Nauka
Sada čitate
Vek opšte teorije relativnosti
Sadržaji

Ajnštajnova opšta teorija relativnosti iz 1915. pokazala je da se svetlost nalazi u samom centru strukture prostora i vremena. Stoga, u Međunarodnoj godini svetlosti, mnogi događaji biće posvećeni i teorijama o Univerzumu, kao i samom Ajnštajnu i njegovom doprinosu fizici i kosmologiji.

Jedan od razloga zašto je 2015. godina proglašena za Međunarodnu godinu svetlosti je i to što ona predstavlja stogodišnjicu od važne prekretnice u istoriji fizike. Naime, pre tačno jednog veka, u novembru 1915. Albert Ajnštajn je zapisao svoje čuvene jednačine polja u okviru Opšte teorije relativnosti.

Zakrivljenje prostora i vremena u gravitacionom polju Zemlje

Zakrivljenje prostora i vremena u gravitacionom polju Zemlje

Ova teorija je, kao i Njutnova pre nje, objasnila neke poznate gravitacione fenomene, kao što su padanje jabuke sa drveta i orbite planeta, ali je predvidela i neke nove poput savijanja svetlosti u prisustvu gravitacionih polja, širenje svemira i slično. I pored proteklih sto godina i svih detaljnih eksperimentalnih potvrda, ova teorija i dalje pleni i zapanjuje svojom centralnom i ne tako intuitivnom idejom da su i prostor i vreme dinamičike kategorije čije je ponašanje uslovljeno prisustvom materije.

Začetak ove teorije vođen je Ajnštajnovim misaonim eksperimentima zasnovanim baš na konceptu svetlosti: „Šta se dešava ako se svetlost posmatra od strane posmatrača u kretanju?“  i „Šta se dešava sa svetlošću u prisustvu gravitacionog polja?“. Nekoliko pravih eksperimentalnih testova za proveru Opšte teorije relativnosti bilo je bazirano na ponašanju svetlosti u prisustvu gravitacionih polja.

Pomračenje Sunca snimljeno 1919. godine

Pomračenje Sunca snimljeno 1919. godine

Jedna od prvih potvrda ove teorije je i uočeno savijanje svetlosnih zraka usled prisustva gravitacionog polja Sunca. Naime, ser Artur Edington je 29. maja 1919. godine uspeo da eksperimentalno uoči ovaj efekat Sunca na svetlosti prispeloj sa udaljene zvezde, vršeći merenja tokom pomračenja Sunca na ostrvu Principe, na obalama Zapadne Afrike. Uočeno savijanje svetlosti perfektno se slagalo sa predviđanjima Ajnštajnove teorije, za razliku od klasične Njutnove teorije. Danas se ovaj efekat savijanja svetlosti usled prisustva astrofizičkih objekata koristi za razumevanje takozvanih gravitacionih sočiva, objekata  koji mogu poslužiti za dalje istraživanje Univerzuma.

Svetlost je ostala centralni element i u drugim eksperimentalnim potvrdama ove teorije. Primer za to je i gravitacioni crveni pomak prema kojem se frekvencija svetlosti menja kada se kreće u gravitacionom polju. Ovo predviđanja Opšte relativnosti je eksperimentalno potvrđeno još 1959. a danas se ovi efekti standardno uračunavaju kod modernih GPS uređaja za precizno određivanje položaja objekata.

Galaktička crna rupa

Galaktička crna rupa

Međutim, jedno od najneverovatnijih predviđanja Opšte teorije relativnosti je vezano za odsustvo svetlosti. Prema ovoj teroiji mogući su takvi astrofizički objekti neverovatne gustine da njihovom snažnom gravitacionom polju ne može čak ni svetlost umaći. Iz tog razloga ovi objekti su nazvani crne rupe. Crne rupe danas predstavljaju standardne objekte koji se detektuju i proučavaju, doduše ne pomoću same svetlost, već na indirektne načine.

Na mnogo većoj, kosmološkoj skali, gravitacioni crveni pomak svetlosti iz galaksija i supernova omogućava „mapiranje“ Univerzuma i proučavanje njegove „geometrije“. Na osnovu merenja crvenog pomaka uočeno je da se Univerzum širi, tj. da se galaksije međusobno udaljavaju jedna od druge. Skorašnja istraživanja pokazuju čak i da se ovo širinje ubrzava. Da bi se ovo eksperimentalno uočeno širenje Univerzuma objasnilo uveden je i koncept nove forme materije i energije, nazvane tamnom.

Albert Ajnštajn

Albert Ajnštajn

Važno je napomenuti da su ova čudesna i neverovatna otkrića zapravo postala moguća proučavanjem svetlosti sa udaljenih astrofizičkih objekata, a koristeći okvire koji su postavljeni u Opštoj teoriji relativnosti. Iz kosmologije dolazi i druga veza između svetlosti i Opšte relativnosti, a koja se odnosi na prve trenutke Univerzuma.

Naime, Opšta teorija relativnosti predviđa da naš Univerzum potiče iz vrlo gustog energetskog stanja, oličenog u Velikom prasku, i da se potpis ovog događaja nalazi u takozvanom pozadinskom kosmičkom zračenju. Pozadinsko kosmičko zračenje potiče od svetlosti nastale u tom vrlo vrelom i ranom Univerzumu, u momentu kada je njegova opadajuća gustina konačno dozvolila fotonima da putuju slobodno. Ova zaostalo zračenje omogućava da se zaviri u to kako je Univerzum izgledao na samom svom početku, pre nekih 13 milijardi godina.

Šta nas još očekuje u budućim otkrićima? Željno se iščekuje detekcija gravitacionih talas, tj. „ugibanja“ u prostorno-vremenskoj tkanini, još jednog fascinantnog predviđanja Opšte teorije relativnosti, u koje ni sam Ajnštajn nije verovao. Ovi „talasi“, proizvedeni u ranim fazama Univerzuma, mogli bi biti oktriveni indirektno – kao karakteristični obrasci ponašanja polarizacije pozadinskog kosmičkog zračenja. Njihova detekcija mogla bi omogućiti vredne informacije iz veoma rane faze Univerzuma, proširujući naš pogled još dalje u njegovu prošlost.

Izvor: Međunarodna godina svetlosti

Korisni linkovi:

http://www.youtube.com/watch?v=0rocNtnD-yI
http://www.nature.com/nature/journal/v417/n6892/fig_tab/417905a_F1.html
http://www.schoolphysics.co.uk/age14-16/Astronomy/text/Galactic_red_shift/index.html
http://hubblesite.org/explore_astronomy/black_holes/
http://www.npr.org/2013/05/10/182861376/exploring-an-ever-expanding-universe
http://www.universeadventure.org/big_bang/cmb-origins.htm

O autoru
TajmLajn