Ogólna teoria względności

Ogólna teoria względności została sformułowana 1915 roku przez Alberta Einsteina i stanowi ona niejako rozszerzenie jego wcześniejszej szczególnej teorii względności, która dotyczy jedynie układów inercjalnych. Uogólnienie teorii względności dotyczy transformacji pomiędzy układami inercjalnymi, na dowolne inne układy odniesienia.
U podstaw ogólnej teorii względności leży zasada równoważności, która stwierdza, że przyspieszenie układu odniesienia jest tożsame z występowaniem odpowiedniego pola grawitacyjnego. Przykładowo w rakiecie (odizolowanej od innych mas), która porusza się z przyspieszeniem ziemskim (g) skierowanym pionowo do góry, wszystkie umieszczone w niej masy będą podlegać przyspieszeniu g, skierowanemu pionowo w dół – czyli dokładnie tak samo jak na powierzchni Ziemi. Zasada równoważności tłumaczy zatem, dlaczego przyspieszenie grawitacyjne nie jest zależne od masy ciała i dlaczego masa grawitacyjna jest proporcjonalna do masy poruszającej się z przyspieszeniem (tzw. masy bezwładnej).
Aparat matematyczny użyty w ogólnej teorii względności jest dość skomplikowany, gdyż w miejscu klasycznej geometrii euklidesowej pojawia się tzw. geometria Riemanna, która zakłada, że w każdym punkcie czasoprzestrzeni występuje tzw. krzywizna lokalna. Zakrzywienie czasoprzestrzeni jest tym większe, im większa masa znajduje się w jej centrum. Można to sobie wyobrazić w następujący sposób: na napiętym płótnie kładziemy pewną masę. Zakrzywienie powierzchni płótna będzie tym większe, im większa masa się na nim znajduje. W przedstawionym przykładzie zakrzywieniu ulegają jedynie wymiary przestrzenne, jednak w ogólnym przypadku zakrzywieniu ulega również czwarty wymiar – czyli czas. Zgodnie z ogólną teorią względności w pobliżu masywnych obiektów takich jak gwiazdy czy planety czas płynie wolniej.

Ogólną teorię względności potwierdzają takie zjawiska jak:
1.    Przesuwanie się perihelium orbity Merkurego (tzw. anomalia orbity). Zjawisko to jest większe, niż wynika z rachunku opartego na prawach dynamiki klasycznej (prawach Newtona). Jego wyjaśnienie jest możliwe jedynie w oparciu o zjawisko zakrzywienia czasoprzestrzeni wokół Słońca.
2.    Zakrzywianie się promieni świetlnych w pobliżu silnego pola grawitacyjnego. Obserwacja tego zjawiska jest możliwa podczas całkowitego zaćmienia Słońca. Widoczne są wówczas odległe gwiazdy, które znajdują się dokładnie za tarczą słoneczną. Obserwacja tych obiektów jest możliwa tylko dlatego, że w pobliżu Słońca czasoprzestrzeń zostaje silnie zakrzywiona, co prowadzi do krzywoliniowego ruchu światła.
3.    Różnice w pomiarach czasu, dokonywanych przez identyczne, bardzo dokładne zegary atomowe umieszczone na różnych wysokościach. Zegar, który jest umieszczony wyżej spieszy się w stosunku do zegara umieszczonego niżej.

Ogólna teoria względności mimo, że tłumaczy wiele zjawisk, których nie da się wyjaśnić w oparciu o prawa fizyki klasycznej, jest jednak teorią niedoskonałą. Istnieją poważne problemy przy próbie zastosowania jej w przypadku zjawisk zachodzących na bardzo małych odległościach - mniejszych od rozmiarów cząstek elementarnych. Współcześni fizycy usilnie dążą do sformułowania jeszcze ogólniejszej teorii tzw. kwantowej teorii grawitacji.

Polecamy również:

  • Szczególna teoria względności

    Opublikowana w 1905 roku przez Alberta Einsteina szczególna teoria względności jest obecnie podstawową teorią fizyki współczesnej. Porusza ona zagadnienia związane z poruszającymi się układami odniesienia i transformacjami pomiędzy nimi. Więcej »

Komentarze (0)
Wynik działania 4 + 5 =
Ostatnio komentowane
Super przydało mi się to do zadania z Religii
• 2022-09-29 12:48:27
Dziękuję, pomogło mi w nauce :)
• 2022-09-29 12:05:27
Bardzo pomocny
• 2022-09-29 09:23:04
By
• 2022-09-28 17:03:33