Jak Albert Einstein rozwinął teorię ogólnej teorii względności.
Dowiedz się, jak jeden z największych umysłów w historii wymyślił jedną z najważniejszych teorii naukowych.
W 1907 roku, dwa lata po opublikowaniu swojej szczególnej teorii względności , Albert Einstein doszedł do kluczowego wniosku: szczególnej teorii względności nie można zastosować do grawitacji ani do obiektu ulegającego przyspieszeniu. Wyobraź sobie kogoś siedzącego na Ziemi w zamkniętym pokoju. Ta osoba może poczuć pole grawitacyjne Ziemi. Teraz umieść to samo pomieszczenie w kosmosie, z dala od grawitacyjnego wpływu jakiegokolwiek obiektu i nadaj mu przyspieszenie 9,8 metra na sekundę (to samo, co przyspieszenie ziemskie). Nikt w pomieszczeniu nie byłby w stanie rozróżnić, czy odczuwa grawitację, czy tylko jednostajne przyspieszenie.
Einstein zastanawiał się następnie, jak zachowywałoby się światło w przyspieszającym pomieszczeniu. Gdyby ktoś oświetlił pokój latarką, wydawałoby się, że pochyla się w dół. Stałoby się tak, ponieważ podłoga pokoju zbliżałaby się do wiązki światła z coraz większą prędkością, więc podłoga mogłaby dogonić światło. Ponieważ grawitacja i przyspieszenie są równoważne, światło ugina się w polu grawitacyjnym.
Znalezienie poprawnego matematycznego wyrażenia tych pomysłów zajęło Einsteinowi jeszcze kilka lat. W 1912 roku przyjaciel Einsteina, matematyk Marcel Grossman, zapoznał go z analizą tensorową Bernharda Riemanna, Tullio Levi-Civity i Gregorio Ricci-Curbastro, co pozwoliło mu wyrazić prawa fizyki w ten sam sposób w różnych układach współrzędnych. Nastąpiły kolejne trzy lata błędnych obrotów i ciężkiej pracy, ale w listopadzie 1915 r. Praca została zakończona.
W swoich czterech artykułach opublikowanych w listopadzie 1915 r. Einstein położył podwaliny pod teorię. Szczególnie w trzecim przypadku użył ogólnej teorii względności, aby wyjaśnić precesję peryhelium Merkurego. Punkt, w którym Merkury zbliża się najbliżej Słońca, czyli jego peryhelium, porusza się. Ruchu tego nie można wytłumaczyć grawitacyjnym wpływem Słońca i innych planet. Była to taka tajemnica, że w XIX wieku zaproponowano nawet nową planetę, Vulcan, orbitującą blisko Słońca. Żadna taka planeta nie była potrzebna. Einstein mógł obliczyć przesunięcie peryhelium Merkurego na podstawie pierwszych zasad.
Jednak prawdziwym sprawdzianem każdej teorii jest to, czy może ona przewidzieć coś, czego jeszcze nie zaobserwowano. Ogólna teoria względności przewidywała, że światło ugnie się w polu grawitacyjnym. W 1919 roku brytyjskie ekspedycje do Afryki i Ameryki Południowej zaobserwowały całkowite zaćmienie Słońca, aby sprawdzić, czy pozycja gwiazd w pobliżu Słońca uległa zmianie. Zaobserwowany efekt był dokładnie tym, co przewidział Einstein. Einstein natychmiast stał się sławny na całym świecie. (Przeczytaj zaćmienie słońca, które uczyniło z Alberta Einsteina gwiazdę nauki, aby dowiedzieć się więcej na ten temat).
Kiedy ogłoszono wyniki zaćmienia, brytyjski fizyk JJ Thomson opisał ogólną teorię względności nie jako izolowany wynik, ale jako „cały kontynent naukowych idei”. I tak się stało. Czarne dziury i rozszerzający się wszechświat to dwie koncepcje, które mają swoje korzenie w ogólnej teorii względności. Nawet satelity GPS muszą uwzględniać ogólne efekty relatywistyczne, aby zapewnić dokładne pomiary pozycji ludziom na Ziemi.
