Teoria względności Einsteina

19 sierpień 2007 

Albert Einstein (14.03.1879-18.04.1955) jeden z największych fizyków-teoretyków naszych czasów, twórca szczególnej i ogólnej teorii względności, współtwórca korpuskularno-falowej teorii światła. Laureat Nagrody Nobla za wyjaśnienie efektu fotoelektrycznego.
Nazwa teoria względności obejmuje właściwie dwie teorie. Pierwsza to szczególna teoria względności, sformułowana w 1905 roku, druga zaś to ogólna teoria względności, sformułowana w roku 1915. Powszechnie znana maksyma mówi, że “wszystko jest względne”.Teoria Einsteina nie jest jednak powtórzeniem tego filozoficznego banału, ale precyzyjnym matematycznym twierdzeniem, określającym względność pomiarów naukowych. Oczywiste jest, że subiektywne postrzeganie czasu i przestrzeni zależy od obserwatora. Jednakże przed Einsteinem większość ludzi uważała, że za tymi subiektywnymi wrażeniami kryje się czas absolutny i rzeczywiste odległości, które można mierzyć w sposób obiektywny za pomocą dokładnych przyrządów pomiarowych. Einstein odrzucił pojęcie czasu absolutnego. Poniższy przykład ilustruje, w jak radykalny sposób jego teoria zmieniła pojęcia czasu i przestrzeni. Wyobraźmy sobie statek kosmiczny X, oddalający się od Ziemi z szybkością 100000 km/s. Szybkość tę mierzą dwaj obserwatorzy, z których jeden znajduje się na statku kosmicznym, a drugi na Ziemi. Wyniki ich pomiarów są identyczne. Drugi statek kosmiczny Y leci dokładnie w tym samym kierunku co statek X, ale ze znacznie większą szybkością. Mierząc prędkość statku Y, obserwator znajdujący się na Ziemi stwierdza, że statek ten oddala się od niego z szybkością 180000 km/s. Obserwator lecący na statku Y otrzymał ten sam wynik. Skoro oba statki poruszają się w tym samym kierunku, to wydaje się, że różnica ich szybkości wynosi 80000 km/s i szybszy statek oddala się od wolniejszego z tą szybkością. Jednak z teorii Einsteina wynika, że jeśli odpowiednie pomiary wykonają obserwatorzy podróżujący na statkach kosmicznych X i Y, to stwierdzą oni zgodnie, że odległość między nimi wzrasta z szybkością 100000, a nie 80000 km/s. Na pozór wydaje się, że wynik ten jest w oczywisty sposób błędny. Wynik ten nie ma nic wspólnego ze szczegółami budowy obu statków ani ich silników. Nie jest również wynikiem błędnej obserwacji czy wady przyrządów pomiarowych. Zgodnie ze szczególną teorią względności rezultat ten wynika jedynie z zasadniczej natury czasu i przestrzeni. Wszystko to wydawać się może czystą teorią i rzeczywiście, przez lata wielu ludzi nie traktowało poważnie teorii względności, uważając ją za akademicką hipotezę bez żadnego praktycznego znaczenia. Po roku 1945, kiedy rzucono bomby atomowe na Hirosimę i Nagasaki, nikt już nie popełnił tego błędu. Z teorii względności Einsteina wynika między innymi, że materia i energia są w pewnym sensie równoważne, przy czym ich zależność opisuje wzór E=mc2 , w którym E oznacza energię, m- masę, c- prędkość światła. Skoro c wynoszące 300000 km/s jest już bardzo dużą wielkością, to c2 (kwadrat) jest po prostu wielkością olbrzymią. Wynika z tego, że nawet częściowa przemiana małej ilości materii wyzwala ogromną ilość energii. Szczególna teoria względności budziła ostre kontrowersje, ale wszyscy zgadzali się, że jest to najbardziej zdumiewająca teoria naukowa, jaka była i będzie kiedykolwiek stworzona. Pod tym względem wszyscy się mylili, albowiem punktem wyjścia ogólnej teorii względości Einsteina jest założenie, że przyciąganie grawitacyjne nie wynika z działania sił fizycznych w normalnym rozumieniu tego pojęcia, ale jest rezultatem zakrzywienia samej przestrzeni. Trudno o bardziej zdumiewający pomysł! Einstein nie tylko wysunął taką teorię, ale nadał jej jasną formę matematyczną, dzięki czemu jego teoria pozwala wysuwać dokładne i nadające się do doświadczalnego sprawdzenia przewidywania. Ogólna teoria względności pod wieloma względami różni się od innych teorii naukowych, Einstein nie oparł swojej teorii na dokładnych eksperymentach, lecz przy jej formułowaniu kierował się raczej względami symetrii i matematycznej elegancji a więc pozostawał na gruncie rozumowym, racjonalistycznym. Tak postępując Einstein przeciwstawił się empirycznemu nastawieniu nowożytnej nauki. O ile jednak szukającym piękna i symetrii Grekom nie udało się znaleźć teorii dynamicznej, która wytrzymałaby decydujący sprawdzian eksperymentu, o tyle teoria Einsteina, jak do tej pory, przechodzi z powodzeniem każdy test. Wskutek takiego podejścia Einsteinowska ogólna teoria względności jest powszechnie uznawna za najpiękniejszą, najbardziej elegancką i intelektualnie zadowalającą ze wszystkich teorii naukowych.