Când teoria relativității a apărut la începutul anilor 1900, a dat peste cap secole de știință și le-a oferit fizicienilor o nouă înțelegere a spațiului și timpului. Isaac Newton vedea spațiul și timpul ca fiind fixe, dar în noua imagine oferită de relativitatea specială și relativitatea generală, acestea erau fluide și maleabile.

Cine a venit cu teoria relativității?

Albert Einstein. El a publicat prima parte a teoriei sale – relativitatea specială – în revista germană de fizică Annalen der Physik în 1905 și a finalizat teoria relativității generale abia după încă un deceniu de muncă dificilă. El a prezentat această din urmă teorie într-o serie de conferințe la Berlin la sfârșitul anului 1915 și a publicat-o în Annalen în 1916.

Ce este relativitatea specială?

Teoria se bazează pe două concepte cheie.

• În primul rând, lumea naturală nu permite cadre de referință „privilegiate”. Atâta timp cât un obiect se deplasează în linie dreaptă cu o viteză constantă (adică fără accelerație), legile fizicii sunt aceleași pentru toată lumea. Este un pic ca atunci când te uiți pe fereastra unui tren și vezi că un tren adiacent pare să se miște – dar se mișcă el sau te miști tu? Poate fi greu de spus. Einstein a recunoscut că, dacă mișcarea este perfect uniformă, este literalmente imposibil de spus – și a identificat acest lucru ca fiind un principiu central al fizicii.
• În al doilea rând, lumina călătorește cu o viteză invariabilă de 186.000 de mile pe secundă. Indiferent cât de repede se mișcă un observator sau cât de repede se mișcă un obiect emițător de lumină, o măsurare a vitezei luminii dă întotdeauna același rezultat.

Începând de la aceste două postulate, Einstein a arătat că spațiul și timpul sunt întrepătrunse în moduri pe care oamenii de știință nu le realizaseră până atunci. Printr-o serie de experimente de gândire, Einstein a demonstrat că consecințele relativității speciale sunt adesea contraintuitive – chiar surprinzătoare.

Dacă vă deplasați într-o rachetă și treceți pe lângă un prieten într-o rachetă identică, dar care se deplasează mai încet, de exemplu, veți vedea că ceasul prietenului dvs. ticăie mai încet decât al dvs. (fizicienii numesc acest lucru „dilatare a timpului”).

În plus, racheta prietenului dvs. va părea mai scurtă decât a dvs. Dacă racheta ta accelerează, masa ta și cea a rachetei vor crește. Cu cât mergi mai repede, cu atât lucrurile devin mai grele și cu atât racheta ta va rezista mai mult eforturilor tale de a o face să meargă mai repede. Einstein a demonstrat că nimic din ceea ce are o masă nu poate atinge vreodată viteza luminii.

O altă consecință a relativității speciale este că materia și energia sunt interschimbabile prin intermediul faimoasei ecuații E = mc² (în care E reprezintă energia, m masa, iar c² viteza luminii înmulțită cu ea însăși). Deoarece viteza luminii este un număr atât de mare, chiar și o cantitate infimă de masă este echivalentă cu – și poate fi convertită în – o cantitate foarte mare de energie. Acesta este motivul pentru care bombele atomice și cele cu hidrogen sunt atât de puternice.

Ce este relativitatea generală?

În esență, este o teorie a gravitației. Ideea de bază este că, în loc să fie o forță invizibilă care atrage obiectele unele spre altele, gravitația este o curbură sau o deformare a spațiului. Cu cât un obiect este mai masiv, cu atât mai mult deformează spațiul din jurul său.

De exemplu, soarele este suficient de masiv pentru a deforma spațiul în întregul nostru sistem solar – un pic ca și cum o minge grea care se sprijină pe o foaie de cauciuc deformează foaia. Ca urmare, Pământul și celelalte planete se deplasează pe traiectorii curbe (orbite) în jurul său.

Această deformare afectează, de asemenea, măsurătorile timpului. Avem tendința de a ne gândi la timp ca la un ticăit care se scurge la o rată constantă. Dar, la fel cum gravitația poate întinde sau deforma spațiul, ea poate dilata și timpul. Dacă prietenul tău urcă în vârful unui munte, vei vedea că ceasul lui ticăie mai repede decât al tău; un alt prieten, aflat în fundul unei văi, va avea un ceas care ticăie mai încet, din cauza diferenței de putere a gravitației în fiecare loc. Experimentele ulterioare au dovedit că acest lucru se întâmplă într-adevăr.

Cum arată relativitatea „sub capotă”?”

Relativitatea specială este, în cele din urmă, un set de ecuații care relaționează modul în care arată lucrurile într-un cadru de referință cu modul în care arată în altul – întinderea timpului și a spațiului și creșterea masei. Ecuațiile nu implică nimic mai complicat decât matematica de liceu.

Relativitatea generală este mai complicată. „Ecuațiile sale de câmp” descriu relația dintre masă și curbura spațiului și dilatarea timpului și sunt predate de obicei în cadrul cursurilor universitare de fizică la nivel de absolvire.

Testări ale relativității speciale și generale

În ultimul secol, multe experimente au confirmat validitatea atât a relativității speciale, cât și a celei generale. În primul test major al relativității generale, astronomii au măsurat, în 1919, devierea luminii de la stelele îndepărtate în timp ce lumina stelară trecea pe lângă soarele nostru, demonstrând că, de fapt, gravitația deformează sau curbează spațiul.

În 1971, oamenii de știință au testat ambele părți ale teoriei lui Einstein plasând ceasuri atomice sincronizate cu precizie în avioane de linie și făcându-le să zboare în jurul lumii. O verificare a ceasurilor după ce avioanele au aterizat a arătat că ceasurile de la bordul avioanelor de linie funcționau un pic mai încet (mai puțin de o milionime de secundă) decât ceasurile de la sol.

Disparitatea a rezultat din viteza avioanelor (un efect al relativității speciale) și din distanța mai mare față de centrul câmpului gravitațional al Pământului (un efect al relativității generale).

În 2016, descoperirea undelor gravitaționale – ondulații subtile în țesătura spațiu-timp – a fost o altă confirmare a relativității generale.

Relativitatea în practică

În timp ce ideile din spatele relativității par ezoterice, teoria a avut un impact uriaș asupra lumii moderne.

Centralele nucleare și armele nucleare, de exemplu, ar fi imposibile fără cunoașterea faptului că materia poate fi transformată în energie. Iar rețeaua noastră de sateliți GPS (sistem de poziționare globală) trebuie să țină cont de efectele subtile atât ale relativității speciale, cât și ale relativității generale; dacă nu ar fi făcut-o, ar fi dat rezultate care ar fi fost greșite cu câțiva kilometri.

FOLLOW NBC NEWS MACH PE TWITTER, FACEBOOK ȘI INSTAGRAM.

„A Wrinkle in Time” are probabil dreptate în ceea ce privește dimensiunile multiple

17 martie 201803:13

.