Albert Einstein byl slavný mnoha věcmi, ale jeho největším mozkem je teorie relativity. Navždy to změnilo naše chápání prostoru a času.
Co je relativita? Stručně řečeno, je to představa, že fyzikální zákony jsou všude stejné. My tady na Zemi dodržujeme stejné zákony světla a gravitace jako někdo ve vzdáleném rohu vesmíru.
Univerzálnost fyziky znamená, že historie je provinční. Různí diváci uvidí načasování a rozložení událostí odlišně. To, co je pro nás milión let, může být jen mrknutí oka pro někoho, kdo letí ve vysokorychlostní raketě nebo spadne do černé díry.
Je to všechno relativní.
Speciální relativita
Einsteinova teorie je rozdělena na zvláštní a obecnou relativitu.
Zvláštní relativita přišla na prvním místě a je založena na rychlosti světla, která je pro všechny konstantní. To se může zdát dost jednoduché, ale má to dalekosáhlé důsledky.
Einstein dospěl k tomuto závěru v roce 1905 poté, co experimentální důkazy ukázaly, že rychlost světla se nezměnila, když se Země otáčela kolem slunce.
Tento výsledek byl pro fyziky překvapivý, protože rychlost většiny ostatních věcí závisí na tom, jakým směrem se pozorovatel pohybuje. Pokud jedete autem po železniční trati, zdá se, že vlak přicházející na vás se pohybuje mnohem rychleji, než kdybyste se otočili a sledovali to stejným směrem.
Einstein řekl, že všichni pozorovatelé změří rychlost světla na 186 000 mil za sekundu, bez ohledu na to, jak rychle a jakým směrem se pohybují.
Tato maxima přiměla komika Stephena Wrighta, aby se zeptal: „Pokud jste ve vesmírné lodi, která cestuje rychlostí světla a rozsvítíte světlomety, stane se něco?“
Odpověď je, že se světlomety rozsvítí normálně, ale pouze z pohledu někoho uvnitř kosmické lodi. Pro někoho, kdo stojí venku a pozoruje, jak loď letí, se zdá, že se světlomety nerozsvítí: světlo vychází, ale jde stejnou rychlostí jako kosmická loď.
Tyto protichůdné verze vznikají, protože pravítka a hodiny - věci, které označují čas a prostor - nejsou pro různé pozorovatele stejné. Pokud má být rychlost světla udržována konstantní, jak řekl Einstein, pak čas a prostor nemohou být absolutní; musí být subjektivní.
Například 100 metrů dlouhá kosmická loď cestující rychlostí 99,99% rychlosti se objeví stacionárnímu pozorovateli o jednu stopu dlouhou, ale pro ty na palubě zůstane jeho normální délka.
Možná i podivnější čas plyne pomaleji, čím rychleji jde. Pokud dvojče jede v překračující vesmírné lodi k nějaké vzdálené hvězdě a pak se vrací, bude mladší než její sestra, která zůstala na Zemi.
Také hmotnost závisí na rychlosti. Čím rychleji se objekt pohybuje, tím masivnější je. Ve skutečnosti žádná kosmická loď nemůže nikdy dosáhnout 100% rychlosti světla, protože její hmotnost by rostla do nekonečna.
Tento vztah mezi hmotou a rychlostí je často vyjádřen jako vztah mezi hmotou a energií: E = mc ^ 2, kde E je energie, m je hmotnost ac je rychlost světla.
Obecná relativita
Einstein nenarušil naše chápání času a prostoru. On pokračoval zevšeobecňovat jeho teorii tím, že zahrne zrychlení a shledal, že toto narušilo tvar času a prostoru.
Chcete-li se držet výše uvedeného příkladu: představte si, že se kosmická loď zrychlí vypálením svých pohonných jednotek. Ti na palubě se budou držet na zemi, jako by byli na Zemi. Einstein tvrdil, že síla, kterou nazýváme gravitací, je nerozeznatelná od toho, že je v urychlující lodi.
To samo o sobě nebylo tak revoluční, ale když Einstein vypracoval komplexní matematiku (trvalo mu to 10 let), zjistil, že prostor a čas jsou zakřivené blízko masivního objektu a toto zakřivení je to, co prožíváme jako gravitační sílu.
Je obtížné si představit zakřivenou geometrii obecné relativity, ale pokud si někdo představí časoprostor jako druh látky, pak masivní objekt protáhne okolní látku tak, že cokoli, co prochází poblíž, již nebude následovat přímou linii.
Rovnice obecné relativity předpovídají řadu jevů, z nichž mnohé byly potvrzeny:
- ohýbání světla kolem masivních předmětů (gravitační čočka)
- pomalý vývoj na oběžné dráze planety Merkur (perihelionová precese)
- rámové tažení prostoru-času kolem rotujících těl
- oslabení světla unikajícího gravitačního tahu (gravitační redshift)
- gravitační vlny (vlnění v časoprostorové struktuře) způsobené kosmickými smeči
- existence černých děr, které zachycují všechno včetně světla
Pokřivení časoprostoru kolem černé díry je intenzivnější než kdekoli jinde. Pokud by vesmírné dvojče spadlo do černé díry, byla by natažena jako špagety.
Naštěstí pro ni to všechno skončilo za pár sekund. Ale její sestra na Zemi by to nikdy nespatřila - sledovala, jak se její ubohá sestra v průběhu vesmíru postupně vrací k černé díře.
Tento článek byl aktualizován 2. července 2019 autorem Live Science Contributor Tim Childers.
