1916. március 20-án publikálta Albert Einstein az általános relativitáselméletet. Az elméletet a közönség azonban már korábban megismerhette, Einstein 1915. novemberében egy előadássorozat keretében mutatta be a Porosz Tudományos Akadémián.
Az elmélet nem aratott osztatlan sikert, hiába írta felül az addig ismert Newton-i gravitációs törvényeket, a Nobel-díjra még csak nem is jelölték.
Einstein és a Nobel-díj
Einstein 1905-ben ismertette a speciális relativitáselméletet, ami abban különbözött a tíz évvel későbbitől, hogy még nem esett benne szó a gravitációs hullámokról.
A tudósok az elméletet érthetetlennek és bizonyítatlannak tartották, épp ezért Einstein neve először 1910-ben került elő a Nobel-díjjal kapcsolatban, amikor Wilhelm Otswald jelölte a fizikust. Einstein azonban nem kapta meg a díjat, mert a bizottság úgy gondolta, hogy nem felel meg Alfred Nobel végakaratának, miszerint a díjat a legfontosabb tudományos felfedezésnek kell kapnia.
Az elismerést végül 1921-ben kapta meg, de akkor sem egy konkrét felfedezésért. Az indoklás szerint
az elméleti fizika terén tett szolgálataiért, különösen a fényelektromos jelenség törvényének felfedezéséért
ítélték neki.Hogy alkotta meg az elméletet?
Einstein gyerekkorában nagyon lassan tanult meg beszélni, olyannyira, hogy emiatt még orvosi kezelést is kapott. Ez azonban a későbbi tudósnak előnyére vált: szavak helyett képekben kezdett el gondolkodni.
A természeti törvényeket nem számokkal próbálta meg megérteni, inkább a képzeletét használva próbált gyakorlati példákat találni. Így jutott el a speciális relativitáselmélethez is.
Elképzelt egy gyorsan haladó vonatot, aminek két végébe mozgás közben ugyanakkor belecsap egy-egy villám. Az ember ezt attól függően észlelné, hogy hol helyezkedik el. Ha a vonaton kívül van, akkor egyidejűnek látná a villámcsapásokat, de ha utas volna, akkor a haladás miatt a vonat elejébe belecsapó villámot egy másodperccel hamarabb észlelné, mint ami a végébe csapódik.
Ebből jött rá, hogy az idő relatív.
Az általános relativitáselméletnél is hasonlóan dolgozott. Ekkor egy szabadesésben zuhanó személyt képzelt el, akinek ha valami kiesik a kezéből, az nem zuhan le, hanem mellette lebeg tovább (persze később mindkettő földet ér, de a tragikus véget a tudós már nem képzelte el).
Ugyanez a helyzet akkor, ha az ember egy gyorsuló kamrában a földről a világűr felé haladva egyre nagyobb nyomást érez a gravitáció miatt, tehát a gravitáció és a gyorsulás között összefüggés van, Einstein szerint a kettő ugyanaz. Ebből vezette le az általános relativitáselmélet.
Nem volt elég a matematikai levezetés
Einstein nagyon egyszerűen dolgozott: logikusan gondolkodott. De ez nem volt elég a tudóstársadalomnak, gyakorlati bizonyítást követeltek.
Ez akkoriban szinte teljesen kivitelezhetetlen volt, 1919-ben jött azonban a lehetőség egy napfogyatkozás formájában. A fizikus erre le is csapott, és mindenkit meghívott egy kísérletre.
A napfogyatkozás folyamán a tudósok mérni tudták, hogy a csillagfény a Nap közelében annak gravitációjától meggörbül, így nyert bizonyítást a gravitációs fényelhajlás. Einsteinnek ez hozta meg a népszerűséget és az ismertséget.
Történet Einstein agyáról
A XX. század talán legnagyobb tudósának agya nagyon vonzó volt az agykutatók számára. Így érzett az a Thomas Stoltz Harvey is, aki a Princeton boncorvosaként ellopta a halott tudós agyát, és közel húsz évig nem is volt hajlandó visszaadni azt. (Hogy erre milyen büntetőjogi szabályok vonatkoztak akkoriban, az nem derült ki.)
Harvey egy befőttesüvegben tartotta a fizikus agyát, majd –ekkor már Hans Einstein engedélyével- néhány darabot elküldött belőle kutatóintézetnek vizsgálatra. A kutatók a vizsgálatok során rájöttek, hogy az a terület, ami a rendszerezésért és a matematikai képességekért felel, 15 százalékkal nagyobb volt egy átlagos emberénél.
De mi is az az általános relativitáselmélet?
Ez az elmélet a fizika egyik legbonyolultabb és legárnyaltabb elmélete, így teljesen elmagyarázni egy fizikában járatlan embernek (a középiskolai fizikatanulmányok itt járatlanságnak számítanak) szinte lehetetlen.
Mi azonban most felületesen megpróbáljuk leírni.
Az általános relativitáselmélet annyiban különbözik a speciálistól, hogy a tudós itt már a gravitációval is foglalkozik.
A relativitáselméletek a téridőre épülnek, ezért először ezt kell tisztába tennünk. A téridő egy négydimenziós koordinátarendszer, amelyben a világunk működik. Ez a négy dimenzió a tér és az idő dimenzióiból áll össze: a tér 3 dimenziós, mert a térben előre-hátra, oldalra, fel-le tudunk mozogni. Az idő ezzel szemben csak egy dimenziós, mert abban előre haladunk.
Képzeljük el a téridőt, mint egy kifeszített gumis lepedőt! Ha a lepedőre rádobunk egy medicinlabdát, akkor a lepedő a medicinlabdának megfelelően fog „görbülni”, az alakja ott változik meg, ahol a labda elgurul.
Ha a medicinlabdák mellé bedobunk néhány teniszlabdát, akkor a kisebb tömegű teniszlabdák is a medicinlabdát fogják követni, és köré gurulnak. Tehát a tömeggel rendelkező test meggörbíti a téridőt, és ez befolyásolja a körülötte lévő testek mozgását.
Ez az elmélet alapja.
Többször is bizonyították már
Az 1919-es napfogyatkozásos kísérlet óta az elméletet többször bizonyították.
Az egyik ilyen bizonyítás tavaly esett meg, amikor a Hubble űrteleszkóp egyik képén felfedeztek egy Einstein-keresztet. A képen egy 9,3 milliárd éve felrobbant szupernova fénye látható. A felrobbant csillag előtt egy galaxis helyezkedik el, aminek tömege szinte felfoghatatlan.(A tudósok számításai szerint a saját galaxisunk, a Tejút tömege trilliószor nagyobb, mint a Napé.)
Ez a galaxis meggörbíti a téridőt, emiatt a mögötte látható fény úgy törik meg a gravitációs lencsén, hogy négy csillagnak tűnik.
A másik közelmúltban történt bizonyítás során kimutatták a gravitációs hullámok létezését.
A kísérletben két, négy kilométer hosszú, L alakban elhelyezett vákuumcsövet használtak, amelyben egymás felé irányítanak két, majdnem tíz centiméter átmérőjű sugarat.
A cső két végén egy-egy tükör van, a lézerek pedig úgy vannak beállítva, hogy a tükörről visszaverődve kioltsák egymást. Ha a két sugár közül bármelyik egy kicsit is elmozdul, akkor a csőben lévő szenzorok érzékelik a becsapódó fotonokat. Az érzékelők gravitációs hullámot érzékeltek, bár elég kicsi volt, még is akkora volt ez a felfedezés, hogy új távlatokat nyitott a fizikában.
De miért is része az életünknek?
A relativitáselméleteket a mindennapokban is használjuk, a műholdak kalibrálásánál játszik fontos szerepet, ennek köszönhetjük a GPS-ek pontosságát.
Az elmélet azonban nem csak pozitív hozadékkal rendelkezik, felhasználták az atombomba terveinél is. Einstein több amerikai tudóssal kampányolt azért, hogy az Egyesült Államok a többi országot megelőzve hozzon létre atombombát.
Azonban amint szembesültek azzal, hogy milyen pusztítást képes okozni, igyekeztek a lehető legtöbb helyen felszólalni ellene. Ez azonban nem volt elég.
Leopold Infeld, Einsteinről szóló egyik könyvében így ír a dologról:
Sokan azt hiszik, a relativitáselmélet arra tanít bennünket, hogy a világ, amelyben élünk, a csodák világa: s hogy ezt Einstein, a matematikus fedezte fel, aki rájött, hogy van egy negyedik dimenzió, hogy a tárgyak megrövidülnek, vagy meghosszabbodnak, hogy a mi világunk a léggömbhöz hasonlítva összehúzódik vagy kitágul - egyszóval minden viszonylagos és titokzatos. És nem a vonatunk áll meg Princetonnál, hanem Princeton áll meg a vonatnál. S ebből a fantasztikus, relatív világból, amelyet Einstein teremtett, egyszerre csak, váratlanul megjelent az atombomba.
