Godina za nama, proglašena je za godinu svetlosti. To je godina koja nosi titulu stote godišnjice od opšte teorije relativnosti postavljene od strane svetski poznatog naučnika, Alberta Ajnštajna. Ovo je teorija koja bi trebalo da je već dugo redovna lekcija u udžbenicima iz fizike, ali pored svoje ogromne primenljivosti ona je i dalje poprilično komplikovana za rad i razumevanje.

2015. godina obiluje mnogim manifestacijama posvećenim ovom dostignuću. Veliki broj predavanja održan je širom sveta, ali i kod nas. U zgradi Srpske akademije nauka i umetnosti održana je prava proslava kroz ciklus predavanja, čiju zvaničnu monografiju možete preuzeti ovde.

Opšta teorija relativnosti je jedna od najlepših teorija moderne fizike. Drugo ime bi glasilo teorija gravitacije. Isprva, svima nama poznata teorija gravitacije iz udžbenika za osnovnu školu je Njutnova teorija gravitacije. Anegdota kaže da je Njutnu pala jabuka na glavu dok se odmarao ispod drveta (što je malo verovatno, jer i nije baš lenčario u hladu). Zapitao se, šta je to što nagoni tela da ostanu na zemlji ili ukoliko su na visini obavezno padnu dole. Nakon toga, došao je do zaključka da mora postojati nekakva sila koja na to utiče. Njutnov zakon gravitacije nam kaže da je gravitacija mera uzajamnog delovanja dva tela koja je srazmerna njihovim masama, ali da slabi sa povećanjem rastojanja.

Njutnova teorija gravitacije ostala je na snazi par vekova. 29. maja 1919. godine bilo je pomračenje Sunca veoma značajno za Ajnštajna. Odrađen je eksperiment koji je pratio uticaj Sunca na svetlost koja je dolazila od veoma udaljene zvezde. Uočeno skretanje svetlosti je bilo u potpunosti u saglasnosti sa opštom teorijom, dok se od Njutnove razlikovalo za faktor 2. Ogled je bio pravi trijumf za Ajnštajnovu teoriju. Međutim, Njutnova teorija je i dalje mnogo jednostavnija za račun i koristi se i danas u mnogim slučajevima, iako je danas ona specijalni slučaj opšte teorije relativiteta.

 

Šta je u stvari opšta teoija relativnosti?

 

Opšta teorija relativnosti je teorija koja gravitaciju tumači ne preko sila, već preko zakrivljenosti svemirskog prostora i vremena, to jeste četvorodimenzionog prostor-vremena. Temelj ove teorije leži na ideji da su zakoni prirode, odnosno fizike isti za sve posmatrače bez obzira na to kako se oni kreću.

Kao što znamo, gravitacija je sveprisutna sila u svemiru. Međutim, čisto znatiželje radi, možemo zamislili da smo otputovali dovoljno daleko u svemir, tako da pred nama ne postoji ništa sem na primer dve iste kapljice vode koje su daleko od uticaja bilo kakvog drugog tela, jedini uticaj na njih se ispoljava kroz to što jedna na drugu deluju gravitacijom. Recimo i da se te dve kapljice nalaze na uvek istom rastojanju i da se okreću, oko „vazdušne linije“ koja ih spaja, konstantom brzinom. Pred nama se dešava sledeća scena: jedna kuglica ima oblik obične okrugle lopte za fudbal, dok druga ima oblik lopte za ragbi!

Zašto se ovo desilo? Usled čega? Kako je moguće da su različitog oblika s obzirom na to da su uslovi u kojima se nalaze identični? Ajnštajn kaže da razlog za ovu pojavu leži izvan sistema. Odnosno da osnovni fizički zakoni kretanja koji utiču na oblik kapljica moraju biti uslovljeni masama koje se nalaze veoma daleko, tj. toliko daleko da ih nismo ni uzeli u obzir na početku.

Ali zašto je ovo revolucionarno? Setimo se fizike iz osnovne škole. Kada sedimo u autobusu, mi se u odnosu na autobus ne krećemo. Međutim, ukoliko bismo pitali nekoga napolju, on bi rekao da se mi krećemo zajedno sa autobusom i u tom pogledu mi vršimo kretanje. Pre Albertove teorije, događaji su uvek posmatrani u odnosu na nešto. Vrlo bitno, to nešto je uglavnom stacionarni objekat.

newton_and_einstein

Isak vs Albert

Recimo da nas je gospodin Isak Njutn pratio na ovom putu u svemir. Kada bismo ga pitali kako on objašnjava ovu pojavu, on bi verovatno dao odgovor sličan primeru sa autobusem. Odnosno, rekao bi da postoji prostor oko kapljice koja je kao fudbalska lopta u odnosu na koji se kapljica ne kreće i u kom važe zakoni mehanike. Oko ragbi kapljice isto postoji prostor u odnosu na koji kapljica miruje, ali se tu ne primenjuju zakoni mehanike. Što, u principu znači da fudbal kapljica utiče na drugačije ponašanje ragbi kapljice. Tu se javlja problem. Ovo je odgovor koji se čini valjan, ali uticaj fudbal čestice (koja predstavlja privilegovani sistem) nije moguće uočiti, stoga to predstavlja lažan razlog. Stoga je jedino moguće odbaciti postojanje privilegovanih sistema i posmatrati zakone fizike kao one zakone koje važe svuda bez obzira na sistem u odnosu na koji se posmatraju.

Dalje, uz ovo saznanje možemo da kažemo sledeće: opet gledamo neka dva sistema. Neka prvi bude onaj u kojem neko telo može da se kreće jednoliko po pravoj liniji, a veoma je daleko od drugih tela. Dodajmo pogledu neki drugi sistem koji se u odnosu na prvi kreće tako da ravnomerno ubrzava. Ako se mi nalazimo u tom drugom sistemu, onda bi nam izgledalo kao da telo iz drugog sistema ubrzava. Neko treći sa strane, mogao bi da kaže da je onda sistem u kojem se mi nalazimo u stvari ubrzan sistem. Međutim, ovo ne bi bilo istinito tumačenje.

Magični efekat gravitacije kaže da se tela pri prolasku pored nekog masivnog objekta ubrzavaju. Isto tako, možemo reći za prethodni primer da smo mi nismo ubrzan sistem, već da je područje posmatranog prostor-vremena savijeno pod gravitacionim poljem iz čega sledi da se iz sistema u kojem se mi nalazimo kretanje drugih tela vidi kao ubrzano.

Ovo su fizički osnovi matematike koja je pratila opštu teoriju relativiteta.

Zašto je teorija relativiteta značajna?

 

Prvo, cela teorija relativnosti (opšta zajedno sa specijalnom) je veoma značajna jer govori o osnovama univerzuma u kojem živimo. Svaki put kada merite brzinu nekog tela, ona je u odnosu na nešto drugo. Odnosno, zavisi od toga u odnosu na šta je posmatramo. Takođe, brzina svetlosti je uvek ista, bez obzira na to ko je merio i sa kog mesta (što su pokazali Majklson i Morli u svom eksperimentu još 1887. godine). Naposletku, teorija relativiteta govori da se ništa ne kreće brže od brzine svetlosti. Znati i razumeti opštu teoriju relativiteta znači ukrotiti na izvestan način svet oko sebe. Odnosno, mogućnost prilagođavanja i korišćenja njegovih odlika za naše potrebe.

gps-satellite-constellation

GPS

Globalni pozicioni sistem (GPS) – napravljen je prvenstveno za vojne potrebe, ali je ova svojevrsna tehološka revolucija vrlo brzo ušla u svakodnevnu upotrebu šireg stanovništva planete. Sastoji se od 24 satelita koji se nalaze u orbiti Zemlje. Bez primene opšte teorije relativnosti greške nastale u ovom sistemu bi se gomilale oko 10 kilometara za dan. Slučaj GPS-a je zapravo primer gravitacijske dilatacije (rastezanja) vremena. Odnosno, pojave da vreme teče onoliko sporije koliko je bliže objektu velike mase.

Ostali doprinosi ove teorije nisu direktno vidljivi u svakodnevnom životu. Uglavnom se pronalaze u astronomiji, što je i razumljivo jer se na Zemlji još može koristiti Njutnova mehanika. Uz pomoć relativiteta, astronomi danas uz saznanje da svetlost skreće usled gravitacije pouzdanije posmatraju svemir. Omogućena su bolja opervatorijska posmatranja. Otkrića tamne materije i crnih rupa inače ne bi bila moguća.

Takođe, jedno od rešenja Ajnštajnove jednačine predstavlja mogućnost postojanja petlji u vremenu i crvotočina koje bi omogućile putovanje kroz vreme. Međutim, fizički uslovi da se ovo dogodi idu u toliku krajnost da je malo verovatno da će se nešto takvo dogodi.

Marija Brzić

Autor: Marija Brzić

marija@lifehacker.rs