Boston Post frontpageNewton a avut revelaţia că un măr care cade spre pământ se află sub influenţa unei forţe misterioase, numite gravitaţie. Einstein vine însă cu o altă teorie: nu există o "forţă misterioasă" care să tragă mărul spre pământ, ci prezenţa Pământului în spaţiu duce la curbarea spaţiu-timpului dimprejurul planetei (video inclus).



ACCESAŢI AICI SECŢIUNEA SCIENTIA DEDICATĂ TEORIEI RELATIVITĂŢII

 



 

CUPRINS

 

Sisteme de referinţă inerţiale şi neinerţiale
Principiul echivalenţei
Spaţiu-timpul curb
Eclipsa din 1919. Prima confirmare experimentală a Relativităţii Generalizate
...mergi direct la videoclip

 


 

SISTEME DE REFERINŢĂ

Relativitatea se ocupă cu modul în care doi oameni se pun de acord cu privire la ceea ce văd când unul dintre ei este în mişcare. Atunci când această mişcare se desfăşoară cu o viteză constantă şi în linie dreaptă (mişcare rectilinie uniformă), spunem că cei doi observatori se află în sisteme de referinţă "inerţiale".  Relativitatea lui Einstein pentru sisteme de referinţă inerţiale poartă numele de Teoria Relativităţii Restrânse (Relativitatea Specială ori Restrânsă). Această teorie postulează că orice persoană aflată în mişcare cu viteză constantă va observa aceleaşi legi ale fizicii ca şi una aflată în repaus.

Ce se întâmplă însă în cazul sistemelor de referinţă aflate în mişcare accelerată ori care încetinesc sau care îşi schimbă direcţia de deplasare? Oare principiile lui Einstein vor mai fi valabile şi în acest caz? Putem oare spune că legile fizicii sunt aceleaşi pentru observatorii din sisteme de referinţă accelerate? Iar lumina va mai călători oare cu viteză constantă şi în sistemele de referinţă neinerţiale?

 

PRINCIPIUL ECHIVALENŢEI

Să ne imaginăm pe cineva închis într-o incintă izolată undeva în spaţiul cosmic, la milioane de kilometri de influenţa gravitaţională a oricărei planete. Persoana respectivă ar pluti prin încăpere fără niciun efort. Obiectele aflate în repaus ar rămâne în repaus, iar obiectele aflate în mişcare ar pluti prin incinta respectivă în linie dreaptă până ce s-ar lovi de un perete.

Însă în momentul în care motoarele unei rachete ataşate incintei ar începe să imprime ansamblului o acceleraţie prin spaţiu (să spunem, de jos în sus, din perspectiva unei încăperi de pe Terra, cu podea şi tavan, deşi în acea zonă a spaţiului noţiunile de sus şi jos şi-ar pierde sensul), eroul situaţiei imaginate de noi ar simţi ceva destul de diferit. S-ar simţi împins de podeaua aflată în mişcare accelerată. Obiectele aflate în repaus ar părea să cadă pe măsură ce podeaua ar accelera către în sus până la întâlnirea cu ele.

 

Dacă acceleraţia ar fi suficient de mare, persoana respectivă ar putea sta în picioare şi merge prin încăpere ca şi cum s-ar afla pe Terra, supusă atracţiei gravitaţionale a Pământului. De fapt, Einstein susţinea că nu există nicio modalitate prin care să sesizăm diferenţa între starea de repaus sub influenţa gravitaţiei, respectiv deplasarea accelerată prin spaţiu. Din moment ce toţi observatorii trebuie să se pună de acord cu privire la legile fundamentale ale fizicii, legile fizicii care descriu gravitaţia trebuie, într-un anume sens, să fie echivalente cu cele care descriu acceleraţia prin spaţiul cosmic.

În plus, din moment ce mişcarea prin spaţiu modifică măsurătorile noastre asupra timpului şi asupra distanţelor, la fel prezenţa unui câmp gravitaţional alterează spaţiul şi timpul. Acest tip de logică l-a condus pe Einstein la concluzia că trebuie să abandoneze modelul vechi al gravitaţiei ca forţă invizibilă de atracţie între obiecte. În loc, acesta avea să introducă noua perspectivă, în care gravitaţia este o distorsiune a spaţiu-timpului însuşi.

 

SPAŢIU-TIMPUL CURB

Potrivit Relativităţii Generalizate, prezenţa materiei în anumite zone din Univers modifică geometria spaţiului. Un mod în care putem vizualiza acest lucru este să ne imaginăm o minge de bowling plasată pe o plasă elastică (în genul celor folosite pentru acrobaţii). Mingea de bowling deformează plasa, făcând ca obiectele de pe suprafaţa acesteia să se mişte spre minge.

Un fenomen asemănător este responsabil, în viziunea lui Einstein, şi pentru apariţia forţei de atracţie gravitaţională. Deşi valoarea acceleraţiei gravitaţionale a fost calculată încă din vremea lui Isaac Newton, până la Einstein nu a existat o descriere clară a mecanismelor de funcţionare ale gravitaţiei. Adică: conform lui Newton, am putea spune că un măr cade spre suprafaţa terestră deoarece anumite forţe invizibile de atracţie care se exercită între măr şi planetă fac ca cele două obiecte să fie împinse unul spre celălalt. Dar care este cauza apariţiei acestei forţe gravitaţionale? Cum se întâmplă, de fapt, această atracţie? Nimeni, până la Einstein, nu ştia să răspundă la aceste întrebări. Iar acesta a renunţat complet la ideea unei forţe invizibile.

Nu există o "forţă misterioasă" care să tragă mărul spre Pământ. Mai degrabă prezenţa Pământului în spaţiu duce la apariţia unei curburi a spaţiu-timpului dimprejurul planetei. Iar mărul nu face decât să urmeze cel mai uşor de parcurs drum disponibil în mişcarea sa prin acest spaţiu curbat, cale ce îl poartă spre suprafaţa planetei...

 

ECLIPSA

Dacă Einstein are dreptate, iar obiectele masive curbează într-adevăr spaţiul, atunci gravitaţia ar trebui să afecteze mişcarea tuturor obiectelor prin spaţiu - incluzând aici şi lumina. Imaginaţi-vă că lumina de la o stea depărtată călătoreşte prin apropierea Soarelui. Potrivit lui Isaac Newton, gravitaţia reprezintă o forţă de atracţie între toate obiectele care posedă masă, iar din moment ce lumina nu are masă, lumina provenind de la steaua îndepărtată nu ar fi nicicum afectată de gravitaţia Soarelui.

Dar, în accepţiunea lui Einstein, un obiect masiv, aşa cum este şi cazul Soarelui, curbează însuşi spaţiu-timpul, astfel că lumina stelei depărtate, traversând acel spaţiu deformat din imediata vecinătate a Soarelui, ar trebui să fie la rându-i curbată.

Cine are dreptate? Greu de spus, mai ales în 1915, când Einstein de-abia îşi publicase teoriile despre gravitaţie, iar mulţi dintre oamenii de ştiinţă încă se raportau la teoriile lui Newton ca la o veritabilă dogmă.

Deviaţia traiectoriei luminii prezisă de ecuaţiile lui Einstein este extrem de mică şi, mai mult decât atât, nu putem vedea lumina provenind de la stelele aflate înapoia Soarelui deoarece acesta este mult prea strălucitor. Ar fi nevoie de observarea acelor stele pe timpul zilei.


Din fericire, la doar 4 ani după ce Einstein publicase în 1915  Teoria Relativităţii Generalizate, a avut loc o eclipsă de soare observabilă de-a lungul Oceanului Atlantic, din nordul Braziliei şi până pe coastele vestice ale Africii. În ambele locuri au fost organizate expediţii conduse de astronomi de renume, echipaţi cu telescoape şi aparate de fotografiat pentru a surprinde pe peliculă stelele pe măsură ce acestea devin vizibile în spatele Soarelui acoperit de Lună.

Dacă Einstein avea dreptate, poziţia aparentă a acestor stele la acel moment al zilei ar trebui să fie modificată faţă de adevărata lor poziţie fotografiată cu luni în urmă, când Soarele se afla în altă parte pe bolta cerească. Rezultatul? Astronomii au anunţat că predicţiile lui Einstein fuseseră confirmate (un film documentar realizat de BBC şi intitulat sugestiv „Einstein and Eddington” prezintă povestea expediţiei conduse de sir Arthur Stanley Eddington în insula Principe din vestul Africii).

Ulterior acestor confirmări experimentale relativitatea avea să fie acceptată cu rapiditate de către comunitatea ştiinţifică internaţională şi nu avea să dureze prea mult până când  Albert Einstein  avea să devină o celebritate internaţională, prima adevărată vedetă provenind din comunitatea ştiinţifică.

Puteţi citi aici despre inelul Einstein, un caz particular al efectului de lentilă gravitaţională observabil în astronomie şi prezis de teoria relativităţii generalizate, iar pentru o listă a testelor experimentale care confirmă predicţiile teoretice ale Teoriei Relativităţii Generalizate, puteţi consulta această pagină (limba engleză).

 


Teoria relativităţii pe înţelesul tuturor, partea a VI-a


Notă: articolul de mai sus reprezintă adaptarea textului folosit în film.
Traducerea şi adaptarea: Scientia.ro.
Credit: www.cassiopeiaproject.com