-
Πείραμα Michelson-Morley
Οι φυσικοί, τον 19ο αιώνα πίστευαν ότι το σύμπαν είναι γεμάτο με μια ουσία που την είπαν αιθέρα, ο οποίος υποτίθεται ότι είναι το υλικό μέσο στο οποίο διαδίδεται το φως. Αν αυτό ισχύει θα πρέπει να μετράμε διαφορετικές ταχύτητες για το φως κατά τη διάρκεια του έτους, αφού η Γη αλλάζει την κίνησή της στο διάστημα.
Στο πείραμα αυτό επιχείρησαν να μετρήσουν αυτές τις αλλαγές, αλλά το πείραμα έδειχνε πάντα την ίδια ταχύτητα. Το αποτέλεσμα αυτό προκάλεσε σοκ στους φυσικούς της εποχής. -
Period: to
Σχετικότητα
-
Μετασχηματισμοί Lorentz
Ο Ολλανδός φυσικός Hendrik Lorentz προσπάθησε να εξηγήσει το αποτέλεσμα του πειράματος Michelson-Morley, θεωρώντας ότι ο αιθέρας συμπιέζεται από την κίνηση της Γης στο διάστημα. Ως αποτέλεσμα τα μήκη των σωμάτων άλλαζαν και τα ρολόγια λειτουργούσαν με διαφορετικό ρυθμό. Κατέληξε έτσι στους περίφημους μετασχηματισμούς χρόνου και χώρου που φέρουν το όνομά του. -
Η Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας
Το 1905 ο Einstein δημοσίευσε μία εργασία με τίτλο "Περί της ηλεκτροδυναμικής των κινούμενων σωμάτων", η οποία βασίστηκε στις εξισώσεις του Maxwell για το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, με την οποία πρωτοεμφανίστηκε η Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας. Σε αυτήν ο Einstein κατέληξε πάλι στους μετασχηματισμούς Lorentz, αλλά βασίστηκε σε τελείως διαφορετικές αρχές από τον Lorentz. Η θεωρία αυτή απάλλαξε τη φυσική από το φάντασμα του αιθέρα και άλλαξε για πάντα τις αντιλήψεις μας για το χρόνο και το χώρο. -
Τετραδιάστατος χωρόχρονος
Ο Hermann Minkowski, που υπήρξε δάσκαλος του Einstein, αντιλήφθηκε ότι η Θεωρία της Σχετικότητας μπορεί να γίνει πιο κατανοητή αν θεωρήσουμε το χρόνο και το χώρο ως μια ενιαία οντότητα 4 διαστάσεων. Έτσι οι μετασχηματισμοί Lorentz είναι απλώς αλλαγές αξόνων στον 4διάστατο χωρόχρονο.
Τότε οι εξισώσεις παίρνουν πιο κομψή και απλή μορφή, ενώ πολλά πράγματα ενοποιούνται. Π.χ. η ενέργεια και η συνηθισμένη ορμή αποτελούν το χρονικό και χωρικό αντίστοιχα μέρος ενός 4διάστατου διανύσματος ορμής. -
Γενική Θεωρία της Σχετικότητας
Σύμφωνα με τη ΓΘΣ δεν υπάρχει ελκτική βαρυτική δύναμη. Η ύλη και η ενέργεια καμπυλώνουν το χωρόχρονο. Τα σώματα ακολουθούν τη συντομότερη διαδρομή στο χωρόχρονο, που δεν είναι ευθεία αλλά καμπύλη. η προβολή της στον 3διάστατο χώρο είναι η τροχιά που βλέπουμε.
Οι εξισώσεις πεδίου (1) μας λένε πώς η ύλη επιδρά στη γεωμετρία του χωρόχρονου. Το πεδίο είναι ο μετρικός τανυστής gμν.
Οι γεωδαισιακές εξισώσεις (2) μας δίνουν την 4διάστατη τροχιά. Αυτές αντικαθιστούν το 2ο νόμο του Νεύτωνα. -
Η πρώτη ακριβής λύση των εξισώσεων πεδίου
Οι εξισώσεις πεδίου του Einstein είναι δύσκολο να λυθούν, επειδή είναι μη γραμμικές.
Το 1916 ο Γερμανός φυσικός και αστρονόμος Karl Schwarzschild, λίγους μήνες πριν φύγει από τη ζωή, κατάφερε να λύσει τις εξισώσεις πεδίου του Einstein για σημειακή μάζα. Στη λύση αυτή πρωτοεμφανίζεται ο ορίζοντας γεγονότων που τον συναντάμε στις μαύρες τρύπες. -
Εκτροπή του φωτός των άστρων από τον Ήλιο
Μια από τις προβλέψεις της ΓΘΣ είναι ότι το φως εκτρέπεται από τη βαρύτητα. Η πρόβλεψη αυτή ελέγχθηκε κατά τη διάρκεια της έκλειψης Ηλίου στις 29 Μαΐου 1919, σε μια επιστημονική αποστολή υπό τον Arthur Eddington. Η προβλεπόμενη εκτροπή παρατηρήθηκε και ήταν σε αρκετά καλή συμφωνία με την πρόβλεψη της ΓΘΣ.
Το αποτέλεσμα δημοσιεύτηκε στον τύπο της εποχής (διπλανή εικόνα). Ο Einstein έγινε ξαφνικά διάσημος και το όνομά του συνώνυμο της υψηλής ευφυίας. -
Πείραμα Pound-Rebka
Μια πρόβλεψη της ΓΘΣ είναι ότι η συχνότητα μιας ακτινοβολίας αλλάζει με το ύψος μέσα στο πεδίο βαρύτητας, συγκεκριμένα αυξάνεται όσο κατεβαίνουμε μέσα στο πεδίο. Στο πείραμα Pound-Rebka τοποθετήθηκε μια πηγή ακτίνων γ στην κορυφή ενός κτιρίου του πανεπιστημίου Harvard, που φαίνεται στην εικόνα, ύψους 22m και ο δέκτης των ακτίνων στη βάση του. Η πρόβλεψη της θεωρίας επαληθεύτηκε. -
Εντοπισμός βαρυτικών κυμάτων
Οι μεταβολές στην κατανομή των μαζών στο χώρο προκαλούν μεταβολές στο πεδίο της ΓΘΣ (τον μετρικό τανυστή gμν). Αυτές οι μεταβολές προβλέπεται ότι διαδίδονται ως κύμα με την ταχύτητα του φωτός, όπως συμβαίνει και στα ηλεκτρομαγνητικά κύματα.
Έχουν κατασκευαστεί παρατηρητήρια που έχουν ως σκοπό τον εντοπισμό βαρυτικών κυμάτων. Αυτά βασίζονται στη συμβολή κυμάτων.
Ένα τέτοιο παρατηρητήριο εντόπισε τον Σεπτέμβριο του 2015 βαρυτικό κύμα από 2 μαύρες τρύπες που βρίσκονται 1,3 δισ. έτη φωτός μακριά.
