ΓΕΝΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΤΗΣ ΣΧΕΤΙΚΟΤΗΤΑΣ

ΓΕΝΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΤΗΣ ΣΧΕΤΙΚΟΤΗΤΑΣ

ΓΕΝΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΤΗΣ ΣΧΕΤΙΚΟΤΗΤΑΣ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

 Η Γενική θεωρία της Σχετικότητας είναι η θεωρία βαρύτητας που προτάθηκε από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν,και η οποία περιγράφει την βαρυτική δύναμη μέσω των καμπυλώσεων του χωρόχρονου παρουσία μάζας.

Η Γενική θεωρία της Σχετικότητας είναι η θεωρία βαρύτητας που προτάθηκε από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν,και η οποία περιγράφει την βαρυτική δύναμη μέσω των καμπυλώσεων του χωρόχρονου παρουσία μάζας

 Βασική αρχή της θεωρίας είναι η ισοδυναμία των επιταχυνόμενων συστημάτων αναφοράς με συστήματα που ευρίσκονται εντός βαρυτικού πεδίου.

 Τον Νοέμβριο του 1915,ο Αϊνστάιν παρουσίασε τη θεωρία της Γενικής Σχετικότητας σε μια σειρά διαλέξεων ενώπιον της Πρωσσικής Ακαδημίας Επιστημών.Η τελευταία διάλεξη προκάλεσε αναστάτωση στον επιστημονικό κόσμο,καθώς ο Αϊνστάιν παρουσίασε μια θεωρία που αντικαθιστούσε την εξήγηση του Ισαάκ Νεύτωνα για τη βαρύτητα.Σύμφωνα με τη θεωρία αυτή,η βαρύτητα δεν θεωρείται ως το αποτέλεσμα μιας δύναμης,αλλά οφείλεται στην καμπύλωση του χωρόχρονου,η οποία προκαλείται από την περιεχόμενη στον χωρόχρονο μάζα και ενέργεια.

ΓΕΩΜΕΤΡΙΑ ΤΗΣ ΝΕΥΤΩΝΙΑΣ ΒΑΡΥΤΗΤΑΣ

 Η βάση της κλασσικής μηχανικής αποτελείται από τη θεωρία ότι η κίνηση ενός σώματος μπορεί να περιγραφεί από τον συνδιασμό των ελεύθερων (αδρανειακών) κίνησεών του και των αποκλίσεών του από τις ελεύθερες αυτές κινήσεις.Τέτοιες αποκλισεις προκαλούνται από τις εξωτερικές δυνάμεις που ασκούνται στο σώμα,όπως περιγράφει ο δεύτερος νόμος του Νεύτωνα για την κίνηση,ο οποίος αναφέρει ότι η συνισταμένη δύναμη που ασκείται σε ένα σώμα ισούται με το γινόμενο της μάζας του σώματος και της επιτάγχυνσής του.Οι αδρανειακές κινήσεις σχετίζονται άμεσα με τη γεωμετρία του χώρου και του χρόνου (χωροχρόνου):Στα τυποποιημένα συστήματα αναφοράς της κλασσικής μηχανικής,η ελεύθερη κίνηση των αντικειμένων γίνεται με σταθερή ταχύτητα σε ευθείες γραμμές. 

 Στο σύγχρονο ιδίωμα,οι τροχιές κίνησης των ελελυθερων σωμάτων είναι γεωδαισιακές,ευθείες κοσμικές γραμμές σε καμπύλο χωροχρόνο.Αντίστροφα,θα μπορούσε κανείς να αναμένει ότι οι αδρανειακές κινήσεις,όταν προσδιορστούν από την παρατήρηση της πραγματικής κίνησης των σωμάτων και λαμβάνοντας υπόψιν τις εξωτερικές δυνάμεις (όπως ηλεκτρομαγνητισμού ή τριβής),μπορόυν να χρησιμοποιηθούν για να καθοριστεί η γεωμετρία του χώρου,καθώς και μία συντεταγμένη χρόνου.Ωστόσο,υπάρχει μια ασάφεια όταν η βαρύτητα μπαίνει στο παιχνίδι.Σύμφωνα με το νόμο της βαρύτητας του Νεύτωνα,αλλά και σύμφωνα με πιστοποιημένα ανεξάρτητα πειράματα,όπως αυτό της Eötvös και των διαδόχων του,υπάρχει μια καθολικότητα της ελεύθερης πτώσης (επίσης γνωστή ως αδύναμη αρχή της ισοδυναμίας,ή καθολική ισότητα των αδρανειακών και παθητικών-βαρυτικών μάζών):η τροχιά ενός σώματος σε ελεύθερη πτώση εξαρτάται μόνο από τη θέση του και την αρχική ταχύτητα,και όχι από οποιαδήποτε από τις ιδιότητες του υλικού του.

 Μία απλοποιημένη εκδοχή αυτής της διαπίστωσης είναι ενσωματωμένη στο πείραμα του Einstein με τον ανελκυστήρα:για έναν παρατηρητή σε ένα μικρό κλειστό χώρο,είναι αδύνατο να αποφασίσει,με τη χαρτογράφηση της πορείας ενός σώματος,όπως μία μπάλα σε πτώση,αν το δωμάτιο είναι σε κατάσταση ηρεμίας σε ένα βαρυτικό πεδίο,ή στο διάστημα πάνω σε ένα επιταχυνόμενο πυραύλο που δημιουργεί μια δύναμη ίση με τη βαρύτητα.

 Με δεδομένη την οικουμενικότητα της ελεύθερης πτώσης,δεν υπάρχει αισθητή διαφορά μεταξύ της αδρανειακής κίνησης και της κίνησης κάτω από την επίδραση βαρυτικής δύναμης.Αυτό υποδηλώνει τον ορισμό μιας νέας κατηγορίας αδρανειακής κίνησης,που περιλαμβάνει τα αντικείμενα σε ελεύθερη πτώση υπό την επίδραση της βαρύτητας.Αυτή η νέα κατηγορία προτιμώμενων κινήσεων,επίσης,ορίζει τη γεωμετρία του χώρου και του χρόνου-σε μαθηματικούς όρους,είναι η γεωδαιτική κίνηση η οποία σχετίζεται με μια συγκεκριμένη γεωμετρική σύνδεση που εξαρτάται από την κλίση του βαρυτικού δυναμικού.Το διάστημα,σε αυτή την κατασκευή,εξακολουθεί να έχει τη συνήθη Ευκλείδεια γεωμετρία.Πάντως,ο χωροχρόνς ως σύνολο είναι πιο περίπλοκος.Όπως μπορεί να αποδειχθεί με τη χρήση απλών πειραμάτων σκέψης που ασχολούνται με τις τροχιές σωματιδίων σε ελεύθερη πτώση,το αποτέλεσμα της μεταφοράς διανυσμάτων χωροχρόνου που μπορούν να δηλώσουν την ταχύτητα ενός σωματιδίου,θα ποικίλει ανάλογα με τροχιά του σωματιδίου.Με μαθηματικούς όρους,η Νευτώνεια σύνδεση δεν είναι ολοκληρώσιμη.Από αυτό,μπορεί κανείς να συμπεράνει ότι ο χωροχρόνος είναι καμπύλος.Το αποτέλεσμα είναι μια γεωμετρική χάραξη της νευτώνειας βαρύτητας χρησιμοποιώντας μόνο έννοιες συναλλοίωσης,δηλαδή μια περιγραφή η οποία ισχύει σε οποιοδήποτε επιθυμητό σύστημα συντεταγμένων.Σε αυτήν την γεωμετρική περιγραφή,τα παλιρροιακά φαινόμενα σχετίζονται με την παράγωγο της σύνδεσης,που δείχνει το πώς η τροποποιημένη γεωμετρία προκαλείται από την παρουσία μάζας.

ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΕΠΑΛΗΘΕΥΣΗ

 Η πιο διάσημη πρώιμη πειραματική επαλήθευση της γενικής σχετικότητας έγινε το 1919,κατά τη διάρκεια μιας ηλιακής έκλειψης.Σύμφωνα με τον Sir Arthur Stanley Eddington,μπορούσε να παρατηρηθεί η καμπύλωση του φωτός ενός αστέρα γύρω από τον ήλιο,καθώς έφτανε στον παρατηρητή στη Γη.

Η πιο διάσημη πρώιμη πειραματική επαλήθευση της γενικής σχετικότητας έγινε το 1919,κατά τη διάρκεια μιας ηλιακής έκλειψης.Σύμφωνα με τον Sir Arthur Stanley Eddington,μπορούσε να παρατηρηθεί η καμπύλωση του φωτός ενός αστέρα γύρω από τον ήλιο,καθώς έφτανε στον παρατηρητή στη Γη

 Για την επαλήθευση της Γενικής Σχετικότητας ο Άλμπερτ Αϊνστάιν είχε προτείνει τρία πειραματικά τεστ:

α) Τη μέτρηση της εκτροπής του φωτός των αστεριών καθώς οι ακτίνες περνούν πολύ κοντά από τον Ήλιο.Το αποτέλεσμα που προβλεπόταν θεωρητικά επιβεβαιώθηκε το 1919 με βάση φωτογραφίες της θέσης αστεριών πολύ κοντά στον ηλιακό δίσκο κατά τη διάρκεια μιας ολικής έκλειψης ηλίου στο νησί Πρίνσιπε του Ατλαντικού.

β) Μια θεωρητική πρόβλεψη για τη μετατόπιση του περιηλίου του Ερμή.Το περιήλιο του Ερμή "στρέφεται" αργά γύρω από τον ήλιο,και ο Αϊνστάιν εξήγησε τη μετατόπιση αυτή ως αποτέλεσμα της Γενικής Σχετικότητας,επιβεβαιωμένος πάλι από το πείραμα.

γ) Τη μετατόπιση φάσματος προς το ερυθρό λόγω της βαρύτητας.Το τεστ αυτό έγινε το 1959 στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ με επιτυχία,και αποτέλεσε και την πρώτη μέτρηση υψηλής ακρίβειας των αποτελεσμάτων της Γενικής Σχετικότητας.

 Τα επόμενα χρόνια η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας για τη βαρύτητα επιβεβαιώθηκε και με πλήθος άλλων πειραμάτων,το τελευταίο από τα οποία,με τη χρήση του δορυφόρου Gravity B,επιχείρησε να μετρήσει το στροβιλισμό του χωρόχρονου που προκαλεί η ιδιοπεριστροφή της γης και τη στρέβλωσή του κοντά σε μεγάλες μάζες (το λεγόμενο γεωδαιτικό φαινόμενο).

ΜΑΥΡΕΣ ΤΡΥΠΕΣ

 Μια από τις πιο ακραίες προβλέψεις της Γενικής Σχετικότητας είναι η ύπαρξη των μαύρων τρυπών (ή μελανών οπών),δηλαδή περιοχών του χώρου μέσα από τις οποίες δεν μπορεί να διαφύγει οποιοδήποτε σωματίδιο.Η Γενική Σχετικότητα έδωσε το έναυσμα για τη μελέτη του Σύμπαντος ως μιας δυναμικής οντότητας,η τοπολογία της οποίας καθορίζεται από τη συνολική μάζα-ενέργεια που περιέχεται σε αυτό.