Relativitatea generală

Aceasta este teoria lui Einstein conform căreia masa distorsionează Spaţiul-timp.  Spaţiul-timp din jurul unei stele, de exemplu Soarele, este curbat de masa acestuia, creând un „puţ gravitaţional„.

După ce o stea işi epuizează combustibilul, se transformă, în funcţie de dimensiunile ei, într-o pitică albă, o stea neutronică sau o gaură neagră.

Pitica albă este o stea foarte densă, de mărimea unei planete, care produce o adâncitură mai mare în Spaţiu-timp decât Soarele.

Steaua  neutronică este o stea extrem de densă, care produce o adâncitură foarte mare în Spaţiu-timp. Aceasta deviază lumina care trece pe langă ea, dar nu o poate absorbi.

Într-o gaură neagră, toată masa este concentrată într-un punct infinit de dens din centrul ei, numit singularitate. Acest punct produce o distorsiune infinită a Spaţiului-timp, adică un puţ gravitaţional fără fund. Orice lumină care trece de limita de lângă intrarea în acest puţ, numită „orizont de eveniment”, nu se mai întoarce.

Anunțuri

Lumina şi gravitaţia

Studiind cadrele de referinţă în acceleraţie şi folosind principiul echivalenţei, Einstein a presupus că lumina, deşi nu are masă, ar trebui să urmeze o traicectorie curbă într-un câmp gravitaţional. Acest lucru a fost demonstrat în 1919, prin observaţii.

Elaborând acestă idee, Einstein a formulat teoria conform căreia efectele gravitaţionale ar putea fi provocate de mase sau de concentraţii de energii mari, care produc o deformare locală a Spaţiului-timp cvadridimensional. Mai exact,o consecinţă pur geometrică a efectului masei asupra Spaţiului-timp.

De exemplu, o planetă care se mişcă pe o orbită în jurul unei stele, aşa cum se mişcă Pământul în jurul Soarelui, urmează o traiectorie curbă nu datorită forţei de atracţie exercitată de stea asupra planetei, ci fiindcă Spaţiul-timp este deformat în vecinătatea stelei şi traiectoria cea mai scurtă pe care o poate urma planeta este una curbă.

Mişcarea accelerată

După studiul cadrelor de referinţă inerţiale (aflate în mişcare uniformă), Albert Einstein a formulat principiul echivalenţei, folosind experimente mintale.

Dacă o persoană s-ar afla într-o cutie sigilată în repaus pe suprafaţa unei planete cu un câmp gravitaţional puternic şi apoi într-o cutie asemănătoare, care ar fi accelerată de un motor de rachetă, în Spaţiul interstelar, ea nu ar face diferenţa între cele două situaţii. De aici rezultă că noi simţim la fel gravitaţia şi acceleraţia.

Pornind de la acest principiu, Einstein a elaborat în 1915 teoria generală a relativităţii.

Spaţiu-timp

Conform relativităţii speciale, Spaţiul şi timpul sunt strâns legate. Când două evenimente se produc în locuri diferite, Spaţiul dintre ele este ambiguu deoarece, călătorind cu viteze diferite, observatorii măsoară distanţe diferite. Astfel, timpul care trece între cele două evenimente depinde de mişcarea fiecărui observator.

Prin combinarea Spaţiului cu timpul se ajunge la valori la care observatorii sunt de acord. Astfel, Spaţiul-timp a devenit a patra dimensiune a Universului.

Efectele relativităţii speciale

Timpul şi Spaţiul nu sunt absolute, ci se întind şi se deformează în funcţie de punctul de vedere relativ. Prezenţa materiei produce gravitaţia, ce deformează atât Spaţiul, cât şi timpul.

Einstein a arătat că, pentru ca viteza luminii (c) să fie aceeaşi în toate cadrele de referinţă, măsurătorile timpului şi ale Spaţiului dintr-un cadru trebuie transformate în cele din alt cadru (ele variază între cadrele de referinţă în mişcare). Atunci când un obiect se mişcă cu viteză mare în raport cu un observator, observatorul îl vede mai scurt – efect numit contracţia lui Lorentz. Mai mult, pentru un astfel de obiect timpul pare să treacă mai încet – efect numit dilatarea timpului. La 90% din c, timpul trece de două ori mai încet. 

De asemenea, Einstein a arătat că un obiect câştigă masă când energia lui creşte şi pierde masă când energia lui scade. Această descoperire l-a condus la celebra ecuaţie E= m×c², unde E este energia şi m este masa obiectului.  Una din primele aplicaţii ale acestei ecuaţii a fost construirea bombelor atomice. În aceste bombe, pierderea unor cantităţi mici de masă în urma unor reacţii nucleare duce la degajarea unei cantităţi enorme de energie.

Relativitatea specială

În 1905, Albert Einstein respingea ideile conform cărora ar exista un cadru de referinţă absolut şi că timpul este absolut, ceea ce sugera că trece lafel pentru toţi.

În schimb, el a formulat teoria restrânsă a relativităţii, numită şi relativitatea specială, şi bazată pe două principii. Primul principiu al relativităţii afirmă că legile fizicii se aplică lafel în toate cadrele de referinţă care se mişcă constant. Al doilea principiu spune că viteza luminii este constantă şi independentă de mişcarea observatorului sau a sursei de lumină.

Universul lui Newton

De la Newton şi până la sfârşitul secolului XIX se credea că exista un cadru de referinţă absolut, imobil, umplut cu un mediu invizibil numit „eter”. În raport cu acesta se măsurau mişcările obiectelor din Spaţiu.

Dar, în 1987 a avut loc un experiment, prin care s-a încercat măsurarea mişcării Pământului prin acest eter, prin detectarea variaţiilor vitezei luminii trimise în direcţii diferite. Rezultatele experimentului au fost că eterul nu există şi că lumina călătoreşte cu aceeaşi viteză faţă de un observator, oricare ar fi mişcările acestuia.