Tak więc naukowcy odkryli fale grawitacyjne - zmarszczki czasoprzestrzeni. Albert Einstein zasugerował ich istnienie 100 lat temu, a bezpośrednia obserwacja dostarczyła ostatecznego dowodu arcydzieła wielkiego naukowca: ogólnej teorii względności. Naukowcy z Caltech i MIT odkryli falę grawitacyjną generowaną przez dwie zderzające się czarne dziury.
Einstein nie zawsze był uważany za geniusza. Kiedy po raz pierwszy wyraził swoje wątpliwe przemyślenia na temat względności, niektórzy naukowcy zorganizowali protesty. Inni po prostu oczerniali Einsteina w prasie, obwiniając go zarówno za niebezpieczne idee, jak i żydowskie pochodzenie.
Ale praca naukowca wywróciła fizykę do góry nogami od samych jej podstaw. Wszechświat Einsteina szybko i naturalnie bawi się pojęciami pozycji i prędkości - z wyjątkiem światła, które zawsze przechodzi przez próżnię z prędkością 300 milionów metrów na sekundę. Przestrzeń i czas są mieszane w czterowymiarową melasę zwaną czasoprzestrzenią, która może być rozciągnięta i zniekształcona przez materię, materię, masę. A poruszająca się materia podąża za krzywymi czasoprzestrzeni - ukrytą geometrią, którą postrzegamy jako grawitację.
Brzmi jak zwykły nonsens.
Ale w ciągu ostatnich 100 lat eksperymenty pokazywały się wielokrotnie: Einstein ma rację. Jego teoria została udowodniona zbyt wiele razy, aby wymienić wszystkie te przypadki tutaj, ale nawet najbardziej uderzające przypadki są imponujące.
Światło jest zarówno falą, jak i cząstką
Film promocyjny:
Imię Einsteina najczęściej kojarzy się z teorią względności, ale za swoją pracę nad światłem zdobył Nagrodę Nobla. Fizyka klasyczna postulowała, że światło jest falą, ale teoria ta nie mogła wyjaśnić, w jaki sposób i dlaczego metale emitują elektrony po oświetleniu - zjawisko to nazywa się efektem fotoelektrycznym.
Einstein wyjaśnił to dziwne zachowanie, sugerując, że światło w rzeczywistości składa się z dyskretnych pakietów fal (fotonów) z energiami związanymi z ich częstotliwością. Odkrycie to doprowadziło do pojawienia się fizyki kwantowej, w której wszystkie atomy zachowują się w dziwny sposób przypominający fale, a Einstein pomógł w dokonaniu tego odkrycia.
Czasoprzestrzeń może się wygiąć
Pierwsze duże zwycięstwo Einsteina w ogólnej teorii względności nastąpiło, gdy wyjaśnił tajemnicze chybotanie orbity Merkurego. W 1859 roku genialny francuski astronom Urbain Le Verrier przypisał ten efekt nigdy wcześniej nie widzianej planecie zwanej Vulcan, jak mówią, przyciąga Merkurego. Ale lata poszukiwań do niczego nie doprowadziły, nikt nie znalazł żadnego Wulkana.
Ku wielkiej radości Einsteina, jego nowa teoria względności podniosła Vulcan na nogi, pokazując, że masa Słońca wygina się w pobliżu czasoprzestrzeni, podobnie jak kula do kręgli wygina elastyczną, ale miękką powierzchnię. Ponieważ Merkury znajduje się tak blisko Słońca, jego chwiejna orbita jest najbliższą ścieżką w czasoprzestrzeni zakrzywioną przez masę Słońca. Nie ma i nie było innej planety: chodzi o geometrię wszechświata, której Newton nie podejrzewał.
Czasoprzestrzeń może być „soczewką”
Einstein ponownie miał rację w maju 1919 roku podczas całkowitego zaćmienia Słońca. Zgodnie z teorią względności, czasoprzestrzeń zakrzywiona przez masę Słońca będzie wyginać nadchodzące światło gwiazd jak soczewka.
Brytyjski astronom Arthur Eddington wykonał duże zdjęcia zaćmienia i odkrył, że Słońce rozciągnęło gromadę gwiazd Hiady, zaginając światło poszczególnych gwiazd o około jedną dwie tysięczne stopnia, jak przewidział Einstein, który podwoił krzywiznę przewidzianą przez fizykę Newtona.
Nawet Einstein nie spodziewał się, jak użyteczne będzie to zjawisko dla astronomów: używając samych galaktyk jako gigantycznych soczewek, astronomowie mogą spojrzeć w przeszłość, we wczesnych latach wszechświata. A kiedy astronomowie zauważą, że soczewkowanie jest spowodowane przez niewidzialne masy, pozwala im to na mapowanie rozległych obszarów ciemnej materii.
Rotacja mas skręca czasoprzestrzeń
Nie tylko materia wypacza czasoprzestrzeń, jak kula do kręgli, ale obracające się masy, takie jak Ziemia, z łatwością przyciągają przestrzeń wokół siebie, jak łyżka w melasie. Wpływa to na orbity najbliższych satelitów - dziwaczny efekt przeciągania inercyjnych układów odniesienia, efekt Lense-Thirring.
Przewidywany w 1918 r. Przez ogólną teorię względności, efekt Lense-Thirring został potwierdzony w 2004 r., Kiedy naukowcy odkryli, że obrót Ziemi z łatwością przemieścił orbity dwóch satelitów. W 2011 roku sonda Gravity Probe B NASA potwierdziła odkrycie i poprawiła liczby.
Grawitacja spowalnia czas
Równania Einsteina również nadają materii zdolność przyspieszania lub spowalniania czasu - i zmiany koloru światła.
Widzimy, że ta dziwna prognoza jest poprawna nawet z Ziemi: światło z odległych gwiazd przyjmuje wyższe częstotliwości - lub wygląda na bardziej niebieskie - niż widziałby obserwator w przestrzeni kosmicznej. Im dalej oddalasz się od studni grawitacyjnej Ziemi, tym niższa i mniejsza jest częstotliwość światła emitowanego przez Ziemię, przestrzegając efektu grawitacyjnego przesunięcia ku czerwieni.
Przecież nawet Twój smartfon nie może zignorować teorii względności: bez korekt relatywistycznych zegary na satelitach GPS codziennie tykałyby 38 mikrosekund szybciej niż na powierzchni Ziemi, niszcząc dokładność systemu po dwóch minutach i dodając codziennie 10 kilometrów błędów.