Tipărire
Categorie: Teoria relativităţii
Accesări: 1914


Materia curbează spaţiu-timpul, iar spaţiu-timpul curbat dictează mişcarea materiei în univers. credit: LIGO/T. Pyle

Ideea lui Einstein a fost că gravitația nu este o forță, ci este, în fapt, un efect generat de curbura spaţiu-timpului. Materia curbează spațiu-timpul în vecinătatea sa, iar această distorsiune afectează, la rându-i, modul în care materia se mișcă în univers. Aceasta înseamnă că, potrivit lui Einstein, spațiul și timpul sunt reactive. Ele se deformează în prezența materiei și a tuturor tipurilor de energie.

Einstein a numit teoria sa „relativitatea generală”, deoarece este o generalizare a teoriei relativității speciale. Ambele se bazează pe „independența observatorului”, adică ideea că legile naturii nu ar trebui să depindă de mișcarea unui observator. Diferența dintre relativitatea generală și relativitatea specială este că în relativitatea specială spațiu-timpul este plat, ca o foaie de hârtie, în timp ce în relativitatea generală poate fi curbat.


Relativitatea generală este o teorie confirmată de nenumărate experimente. Aceasta prezice că traiectoria razelor de lumină se curbează în jurul obiectelor masive, precum Soarele, aspect observat de multiple ori. Același efect dă naștere și fenomenul numit "lentilă gravitaţională". Relativitatea generală prevede în continuare că universul ar trebui să se afle în expansiune, lucru, de asemenea, observat. Se prezice că timpul trece mai lent unde gravitaţia este mai puternică. Relativitatea generală prezice găurile negre și undele gravitaționale, pe care le-am observat. Și lista continuă.

 

 




Teoria relativităţii generale vs teoria mecanicii cuantice

Nu există nici o îndoială că relativitatea generală funcționează extrem de bine. Dar știm că nu poate fi teoria corectă pentru spațiu și timp. Este o aproximare care funcționează în multe circumstanțe, dar eșuează în altele.

Știm acest lucru deoarece relativitatea generală nu se potrivește cu o altă teorie extrem de bine confirmată, mecanica cuantică. Este una dintre acele probleme care sunt ușor de explicat, dar dificil de rezolvat.

Iată ce nu merge bine dacă doriți să combinați gravitația cu mecanica cuantică. Știm experimental că particulele au unele proprietăți cuantice ciudate. Ele se supun principiului incertitudinii și pot face lucruri de genul că sunt în două locuri simultan. Concret, gândiți-vă la un electron care trece printr-o fanta dublă. Mecanica cuantică ne spune că particulele trec prin ambele fante.

Electronii au masă, iar masele generează o atracție gravitațională prin curbarea spațiu-timpului. Dar cum anume funcţionează gravitaţia în acest caz, dacă electronul trece prin ambele fante în același timp? Te-ai aștepta ca atracția gravitațională să se exercite în două locuri în același timp. Dar nu poate fi cazul în relativitatea generală, deoarece relativitatea generală nu este o teorie cuantică.

Pentru a rezolva această problemă, trebuie să înțelegem proprietățile cuantice ale gravitației. Avem nevoie de ceea ce fizicienii numesc o teorie a gravitației cuantice. Și din moment ce Einstein ne-a învățat că gravitația este generată de curbura spațiu-timpului, ceea ce avem nevoie este o teorie care să explice proprietățile cuantice ale spațiu-timpului.


Singularităţile

Există alte două motive pentru care știm că relativitatea generală nu poate fi corectă. Pe lângă problema cu fanta dublă, există problema singularităților (relativitatea generală). Singularitățile sunt locuri în care atât curbura spaţiu-timpului și densitatea materiei devin infinit de mari; cel puțin asta prevede relativitatea generală. Acest lucru se întâmplă de exemplu în interiorul găurilor negre și la începutul universului.

În orice altă teorie pe care o avem, singularitățile sunt un semn că teoria îşi arată limitele și trebuie înlocuită cu o teorie care să explice universul la un nivel mai profund (fundamental). Este cazul şi cu relativitatea generală, unde teoria-candidat pentru a o înlocui este teoria gravitaţiei cuantice.


Găurile negre şi probleme pierderii informaţiei

Al treilea motiv pentru care gravitația trebuie cuantificată este dat de problema pierderii informaţiei găurilor negre. Dacă combinăm teoria cuantică cu relativitatea generală, dar fără a cuantifica gravitația, atunci descoperim că găurile negre se micșorează lent, pe măsură ce emit radiații. Aceasta ipoteză a fost emisă de Stephen Hawking în anii '70, aşa că această radiaţie a găurilor negre se mai numeşte şi radiație Hawking.

Aşadar, se pare că găurile negre pot dispărea în totalitate prin emiterea acestei radiații. Problema este că radiațiile în sine sunt complet aleatorii și nu conţin informaţie. Asta înseamnă că atunci când o gaură neagră a dispărut în totalitate și tot ce a mai rămas este radiația, nu poţi şti ce a constituit gaura neagră. Un astfel de proces este ireversibil în mod fundamental și, prin urmare, este incompatibil cu teoria cuantică. Mulți fizicieni consideră că pentru a rezolva această problemă avem nevoie de o teorie a gravitației cuantice.

Așadar, știm că teoria relativităţii generale trebuie înlocuită cu o teorie a gravitației cuantice. Această problemă este cunoscută încă din anii ’30. De atunci, au fost multe încercări de rezolvare a problemei.

Textul articolului este adaptare după textul din videoclip