Головна Біографія Загальна теорія відносності Альберта Ейнштейна

Загальна теорія відносності Альберта Ейнштейна

Альберт Ейнштейн

Загальна теорія відносності

Незважаючи на те, що Ейнштейн змінив обличчя сучасної фізики, випустивши свою роботу 1905 року про спеціальну теорію відносності, він не був задоволений теорією. Він хотів побудувати більш загальну теорію, яка б включала і пояснювала гравітацію.

Зображення Альберта Ейнштейна

Альберт Ейнштейн у 1921 році
Джерело: фотографія Нобелівської премії з фізики
Людина, що падає

В одному з перших мислительських експериментів Ейнштейна на цю тему брала участь людина, що падає. Він зрозумів, що людина, яка падає у вільному падінні, не відчує власної ваги. Якби людина знаходилася у закритій камері під час падіння, вона мала б такий самий досвід, як хтось плавав у невагомій космічній просторі (принаймні, поки не впав об землю). Для Ейнштейна це означало те, що для спостерігача не існувало гравітації.

Принцип еквівалентності

Ейнштейн використав свій мислительний експеримент 'падаючої людини', щоб розробити принцип еквівалентності. Цей принцип говорив, що вплив гравітації та ефект прискорення створюються однією і тією ж структурою. Свої ідеї він опублікував наприкінці статті 1907 р., ОпублікованоїЩорічник радіоактивності та електроніки. Хоча це займе ще кілька років, концепція принципу еквівалентності послужить важливим кроком на шляху до загальної теорії відносності.

Ранні прогнози

На додаток до принципу еквівалентності, Ейнштейн використовував цю ідею, щоб зробити деякі важливі прогнози в реальному світі. По-перше, він продемонстрував, що годинники насправді працюватимуть повільніше, чим інтенсивніше гравітаційне поле. Іншими словами, годинник на Юпітері працював би повільніше, ніж годинник на Землі. Зараз це відоме як гравітаційне розширення часу. Ейнштейн також передбачив, що гравітація призведе до вигину світла, передбачення, яке може бути доведено експериментом.

Малюнок Ейнштейна

На цій картині зображений один з мислительських експериментів Ейнштейна
де він порівнює м’яч, що падає на підлогу ракетою, що прискорюється
(ліворуч) і один на Землі (праворуч).
Ефект ідентичний в обох ситуаціях.

Джерело: Markus Poessel (Mapos), CC BY-SA 3.0,
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4381205

Стратегії

Протягом наступних кількох років Ейнштейн шукатиме рішення загальної теорії відносності, використовуючи дві різні стратегії: математичну та фізичну. Його ранні спроби математичного рішення в 1912 р. Можна побачити в зошиті під назвоюЦюріхський зошит. Однак Ейнштейн відмовився від математичної стратегії через рік, відчуваючи, що його остаточні рівняння не відповідають необхідним умовам. Потім він повністю спрямував свої зусилля на фізичну стратегію і випустив статтю, яка стала відомою якдизайнна цю тему.

Успіх і загальна теорія відносності

Ейнштейн був лише дещо задоволенийдизайнпаперу, і до 1915 р. він прийшов до розуміння, щодизайнтеорія була недосконалою. Завжди наполегливий, Ейнштейн повернувся до математичної стратегії. До кінця 1915 року Ейнштейн почав формувати рівняння, що пояснювали б його ідею загальної теорії відносності. Перший його великий успіх прийшов, коли він успішно розрахував правильні результати для зміни орбіти Меркурія. Ця подія була описана як один із найбільш емоційних днів у житті Ейнштейна. Це було результатом багаторічної важкої праці. Потім він уточнив свої рівняння і представив їх на лекції в Прусській академії під назвою 'Польові рівняння гравітації. ' Ейнштейн вважав би свою теорію загальної теорії відносності головним досягненням своєї кар'єри.

Нові рівняння Ейнштейна були не такими простими, як його попередні E = mc^два, але вони були такими ж глибокими. Найвідоміше з польових рівнянь Ейнштейна виглядає так:

Сонячне затемнення та експериментальна перевірка

Теорія Ейнштейна спочатку не була широко прийнятою і не використовувалась науковим світом. У 1919 р. Його теорія була підтверджена, коли вона правильно передбачила відхилення сонячного світла від сонця під час сонячного затемнення. Підтвердження його теорії принесло Ейнштейну всесвітню славу. Одна британська газета проголосила 'Революцію в науці - нову теорію Всесвіту - скидання ньютонівських ідей'. Незважаючи на те, що цей експеримент привернув значну увагу та прийняття теорії, теорія широко не використовувалась фізиками до 1960-70-х років.

Зображення затемнення 1919 року
Автор: Ф. В. Дайсон, А. С. Еддінгтон та К. Девідсон

Цікаві факти

Обговорюючи свій успіх у пошуку рішення загальної теорії відносності, Ейнштейн сказав: 'Мої найсміливіші мрії тепер здійснилися'.

Ейнштейн працював з математиком Девідом Гільбертом над теорією загальної теорії відносності, включаючи відвідування лекцій Гільберта та обмін думками в листах.

Альберт Ейнштейн Біографія Зміст