Teoria Relativităţii a lui Albert Einstein constă din două porţiuni majore: teoria relativităţii restrânse (sau relativitatea specială) şi relativitatea generalizată.
Relativitatea restrânsă descrie fenomenele care devin observabile la viteze comparabile cu viteza luminii, în sisteme de referinţă inerţiale (adică sisteme de referinţă care se deplasează unele faţă de altele la viteze constante). Pe de altă parte, relativitatea generală se ocupă de sistemele de referinţă neinerţiale (care au o mişcare accelerată), descriind fenomenele apărute în preajma câmpurilor gravitaţionale foarte puternice (în jurul corpurilor cereşti masive, cum ar fi stelele şi planetele). Această din urmă teorie stabileşte o legătură între gravitaţie şi curbura spaţiului, concept pe care îl vom lămuri ceva mai târziu.
Ce este relativitatea specială?
Ideea de plecare a acestei teorii este că viteza este relativă, depinzând de mişcarea observatorului, cel raportat la care este stabilită. De pildă, pentru un observator aflat într-o gară, un tren care se apropie de staţie are o anumită viteză de deplasare, care se modifică în timp, dar relativ la pasagerii săi, trenul pare a sta pe loc. De asemenea, Pământul pare a sta pe loc pentru noi toţi, dar dacă am trăi pe Lună am avea o cu totul altă impresie.
În prima sa teorie majoră, Einstein postulează că lumina se deplasează la viteză constantă, indiferent de starea de mişcare şi viteza observatorului care încearcă să determine valoarea cu care lumina, deci undele electromagnetice, călătoreşte prin diverse medii. Indiferent cât de repede se mişcă un observator, în orice situaţie lumina se va mişca faţă de el cu o viteză de aproximativ 300000 de km/s (în vid sau aer, şi cu valori mai mici prin alte medii). Viteza luminii în vid este şi viteza maximă cu care un corp se poate deplasa, o limită superioară a vitezelor posibil de atins, stabilită de paradigma einsteiniană.
Einstein descrie şi felul în care mişcarea afectează trecerea timpului, explicând faptul că nici rata de trecere a timpului nu este o constantă universală, ci depinde de starea de mişcare (vezi articolul despre dilatarea timpului şi paradoxul gemenilor).
De asemenea, marele fizician ne explică tot în cadrul teoriei relativităţii restrânse şi celebra relaţie dintre energie şi masă: E=mc2.
La momentul publicării teoria nu a putut fi susţinută de verificări experimentale, fiind foarte criticată pe atunci în special de adepţii mecanicii newtoniene, ale cărei baze erau drastic contrazise de ideile lui Einstein. Termenul de specială, sau restrânsă, asociat numelui teoriei, face trimitere la faptul că Einstein a tratat doar nişte cazuri particulare în cadrul ei, cele în care obiectele se deplasează cu viteze constante. Completările ulterioare vor lua forma relativităţii generalizate.
Ce este relativitatea generalizată?
Dacă relativitatea specială a impresionat o bună parte a comunităţii ştiinţifice la începutul secolului XX, relativitatea generalizată a reprezentat o nucă foarte tare pentru majoritatea celor care au încercat să-i pătrundă subtilităţile. Foarte puţini au înţeles implicaţiile teoriei la acea vreme şi nici până astăzi nu sunt foarte mulţi cei care se pot lăuda cu faptul că au înţeles în totalitate despre ce vorbea Einstein în această a doua mare teorie a sa.
Relativitatea generalizată descrie relaţiile dintre masă şi mişcare. Potrivit lui Einstein, pe măsură ce un corp accelerează, timpul trece mai încet pentru acesta, iar masa sa creşte.
Un alt aspect foarte important al teoriei este cel care ne învaţă că obiectele masive deformează spaţiul, curbându-l în preajma lor. Einstein a prezis că obiectele masive, deformând structura spaţiului, practic sunt capabile să schimbe traiectoria de mişcare a luminii, curbând-o. Eclipsa solară din 1919 a fost ocazia perfectă pentru a verifica ideile einsteiniene despre felul în care obiectele masive determină curbarea spaţiului din jurul lor.
Materia schimbă geometria spaţiului, iar gravitaţia este efectul acestei geometrii curbe.
(wikimedia.org)
Pe timpul nopţii, locaţia unei stele este simplu de stabilit pe cer. Ziua însă, atunci când Soarele se află în apropierea unei stele a cărei poziţie este cunoscută şi bine stabilită conform hărţilor stelare, poziţia stelei depărtate pare a se schimba. Sau cel puţin aşa susţinea teoria lui Einstein, care ţinea cont de faptul că, la trecerea prin câmpul gravitaţional extrem de puternic al Soarelui, razele de lumină venite dinspre o stea depărtată vor urma traiectoria spaţiului curb din jurul acestuia, dând impresia că steaua şi-a schimbat poziţia cunoscută conform observaţiilor nocturne.
Lumina venită de la o stea distantă urmează curbura spaţiului la trecerea pe lângă Soare
A fost nevoie ca Einstein să aştepte o eclipsă solară şi iniţiativa unui astrofizician, sir Arthur Stanley Eddington, care, cu ocazia eclipsei solare din 1919, a putut observa şi surprinde pe peliculă fotografică felul în care lumina vine de la steaua depărtată şi pare a se curba sub influenţa câmpului gravitaţional al Soarelui, confirmând astfel teoria lui Einstein. Verificarea experimentală a ideilor sale i-a adus instantaneu faimă şi recunoaşterea meritelor din partea comunităţii ştiinţifice internaţionale lui Einstein.
Povestea acestei curajoase întreprinderi a lui Eddington, reprezentantul unei şcoli care la vremea respectivă susţinea cu tărie modelul newtonian al Universului, a fost dramatizată de BBC cu mare succes în 2008. Filmul se numeşte, sugestiv, „Einstein and Eddington".
