אלברט איינשטיין היה מפורסם בשל דברים רבים, אך בן המוח הגדול ביותר שלו הוא תורת היחסות. זה שינה לנצח את הבנתנו את המרחב והזמן.
מהי תורת היחסות? באופן מובהק, הרעיון הוא שחוקי הפיזיקה זהים בכל מקום. אנו כאן בכדור הארץ מצייתים לאותם חוקי אור וכוח כוח כמו מישהו בפינה רחוקה של היקום.
האוניברסליות של הפיזיקה פירושה שההיסטוריה היא פרובינציאלית. צופים שונים יראו את התזמון והמרווח של אירועים בצורה שונה. מה שמבחינתנו זה מיליון שנה יכול להיות פשוט כהרף עין למישהו שעף ברקטה במהירות גבוהה או נופל לחור שחור.
הכל יחסי.
יחסיות מיוחדת
התיאוריה של איינשטיין מחולקת לתורת היחסות המיוחדת והכללית.
תורת היחסות המיוחדת הגיעה ראשונה ומבוססת על כך שמהירות האור היא קבועה עבור כולם. זה אולי נראה די פשוט, אבל יש לו השלכות מרחיקות לכת.
איינשטיין הגיע למסקנה זו בשנת 1905 לאחר שראיות ניסיוניות הראו כי מהירות האור לא השתנתה כאשר כדור הארץ הסתובב סביב השמש.
תוצאה זו הפתיעה את הפיזיקאים מכיוון שהמהירות של רוב הדברים האחרים תלויה לאיזה כיוון הצופה נע. אם אתה נוהג במכוניתך לצד מסילת ברזל, נראה כי רכבת שתגיע אליך תנוע הרבה יותר מהר מאשר אם היית מסתובבת והולכת אחריה באותו כיוון.
איינשטיין אמר כי כל הצופים ימדדו את מהירות האור על 186,000 מיילים לשנייה, לא משנה כמה מהר ובאיזו כיוון הם עוברים.
מקסימום זה הניע את הקומיקאי סטיבן רייט לשאול: "אם אתה נמצא בחללית שנוסעת במהירות האור, ואתה מדליק את הפנסים, האם קורה משהו?"
התשובה היא שהפנסים נדלקים כרגיל, אך רק מנקודת המבט של מישהו בתוך החללית. עבור מי שעומד בחוץ וצופה בספינה חולפת על פניו, נראה כי הפנסים לא נדלקים: אור כבה אך הוא נוסע באותה המהירות של החללית.
גרסאות סותרות אלה נוצרות מכיוון ששליטים ושעונים - הדברים המסמנים זמן ומרחב - אינם זהים עבור צופים שונים. אם יש לשמור על מהירות האור קבועה כפי שאמר איינשטיין, אז הזמן והמרחב אינם יכולים להיות מוחלטים; הם חייבים להיות סובייקטיביים.
לדוגמה, חללית באורך של מטר וחצי הנוסעת במהירות האור של 99.99% תופיע באורך של מטר אחד לצופה נייח, אך היא תישאר באורכה הרגיל עבור אלה שנמצאים בה.
אולי אפילו מוזר יותר, הזמן עובר לאט ככל שהמהירות עוברת. אם תאומה תרכב בחללית המהירה לאיזה כוכב רחוק ואז תחזור, היא תהיה צעירה מאחותה שנשארה על כדור הארץ.
גם המסה תלויה במהירות. ככל שאובייקט זז מהר יותר, הוא הופך להיות מסיבי יותר. למעשה, שום חללית לעולם לא תוכל להגיע ל 100% ממהירות האור מכיוון שמסתו תגדל לאינסוף.
קשר זה בין מסה למהירות מתבטא לרוב כקשר בין מסה ואנרגיה: E = mc ^ 2, כאשר E הוא אנרגיה, m הוא מסה ו- c הוא מהירות האור.
תורת היחסות הכללית
אינשטיין לא הספיק להרגיז את ההבנה שלנו בזמן ובמרחב. הוא המשיך להכליל את התיאוריה שלו על ידי הכללת תאוצה וגילה כי זה מעוות את צורת הזמן והמרחב.
כדי לדבוק בדוגמה לעיל: דמיין את החללית מואצת על ידי ירי הדחפים שלה. אלה שנמצאים על הסיפון ידבקו על האדמה ממש כאילו היו על כדור הארץ. אינשטיין טען כי לא ניתן להבחין בין הכוח שאנו מכנים כוח המשיכה לספינה מאיצה.
זה כשלעצמו לא היה כל כך מהפכני, אך כאשר איינשטיין פיתח את המתמטיקה המורכבת (זה לקח לו 10 שנים), הוא גילה כי המרחב והזמן מפותלים ליד עצם מסיבי, והעקמומיות הזו היא מה שאנחנו חווים ככוח הכובד.
קשה לתאר את הגיאומטריה המעוקלת של היחסות הכללית, אך אם חושבים על חלל-זמן כסוג של בד, אז אובייקט מסיבי מותח את הבד שמסביב כך שכל מה שעובר בקרבת מקום כבר לא עוקב אחר קו ישר.
משוואות היחסות הכללית מנבאות מספר תופעות שרבות מהן אושרו:
- כיפוף של אור סביב עצמים מאסיביים (עדשת כבידה)
- התפתחות איטית במסלול של כוכב הלכת מרקורי (פרנסיון perihelion)
- גרירת מסגרת של זמן-חלל סביב גופים מסתובבים
- היחלשות האור הנמלט משיכת הכובד (משמרת אדומה של הכבידה)
- גלי כבידה (אדוות בבד בחלל) הנגרמים כתוצאה מהתנפצות קוסמית
- קיומם של חורים שחורים הלוכדים הכל כולל אור
התפתלות חלל-זמן סביב חור שחור היא אינטנסיבית יותר מכל מקום אחר. אם התאום העובר לחלל נופל לחור שחור, היא הייתה מתוחה כמו ספגטי.
למזלה, הכל ייגמר בעוד מספר שניות. אבל אחותה על כדור הארץ לעולם לא תראה את זה נגמר - מתבוננת באחותה המסכנה צועדת באופן מצטבר לעבר החור השחור לאורך תקופת היקום.
מאמר זה עודכן ב -2 ביולי, 2019, על ידי משתתף Live Science Tim Timers.
