100 metų po A. Einsteino reliatyvumo teorijos: fizika vėl aklavietėje - reikia naujo genijaus (19)
Alberto Einsteino bendroji reliatyvumo teorija, paskelbta prieš 100 metų, buvo revoliuciją moksle sukėlusi hipotezė, kuri sėkmingai atlaikė laiko išbandymą, nors daugybė ekspertų stengėsi atrasti jos trūkumų.
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
„Einsteinas pakeitė mūsų suvokimą apie pačius esmingiausius dalykus – tai yra, erdvę ir laiką. Tai mums padėjo naujai pažvelgti į Visatą ir suprasti, kaip veikia kai kurie jos įdomiausi objektai, tokie kaip juodosios bedugnės“, – sakė Masačusetso technologijų instituto (MIT) mokslo, technologijų ir visuomenės istorijos profesorius Davidas Kaiseris.
Vokietijoje gimęs teorinės fizikos genijus A. Einsteinas, paskutinius savo gyvenimo metus praleidęs Prinstono universitete JAV šiaurės rytuose, bendrąją reliatyvumo teoriją pristatė 1915 metų lapkričio 25 dieną Prūsijos mokslų akademijoje, įsikūrusioje Berlyne.
Mokslinis straipsnis, kuriame buvo išdėstyta ši teorija, buvo paskelbtas 1916 metų kovą žurnale „Annalen der Physik“.
Bendroji reliatyvumo teorija buvo viena iš revoliucingiausių per mokslo istoriją; ji žymėjo didelį šuolį visuotinės traukos dėsnio, suformuluoto sero Isaaco Newtono 1687 metais.
A. Einsteinas buvo įsitikinęs, kad „erdvė ir laikas nėra fiksuoti, kaip galvojo kiti, ir kad jie yra lankstūs, dinaminiai reiškiniai, kaip ir kiti Visatos procesai“, – sakė Kalvi kosmologinės fizikos instituto direktorius Michaelas Turneris.
„Taigi erdvė iškreivinama, o laikas ištempiamas – ir dėl to buvo visiškai naujai pažvelgta į gravitaciją“, – aiškino jis.
Siauresnę savo teorijos versiją – specialiąją reliatyvumo teoriją – A. Einsteinas paskelbė dešimtmečiu anksčiau, 1905 metais. Joje mokslininkas neaptarinėjo gravitacijos, bet aprašė ryšį tarp erdvės ir laiko. Jis iškėlė mintį, kad šviesos greitis vakuume yra visuomet toks pats ir kad jokiais bandymais sistemos viduje negalima nustatyti skirtumo tarp rimties ir judėjimo iš inercijos būsenų.
Ten pat jis taip pat pateikė savo garsiąją lygtį – E=mc² – sakančią, kad energija yra lygi masei, padaugintai iš šviesos greičio kvadrato. Kitaip tariant, masė ir energija yra tas pats, tik skirtingo pavidalo.
Prielaida sukurti GPS
Dešimtmečiu vėliau paskelbtoje bendrojoje reliatyvumo teorijoje pateikiama platesnė ir geriau paaiškinta vizija, į kurią buvo įkomponuotas gravitacijos vaidmuo erdvės ir laiko kontinuume.
Ši teorija skelbia, kad laikas sulėtėja stipriame gravitacijos lauke – pavyzdžiui, kurį aplink save kosmose sukuria planeta.
Šis sąryšis buvo patikrintas, lyginant du atominius laikrodžius, iš kurių vienas yra ant žemės, o kitas – aukštai skrendančiame lėktuve. Ant žemės esantis laikrodis ilgainiui pradeda šiek tiek vėluoti.
Į šį reiškinį yra atsižvelgiama palydovinėse navigacijos sistemose, tokiose kaip Pasaulinė vietos nustatymo sistema (Global positioning system, GPS).
GPS palydovuose įtaisyti atominiai laikrodžiai tiksliai sureguliuojami, atsižvelgiant į laiko skirtumus, atsirandančius lyginant su Žemėje esančiais laikrodžiais, nes kitaip ši sistema negalėtų veikti.
Pagal bendrojo reliatyvumo teoriją šviesa taip pat yra iškreipiamas stiprių gravitacijos laukų, o Britanijos astronomas Arthuras Eddingtonas patvirtino šį reiškinį, stebėdamas Saulės masės sukeliamą žvaigždžių šviesos užlinkimą 1919 metais.
A. Einsteinas taip pat prognozavo, kad žvaigždės savo raidos pabaigoje turėtų sugniužti dėl savo pačių gravitacijos.
Tuomet jų išoriniai sluoksniai sprogtų kaip supernova, o centrinė dalis sudarytų labai tankų objektą, žinomą kaip neutroninė žvaigždė arba labai greitai besisukantis pulsaras.
Didelės masės žvaigždė gali virsti juodąją skyle, kurios gravitacijos laukas toks stiprus, kad iš jos negali ištrūkti netgi šviesa.
Pasak A. Einsteino, tokie itin masyvūs dangaus kūnai turėtų sukelti erdvėlaikio bangas – panašiai kaip į vandenį įmestas akmuo sukelia raibulius.
Astronomai šiuo metu ieško galimybių stebėti tas gravitacijos bangas.
Jeigu tai pavyktų padaryti, toks eksperimentas „patvirtintų vieną iš paskutinių didžių, bet dar nepatikrintų Einsteino prognozių – lygtį, kad erdvė ir laikas ir tikrųjų nėra dinamiški, bet gali raibuliuoti kaip tvenkinio paviršius“, – sakė D. Kaiseris.
Mokslininkai jau sukonstravo instrumentus, turinčius užfiksuoti šį reiškinį – Lazerio interferometro gravitacijos bangų observatoriją (LIGO) Jungtinėse Valstijose i gravitacijos bangų detektorių VIRGO Italijoje.
Stygų teorija
Vis dėlto lieka milžiniškas iššūkis: suderinti bendrąją reliatyvumo teoriją ir kvantinę fiziką – du didžiuosius šiuolaikinės fizikos stulpus.
Kvantinė fizika, kitaip negu reliatyvumo teorija, puikiai aprašo reiškinius atomų lygmeniu ir yra pritaikoma daugelyje sričių – pradedant tranzistoriais ir baigiant kompiuteriais.
Pasak M. Turnerio, populiariausias šias dvi teorijas apjungiantis modelis yra stygų teorija, teigianti, jog elementariosios dalelės yra ne fundamentalūs blokai, iš kurių sudaryta medžiaga, o veikiau elastingos stygos, virpančios įvairiais dažniais.
„Stygų teorija gali atsakyti į tą gilų klausimą, kas yra erdvė ir laikas“, – M. Turneris sakė naujienų agentūrai AFP.
„Ji kelia prielaidą, jog galbūt egzistuoja papildomi matmenys ir kad erdvės bei laiko matmenys gali keistis, – pridūrė jis. – Laikantis labiausiai ekstravagantiško požiūrio, galbūt įmanoma teigti, jog erdvė ir laikas apskritai neegzistuoja, o yra kažkokio kito fenomeno išraiška.“
Pabrėžęs, jog stygų teorija kol kas esanti „tuščias indas“, M. Turneris vis dėlto pridūrė: „Tuščias indas yra nuostabus tuo, jog į jį galime sudėti savo viltis ir svajones.“
„Esame pasiruošę naujam Einsteinui, kad jis dar truputėlį pravertų mūsų akis“, – sakė mokslininkas.
