pre fyzikov prekvapivý, pretože rýchlosť väčšiny ďalších vecí závisí od toho, akým smerom sa pozorovateľ pohybuje. Ak idete autom po železničnej trati, zdá sa, že vlak prichádzajúci na vás sa pohybuje oveľa rýchlejšie, ako keby ste sa otočili a sledovali ho rovnakým smerom.
Einstein povedal, že všetci pozorovatelia zmerajú rýchlosť svetla na 186 000 míľ za sekundu, bez ohľadu na to, ako rýchlo a akým smerom sa pohybujú.
Toto maximum podnietilo komika Stephena Wrighta, aby sa opýtal: „Ak ste v vesmírnej lodi, ktorá cestuje rýchlosťou svetla a zapnete svetlomety, stalo sa niečo?“
Odpoveďou je, že sa svetlomety zapínajú normálne, ale iba z pohľadu niekoho v kozmickej lodi. Pre niekoho, kto stojí vonku a pozoruje, ako loď letí, sa nezdá, že by sa rozsvietili svetlomety: svetlo vyjde, ale ide rovnakou rýchlosťou ako vesmírna loď.
Tieto protichodné verzie vznikajú, pretože pravítka a hodiny - veci, ktoré označujú čas a priestor - nie sú rovnaké pre rôznych pozorovateľov. Ak sa má rýchlosť svetla udržiavať konštantná, ako povedal Einstein, potom nemôže byť absolútny čas a priestor; musia byť subjektívne.
Napríklad 100 metrov dlhá kozmická loď, ktorá sa pohybuje rýchlosťou 99,99% rýchlosťou svetla, sa stacionárnemu pozorovateľovi objaví o jednu stopu dlhá, ale zostane normálnou dĺžkou pre tých, ktorí sú na palube.
Možno aj čudnejší čas plynie pomalšie, tým rýchlejšie. Ak dvojča jede v rýchlej vesmírnej lodi s nejakou vzdialenou hviezdou a potom sa vráti, bude mladšia ako jej sestra, ktorá zostala na Zemi.
Aj hmotnosť závisí od rýchlosti. Čím rýchlejšie sa objekt pohybuje, tým je masívnejší. V skutočnosti žiadna kozmická loď nemôže nikdy dosiahnuť 100% rýchlosti svetla, pretože jej hmotnosť narastie do nekonečna.
Tento vzťah medzi hmotnosťou a rýchlosťou sa často vyjadruje ako vzťah medzi hmotnosťou a energiou: E = mc ^ 2, kde E je energia, m je hmotnosť ac je rýchlosť svetla.
Všeobecná relativita
Einstein neurobil narušenie nášho chápania času a priestoru. Ďalej zovšeobecňoval svoju teóriu zahrnutím zrýchlenia a zistil, že to skreslilo tvar času a priestoru.
Ak sa chcete držať vyššie uvedeného príkladu: predstavte si, že sa vesmírna loď zrýchli vystrelením svojich pohonných jednotiek. Tí na palube sa budú držať na zemi, akoby boli na Zemi. Einstein tvrdil, že sila, ktorú nazývame gravitáciou, je nerozoznateľná od toho, že sa nachádza v urýchľujúcej lodi.
To samo osebe nebolo také revolučné, ale keď Einstein vypracoval zložitú matematiku (trvalo mu to 10 rokov), zistil, že priestor a čas sú zakrivené blízko obrovského objektu a toto zakrivenie zažívame ako gravitačnú silu.
Je ťažké si predstaviť zakrivenú geometriu všeobecnej relativity, ale ak si niekto predstaví časopriestor ako druh látky, potom masívny objekt roztiahne okolitú tkaninu tak, že čokoľvek, čo prechádza okolo, už viac nenasleduje priamku.
Rovnice všeobecnej relativity predpovedajú celý rad javov, z ktorých mnohé boli potvrdené:
- ohyb svetla okolo mohutných predmetov (gravitačné šošovky)
- pomalý vývoj na obežnej dráhe planéty Ortuť (perihelion precesia)
- rámové ťahanie časopriestoru okolo rotujúcich telies
- oslabenie svetla unikajúceho gravitačným ťahom (gravitačný červený posun)
- gravitačné vlny (vlnky v časoprostorovej štruktúre) spôsobené kozmickými údermi
- existencia čiernych dier, ktoré zachytávajú všetko vrátane svetla
Deformácia časopriestoru okolo čiernej diery je intenzívnejšia ako kdekoľvek inde. Keby vesmírne dvojča spadlo do čiernej diery, bola by natiahnutá ako špagety.
Našťastie pre ňu to všetko skončilo o pár sekúnd. Ale jej sestra na Zemi by to nikdy neuvidela - sledovala, ako sa jej úbohá sestra v priebehu vesmíru postupne posúva smerom k čiernej diere.
Tento článok bol aktualizovaný 2. júla 2019 autorom Live Science Contributor Tim Childers.
