0. fejezet: Bevezetés Einstein relativitáselméletébe
A 20. század elején Albert Einstein forradalmasította a világűr, az idő és a gravitáció megértését, úttörő relativitáselméleteivel, a speciális és az általános relativitáselmélettel. Ezek az elméletek alapvetően átformálták az univerzum megismerésének módját, és az új fizika alapjait fektették le.
Einstein relativitáshoz vezető útja 1905-ben kezdődött az ő speciális relativitáselméletével. Ez az elmélet két alapvető alapgondolaton alapult:
- A fizika törvényei az összes tehetetlen referenciarendszerben azonosak.
- A vakuum fénysebessége állandó, függetlenül a fényforrás vagy az észlelő mozgásától.
Ezekből látszólag egyszerű feltételezésekből Einstein néhány lényeges következtetést vont le, amelyek kétségbe vonták a hagyományos newtoni abszolút tér és idő nézeteit. A speciális relativitáselmélet kimutatta, hogy a tér és az idő szorosan összefügg, és hogy a különböző megfigyelők eltérhetnek hosszúságokban és időtartamokban a relatív mozgásuktól függően. A speciális relativitáselmélet előrejelzéseiből furcsa hatások, mint például az idődilatáció, a hosszúságösszehúzódás és az egyidejűség relativitása jelentek meg.
A speciális relativitáselméletben rejlő felismerések alapján Einstein következő évtizedeket töltötte a tudományos áttörést hozó általános relativitáselmélet kidolgozásával, amely a relativitás elvét kiterjesztette a gyorsuló referencia-rendszerekre, és igyekezett a gravitációt geometriai fogalommá leírni. Az általános relativitáselméletben a gravitációt már nem erőként, hanem a tömeg és az energia jelenléte által okozott tér-idő görbületként tekintjük. Ez az elmélet számos meghökkentő előrejelzést tesz, például a Nap által megvilágított csillagfény meghajlása, a fekete lyukak létezése és az univerzum tágulása.
Az elmúlt évszázadban, a speciális és az általános relativitáselméletük keletkezése óta, ezeket az elméleteket szigorú kísérleti vizsgálatoknak vetették alá, és sértetlenül kerültek ki. A Merkúr körpályájának apró elmozdulásának pontos mérésektől kezdve a gravitációs hullámok felfedezéséig, amelyek a fekete lyukakkal ütközőként keletkeznek, a relativitáselmélet bizonyította, hogy az egyik legsikeresebb tudományos elmélet, amit valaha megalkottak.
Ugyanakkor, annak ellenére, hogy a relativitás nagy sikereket ért el, sokan számára továbbra is nehezen érthető és ellentmondásos. Az az elképzelése, egy módosítható tér-idő, amely összefonódva van a térrel és az idővel, és tömeg és energia hatására meggörbül, ellentmond a mindennapi tapasztalatunknak. A relativitás elfogadása azt jelenti, hogy el kell hagynunk sok előzetes elképzelésünket és intuíciónkat a valóság természetéről.
Ebben a könyvben elindulunk az Einstein relativitáselméletének titkainak felfedezésére. Első elvektől kezdve gondosan kifejtjük a speciális és az általános relativitáselmélet fogalmi keretét és matematikai formalizmusát. Felfedezzük a relativitás lenyűgöző következményeit, a ikrekparadoxontól az E=mc2-ig, a férgelyukakon és az időutazáson át. És meglátjuk, hogy hogyan formálta a relativitás a modern tudományunkat a részecskeszintű részecskefizikától a kozmosz nagy léptékű szerkezetéig.
Haladásunk során törekedni fogunk a tisztaságra és a fizikai megértésre, a matematikai szigor fölé helyezve a hangsúlyt. Habár néhány egyenlet elkerülhetetlen lesz, a fő hangsúly az lesz, hogy mélyen értelmezett intuícióval bírjunk a relativitás elméletének alapötletéről. Gondolatkísérletek, hasonlatok és illusztrációk széles körben lesznek használva az utazásunk vezetésére.
A könyv végére egyszerre fogod birtokolni a speciális és az általános relativitáselméleteket. Megérted, hogyan kényszerített Einstein radikális ötletei minket az űr, az idő és a gravitáció újragondolására. És egy új megbecsülést kapunk az elegáns és mély elméletek iránt, amelyek a modern fizika központjában állnak.
Tehát kezdjük el az Einstein relativitásának felfedezését, és lássuk, hogyan folytatja a világegyetemünk nézeteiben történő alakítását több mint egy évszázaddal születése után.