Једна од најважнијих теорија физике, Ајнштајнова Општа теорија релативности, ове године навршава свој стоти рођендан
Текст: Ивана Хорват
Алберт Ајнштајн није био превише заинтересован за примену својих открића. Суштински, био је заинтересован да математички развије своје идеје о природи које су биле значајно другачије од физике тог и неких претходних времена. Сугерисао је да гравитација, осим што нас спречава да одлутамо у мрачна пространства свемира, на одређени начин утиче на проток времена. Ова теза била је револуционарна мисао тог доба. Захтевала је нову физику и нови математички рачун.
Након Специјалне теорије релативности којом је 1905. године између осталог довео у нераскидиву везу простор и време, Ајнштајн је желео да прошири своју идеју и на област гравитације. Желео је да покаже на који начин јака гравитациона поља утичу на такозвани простор-време и да свој специјални случај релативитета примени и на убрзане системе. Чинило се да под утицајем јаког гравитационог поља један догађај не мора нужно да се догоди истовремено за два различита посматрача. Као резултат овог промишљања настаје једна од најутицанијих физичких теорије свих времена.
Физика екстрема
Општа теорија релативности, односно гравитације, често се спомиње као физика великог: физика великих маса, великих брзина и убрзања, и готово бесконачног простора свемира. Ајнштајнова општа релативност објашњава да оно што доживљавамо као ефекат силе гравитације у класичној физици, у релативистичкој представља последицу закривљености простора и времена око сваког масивног објекта. Сваки други објекат који се нађе у овој гравитационој клопци повиноваће се њеним законитостима.
Неколико година након Специјалне релативности, Ајнштајн је схватио да постоји много дубља веза између система који убрзавају и система који се налазе у пољу гравитације. Сматрао је да су ефекти истоветни и да не постоји експеримент који био успео да направи разлику између њих. Овај мисаони експеримент поставио је темељ за развој нове теорије.
Ајнштајн је размишљао о експерименту који укључује два лифта: један који се налази на Земљи, и други који се налази у свемиру ван домета гравитације, али убрзава ка горе стопом која је идентична гравитационом убрзању Земље од 9.81 m/s2. Ако би посматрачи који се налазе у лифтовима, потпуно изоловани од спољашњег света, испустили лоптицу из своје руке, у оба случај пала би на исти начин. Ајнштајн је сматрао да се истоветност ова два ефекта може описати повезивањем ефеката гравитације са геомтеријским карактерстикама простора.
Општа теорија релативности суштински се разликовала од Њутнове теорије гравитације. Ово постаје јасно у екстремним ситуацијама, као што су велике брзине или јака гравитациона поља, са којима се не сусрећемо у свакодневном животу. Због тога су ефекти ове врсте дуго измицали оштром оку научника.
Општа теорија релативитета имала је снажан утицај на физику, геометрију и астрономију. Нашла је своју широку примену у проучавању свемира. Помоћу ње, научници су предвидели велики број егзотичних феномена попут црних рупа, гравитационих сочива и гравитационих таласа. Ова теорија такође представља једну од теоријских потпора Великог праска. До сада је урађен веки број експерименталних провера Опште релативности који су показали њену тачност.
Општа теорија обичног човека
Понекад је веома тешко предвидети примене фундаменталне физике у свакодневном животу. Ко би могао да замисли примену физике, која својим прорачунима предвиђа неке од најмасивнијих објеката у свемиру попут црних рупа, на било који објекат на нашој планети?
Међутим, Општа релативност игра кључну улогу у прецизности навигационих система, познатих као ГПС. Иако је првобитно ГПС био војна технологија, његова практична страна нашла је широку употребу у јавности. Пројекат који је коштао чак 10 милијарди долара убрзо је постао ”играчка” у свачијем џепу или аутомобилу.
ГПС концепт заснован је на времену. Њега чини систем сателита, од којих сваки носи веома прецизан атомски часовник. Користећи било коији ГПС уређај на Земљи, који детектује радио емисију неког од сателита, сваки корисник може са великом прецизношћу да одреди свој положај у простору. Међутим, ствари нису тако једноставне.
У првим годинама имплементације, показало се да ГПС ствара доста хаоса. Часовници на сателитима као да нису били синхронизовани са онима на Земљи. Лоцирани изнад површине Земље, на висини од 20 000 километра, ови уређаји су свакако имали другачији “доживљај” гравитације, која је на тој удаљености од Земље неколико пута слабија.
Према Општој теорији релативитета, гравитација утиче на проток времена. У екстремним случајевима у близини црне рупе ови ефекти су драстични, а за удаљеног посматрача време изгледа као да је стало. Међутим, када посматрамо часовнике у систему сателит-Земља, иако је дилатација, односно “развученост” времена мала, током одређеног временског периода она постаје значајна. Часовници на Земљи под утицајем јаче гравитације куцају за нијансу спорије.
Након што су овај ефекат узели у обзир и уз помоћ рачуна надоместили ово мало кашњење земаљских часовника, научници су захваљујући Општој теорији гравитације синхронизовали часовнике ГПС уређаја и учинили овај систем прецизним системом за навођење, који нам је од велике користи готово сваки дан.
Истражите више о програму скупа посвећеном стогодишњици Опште теорије релативности.