Teoria relativităţii generalizate

De la Wikipedia, enciclopedia liberă

Relativitate generală

Relativitate generală Istorie Matematică Literatură Teste Gaură neagră Ecuaţia lui Einstein Principiul echivalenţei Orizontul evenimentului Soluţii exacte Coordonatele Robertson-Walker Lentilă gravitaţională Radiaţie gravitaţională Metrică Kerr Gravitate cuantică Metrică Schwarzschild Raza Schwarzschild Singularitate

Subiecte corelate

Albert Einstein Astrofizică Cosmologie Relativitate specială Geometrie riemanniană

modifică

Teoria relativităţii generalizate descrie gravitaţia ca pe o deformare a spaţiului şi a timpului (pe scurt spaţiu-timp) şi abandonează vechea idee cum că gravitaţia s-ar transmite prin intermediul unei forţe. Imaginaţi-vă spaţiul ca pe o foaie de cauciuc şi obiectele, să spunem nişte planete, ca pe nişte bile metalice de diferite mase. Cu cât bilele sunt mai grele cu atât deformează mai puternic foaia de cauciuc pe care sunt aşezate. În mod asemănător planetele (stelele, galaxiile) deformează spaţiu-timpul din jurul lor. Teoria relativităţii generalizate a fost creată de Albert Einstein, cu contribuţia matematicianului David Hilbert, care a formulat practic concomitent cu Albert Einstein ecuaţiile câmpului gravitaţional, care au primit în continuare denumirea de ecuaţiile lui Einstein.

Printre soluţiile cele mai importante ale acestor ecuaţii sunt soluţia Schwarzschild, care reprezintă câmpul gravitaţional în exteriorul unui corp cu simetrie sferică. Această soluţie a fost descoperită de astrofizicianul german Karl Schwrarschild în anul 1916. La distanţe mari de corp ( stea, planetă, asteroid, galaxie, etc.) câmpul gravitaţional coincide cu Legea atracţiei universale. La distanţe mici, soluţia diferă esenţial de Legea atracţiei universale. Parametrul cel ma important, care intră în soluţia Schwarzschild este raza gravitaţională, sau raza Schwarzschild, care este strâns corelată cu găurile negre. Matematicienii englez George Mitchel şi francez Pierre Simon Laplace au anticipat găurile negre la începutul secolului XIX, doar în baza teoriei lui Newton, dar greşind serios la coeficientul numeric, ceea ce se explică prin deosebirea fundamentală dintre Legea atracţiei universale şi Teoria relativităţii generalizate.

[modifică] Istoric

Prima pagină din manuscrisul lui Einstein în care este explicată teoria relativităţii generalizate

Curând după publicarea în 1905 a teoriei relativităţii restrânse, Einstein a început să se gândească la cum ar putea fi inclusă gravitaţia în noul context relativist. Reflecţiile sale l-au condus de la un simplu experiment imaginar care implica un observator în cădere liberă la principiul de echivalenţă—legile fizicii pentru un observator în cădere liberă sunt cele ale relativităţii restrânse—şi de acolo la o teorie în care gravitaţia este descrisă într-un limbaj geometric pur:^[1] de la explorarea unor consecinţe ale principiului de echivalenţă cum ar fi influenţa gravitaţiei şi acceleraţiei asupra propagării luminii, publicată în 1907^[2] până la principalele lucrări din anii 1911—1915 cu constatarea rolului geometriei diferenţiale (cu ajutorul lui Marcel Grossmann în domeniul matematic) şi o lungă căutare, cu multe ocolişuri şi porniri pe piste false, a ecuaţiilor de câmp care leagă geometria cu conţinutul de masă-energie al spaţiu-timpului. În noiembrie 1915, aceste eforturi au culminat cu prezentarea de către Einstein la Academia Prusacă de Ştiinţe a ecuaţiilor lui Einstein, care arată cum este influenţată geometria spaţiului şi timpului de materia prezentă.^[3]

Încă din 1916, Schwarzschild a găsit o soluţie a ecuaţiilor de câmp ale lui Einstein, soluţie cunoscută astăzi după numele acestuia, descriind o stare extremă a materiei cunoscută sub numele de gaură neagră. În acelaşi an au fost făcuţi primii paşi către generalizarea soluţiei la obiecte încărcate electric, rezultând soluţia Reissner-Nordström.^[4] În 1917, Einstein şi-a aplicat teoria asupra universului în ansamblu. Totuşi, în acord cu gândirea vremii, el a descris un univers static, pentru aceasta adăugând la ecuaţiile originale un nou parametru, constanta cosmologică.^[5] Când a devenit clar, în 1929, odată cu lucrările lui Hubble şi ale altora, că universul se extinde (şi astfel este mai bine descris de soluţiile cosmologice cu extindere găsite de Friedmann în 1922), Lemaître a formulat prima versiune a modelelor big bang.^[6]

De-a lungul acestei perioade, relativitatea generalizată a rămas oarecum o curiozitate printre teoriile fizicii. Au existat dovezi că era preferabilă în raport cu descrierea anterioară a gravitaţiei, de către Newton: Einstein însuşi arătase în 1915 cum explica ea procesiunea periheliului planetei Mercur,^[7] şi o expediţie din 1919 condusă de Eddington anunţase confirmarea predicţiilor relativităţii generale pentru devierea luminii stelelor îndepărtate de către Soare^[8] (aducând imediat lui Einstein faimă mondială^[9]). Totuşi, doar odată cu evenimentele dintre 1960 şi 1975, cunoscute astăzi ca Epoca de aur a relativităţii generale, teoria a devenit o componentă importantă a fizicii teoretice şi astrofizicii, atât baza teoretică a găurilor negre, cât şi aplicaţiile astrofizice ale lor (quasarii) devenind clare,^[10]. În acelaşi timp, teste din ce în ce mai precise asupra sistemului solar au confirmat puterea de predicţie a teoriei, iar cosmologia relativistă a devenit verificabilă prin teste direct observabile.^[11]

[modifică] Note

[modifică] Bibliografie

• Einstein, Albert (1907). Über das Relativitätsprinzip und die aus demselben gezogene Folgerungen, 411.
• Einstein, Albert (1915). Die Feldgleichungen der Gravitation, 844–847. URL accessed 2006-09-12.
• Pais, Abraham (1982). "Subtle is the Lord..." The Science and life of Albert Einstein. Oxford University Press. ISBN 0-19-853907-X.
• Janssen, Michel (2005). Of pots and holes: Einstein’s bumpy road to general relativity, 58–85.
• Schwarzschild, Karl (1916). Über das Gravitationsfeld eines Massenpunktes nach der Einsteinschen Theorie, 189–196.
• Schwarzschild, Karl (1916). Über das Gravitationsfeld eines Kugel aus inkompressibler Flüssigkeit nach der Einsteinschen Theorie, 424–434.
• Hubble, Edwin (1929). A Relation between Distance and Radial Velocity among Extra-Galactic Nebulae pp. 168–173.

• Kennefick, Daniel (2005). One hundred authors for Einstein, 178–181, Wiley-VCH. ISBN 3-527-40574-7.
• Kennefick, Daniel (2007). Proceedings of the 7th Conference on the History of General Relativity, Tenerife, 2005. Format:Arxiv.
• Israel, Werner (1971). Event Horizons and Gravitational Collapse, 53–59. DOI:10.1007/BF02450518.
• Israel, Werner (1987). 300 Years of Gravitation, 199–276, Cambridge University Press. ISBN 0-521-37976-8.
• Overbye, Dennis (1999). Lonely Hearts of the Cosmos: the story of the scientific quest for the secret of the Universe. Back Bay. ISBN 0316648965.
• Singh, Simon (2004). Big Bang: The Origin of the Universe. Fourth Estate. ISBN 0007152515.