Co je obecná relativita?

Obecná relativita je vědecká teorie popisující interakci hmoty, energie, času a prostoru. Poprvé byl publikován Albertem Einsteinem v roce 1917 jako rozšíření jeho teorie speciální relativity. Obecná relativita zachází s prostorem a časem jako sjednoceným čtyřrozměrným „časoprostorem“; pod obecnou relativitou hmota deformuje geometrii spacetime a deformace spacetime způsobí pohyb hmoty, což vidíme jako gravitaci.

Základním předpokladem obecné relativity je, že síly způsobené gravitací a síly způsobené zrychlením jsou rovnocenné. Pokud uzavřená skříňka prochází zrychlením, žádný experiment provedený v této skříňce nemůže zjistit, zda je skříň v klidu v gravitačním poli nebo je zrychlována vesmírem. Tento princip, že všechny fyzikální zákony jsou stejné pro zrychlené pozorovatele a pozorovatele v gravitačním poli, se nazývá princip ekvivalence; to bylo experimentálně testováno na více než dvanáct desetinných míst přesnosti.

Nejdůležitějším důsledkem principu ekvivalence je, že prostor nemůže být pro všechny pozorovatele euklidovský. V zakřiveném prostoru, například v pokřiveném plechu, nejsou obvyklé geometrické zákony vždy platné. V zakřiveném prostoru je možné zkonstruovat trojúhelník, jehož úhly se přidají k více či méně než 180 stupňům, nebo nakreslit dvě rovnoběžné čáry, které se protínají. Speciální relativita se stává stále přesnější, jak se křivost časoprostoru snižuje na nulu; pokud je časoprostor rovný, obě teorie se stávají identickými. Jak se vypočítává prostor hmotných křivek pomocí Einsteinových polních rovnic, které mají tvar G = T; G popisuje zakřivení prostoru, zatímco T popisuje rozdělení hmoty.

Protože je prostor zakřivený, objekty se v relativní relativitě ne vždy pohybují v přímých liniích, stejně jako se míček nepohybuje v přímých liniích, pokud jej hodíte do trychtýře. Volně padající předmět vždy vezme nejkratší cestu z bodu A do bodu B, což nemusí být nutně přímka; linka, kterou prochází, je známá jako geodetická. Odchylky od přímek vidíme jako vliv „gravitace“ - Země se nepohybuje v přímce, protože Slunce deformuje časoprostor v blízkosti Země, takže se pohybuje v eliptické oběžné dráze.

Protože gravitační síly a akcelerační síly jsou plně rovnocenné, všechny účinky na rychle se pohybující objekt se speciální relativitou platí také pro objekty hluboko v gravitačních polích. Objekt blízko zdroje gravitace bude emitovat Dopplerovo posunuté světlo, jako by se odvíjel pryč. Objekty blízké gravitačním zdrojům se také zdají mít čas zpomalit a jakékoli přicházející světlo bude ohnuto polem. To může způsobit, že silný zdroj gravitace ohne světlo jako čočka a zaostří vzdálené objekty; tento jev se často vyskytuje v kosmické astronomii, kde jedna galaxie ohne světlo druhé, takže se objeví více obrázků.