Γενική Θεωρία της Σχετικότητας: Παρουσίαση & Εξήγηση

Εισαγωγή

Βρισκόμαστε στο Νοέμβριο του 1915. Ο σπουδαίος Albert Einstein, ο οποιός ακόμα δεν είχε λάβει την αναγνώριση και το σεβασμό που άξιζε από τους συναδέλφους του, παρουσιάζει σε μια σειρά διαλέξεων, ενώπιον της Πρωσσικής Ακαδημίας Επιστημών μια θεωρία που θα ανέτρεπε τη μέχρι τότε θεώρηση για τον κόσμο που ζούμε και θα δίχαζε τους φυσικούς για πολλά χρονιά. Πρόκειται φυσικά, για τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας.

Η τελευταία διάλεξη προκάλεσε μεγάλη αναστάτωση στην επιστημονική κοινότητα, καθώς η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας αντικαθιστούσε το νόμο του Νεύτωνα για τη βαρύτητα. Διότι σύμφωνα με τη νέα αυτή θεωρία η βαρύτητα οφείλεται στην καμπύλωση του χωρόχρονου, η οποία προκαλείται από την περιεχόμενη στον χωρόχρονο μάζα και ενέργεια και δεν είναι απλά μία δύναμη, όπως υποστηρίζει η κλασσική νευτώνεια θεωρία. Η Γενική Σχετικότητα έδωσε το έναυσμα για μια νέα επιστήμη, την Κοσμολογία.

Αλλά ας πάρουμε τα πράγματα από την αρχή.

Ο Νόμος της Παγκόσμιας Έλξης του Νεύτωνα και γιατί χρειάζοταν τροποποίηση

Ο νόμος του Νεύτωνα για τη βαρύτητα ήταν πολύ σημαντικός διότι ενσωμάτωνε σε μία σχέση όλα όσα είχαν προσπαθήσει να εξηγήσουν για το Ηλιακό Σύστημα ο Κοπέρνικος, ο Κέπλερ και ο Γαλιλαίος, ενώ έδωσε με ακρίβεια τις κινήσεις των πλανητών γύρω από τον Ήλιο. Η νόμος αυτός δήλωνε ότι η δύναμη της βαρύτητας είναι ανάλογη με τις μάζες των δύο σωμάτων που έλκονται μεταξύ τους και είναι αντιστρόφως ανάλογη του τετραγώνου της μεταξύ τους απόστασης. Μαθηματικά εκφράζεται ως εξής: F = G m1 m2 /r2 , όπου F είναι η ελκτική δύναμη, G η σταθερά της παγκόσμιας έλξης, m1 και mοι μάζες αδράνειας των δύο σωμάτων και r η απόσταση μεταξύ των κέντρων μάζας τους.

ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΑΚΟΜΑ

Ο Νόμος της Παγκόσμιας Έλξης διαδραμάτισε σημαντικό ρόλο στην επεξηγήση της εξέλιξης του σύμπαντος, και χρησιμοποιήθηκε για να περιγράψει το πως:

  • Η Γη περιστρέφεται γύρω από τον Ήλιο.
  • Υπάρχουν οι παλιρροϊκές δυνάμεις που προκαλούν και το φαινόμενο της παλίρροιας.
  • Οι Γαλαξίες συγκρούονται μεταξύ τους στο Σύμπαν.

Έτσι, αφού εξουσίαζε όλο το γνωστό σύμπαν οι φυσικοί υπέθεταν ότι το πρόβλημα της βαρύτητας είχε επιλυθεί και χρησιμοποιούσαν τον τύπο του Νεύτωνα για να εξηγήσουν τα πάντα, από την πτήση ενός βέλους μέχρι την τροχιά ενός κομήτη.

Το μοντέλο του Νεύτωνα για τη βαρύτητα παρ’ ότι περιέγραφε με ακρίβεια τις τροχές των άστρων του Ηλιακού μας συστήματος, αποτύγχανε να περιγράψει μετάπτωση του περιηλίου του Ερμή, του πλανήτη που βρίσκεται πλησιέστερα προς τον Ήλιο. Η εξήγηση δόθηκε μέσω της διόρθωσης που εφάρμοσε αργότερα η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας.

Επιπλέον, όσο οι φυσικοί άρχισαν να μαθαίνουν περισσότερα για την δύναμη του ηλεκτρομαγνητισμού, τόσο περισσότερο κλονίζοταν το καθιερωμένο μοντέλο του Νεύτωνα. Η κυματική φύση του φωτός ερχόταν σε αντίθεση με το νόμο του Νεύτωνα για τη βαρύτητα. Επίσης, δεν υπήρξε κανένας τρόπος να γίνει σύμφωνος με την αιτιότητα και τη Θεωρία της Ειδικής Σχετικότητας.

Για να αποφευγχθούν τυχών συγχύσεις, θα δούμε τις δύο θεωρίες για τη Σχετικότητα, Ειδική και Σχετική ξεχωριστά.

Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας

Η Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας είναι η θεωρία που διατυπώθηκε από τον Albert Einstein το 1905, και η οποία συμπληρώνει τους νόμους κίνησης του Νεύτωνα, ώστε να ισχύουν και σε ταχύτητες συγκρίσιμες με την ταχύτητα του φωτός.

Μια πρώτη μορφή της αρχής της σχετικότητας είχε διατυπωθεί ήδη από τον Γαλιλαίο και στη συνέχεια ενσωματώθηκε στη νευτώνεια σύνθεση. Η αρχή αυτή δήλωνε ότι όλοι οι νόμοι της μηχανικής πρέπει να έχουν την ίδια μορφή σε όλα τα αδρανειακά συστήματα αναφοράς. Η μετάβαση από το ένα αδρανειακό σύστημα στο άλλο γινόταν με ένα ορισμένο είδος μετασχηματισμών συντεταγμένων, τους μετασχηματισμούς του Γαλιλαίου. Ενώ οι νόμοι της μηχανικής ήταν αναλλοίωτοι κατά την εφαρμογή του μετασχηματισμού αυτού, οι νόμοι του ηλεκτρομαγνητισμού, και ειδικά ο νόμος για την σταθερότητα και παγκοσμιότητα της ταχύτητας του φωτός, τον παραβίαζαν.

Ο Αϊνστάιν αντικατέστησε τους μετασχηματισμούς του Γαλιλαίου με ένα νέο σύνολο μετασχηματισμών, τους μετασχηματισμούς του Lorentz, και διετύπωσε την αρχή της σχετικότητας, σύμφωνα με την οποία όλοι οι νόμοι της Φύσης είναι αναλλοίωτοι κάτω από τους νέους αυτούς μετασχηματισμούς και παίρνουν την ίδια μορφή σε όλα τα αδρανειακά συστήματα, και η ταχύτητα του φωτός είναι ίδια για όλους τους αδρανειακούς παρατηρητές.

Δηλαδή η Ειδική Θεωρία ασχολείται με δύο ιδέες που μπορούν να θεωρηθούν αντίθετες, την σχετικότητα και το αναλλοίωτο. Με απλά λόγια, η σχετικότητα έχει να κάνει με την έννοια της σχετικότητας της παρατήρησης ενός φαινομένου. Ένας παρατηρητής βλέπει ένα φαινόμενο διαφορετικά από έναν άλλο που κινείται σχετικά ως προς τον πρώτο. Διαφωνούν δηλαδή οι δύο τους σε ορισμένα μεγέθη που μετρούν. Το αναλλοίωτο από την άλλη, αναφέρεται στη συμφωνία που επικρατεί για ορισμένους νόμους ή φαινόμενα, που είναι όμοια και στους δύο.

Ο Αϊνστάιν έδειξε πως μια σειρά φυσικών ποσοτήτων που προηγουμένως θεωρούνταν αναλλοίωτες (χρόνος, μάζα, μήκος κλπ), είναι τελικά ποσότητες σχετικές.

Και από την άλλη, έδειξε πως όλοι οι νόμοι που κυβερνούν τα φαινόμενα παραμένουν αναλλοίωτοι σε όλα τα αδρανειακά συστήματα αναφοράς. Συγχρόνως έδειξε πως δεν υπάρχει προτιμητέο σύστημα αναφοράς στη φύση και επομένως ούτε απόλυτη κίνηση.

Με την Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας απορρίφθηκε η ύπαρξη του “Αιθέρα”, το μέσο που θεωρούσαν οι φυσικοί ότι χρειάζοταν για να διαδοθεί το φως, αποδείχθηκαν πειραματικά η Διαστολή του Χρόνου και η Συστολή του Μήκους όταν μελετάμε κινήσεις που γίνονται με την ταχύτητα του φωτός, όπως επίσης και η ισοδυναμία μάζας-ενέργειας (Ε = m c2), που οδήγησε στην πυρηνική επανάσταση και στους σύγχρονους επιταχυντές σωματιδίων.

Σχήμα 1. Κώνος φωτός, που αποδεικνύει την απαγόρευση κίνησης με ταχύτητα μεγαλύτερη του φωτός. Πηγή: https://el.wikipedia.org/

Η Ειδική Σχετικότητα συμπληρώθηκε αργότερα από τον Einstein με τη Γενική Σχετικότητα, που μελετούσε τη βαρύτητα με τον σχετικιστικό φορμαλισμό. Με τη διατύπωση της γενικής σχετικότητας, η Νευτώνεια βαρύτητα έγινε πλέον υποπερίπτωση της σχετικιστικής βαρύτητας, και η κλασική Φυσική ολοκληρώθηκε ως εννοιολογικό πλαίσιο.

Γενική Θεωρία της Σχετικότητας

Πριν από τον 20o αιώνα όλες οι θεωρίες της φυσικής υπέθεταν ότι ο χώρος και ο χρόνος είναι απόλυτοι. Μαζί διαμόρφωναν ένα υπόβαθρο μέσα στο οποίο κινείται η ύλη. Ο ρόλος μιας θεωρίας της φυσικής ήταν απλά να περιγράφει πώς θα αλληλεπιδρούσαν τα διαφορετικά είδη της ύλης το ένα με το άλλο και, με αυτόν τον τρόπο, θα πρόβλεπαν τις κινήσεις τους. Όπως αναλύσαμε παραπάνω, με την ανάπτυξη της Ειδικής Θεωρίας της Σχετικότητας, οι έννοιες του χρόνου και του χώρου άλλαξαν δραματικά. Άρχισαν να αντιμετωπίζονται ως δυναμικές οντότητες του Σύμπαντος, ικανές να αλλάξουν εξ’ αιτίας της ύλης που βρίσκεται μέσα τους και εν συνεχεία να επιδράσουν με τη σειρά τους στον τρόπο που συμπεριφέρεται η ύλη. Και μάλιστα οι μεταβλητότητες του χώρου και του χρόνου είναι αναπόσπαστα συνδεδεμένες, πράγμα που οδήγησε τον Αϊνστάιν στη θεώρηση μίας και μόνο, ενιαίας, ευπροσάρμοστης οντότητας, στον Χωρόχρονο.

Στην Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, ο Χωρόχρονος είναι καμπύλος εξ’ αιτίας των επιδράσεων της ύλης. Έτσι, η Ευκλείδια Γεωμετρία λόγω της καμπυλότητας του Χωρόχρονου, παύει να ισχύει πλέον σε μεγάλες κλίμακες. Αυτή η καμπυλότητα έχει επιπτώσεις εν συνεχεία και στη συμπεριφορά της ύλης.

  • Στη Νευτώνεια Κλασσική Φυσική ένα σωματίδιο στο οποίο δεν επιδρά καμιά δύναμη θα κινηθεί πάνω σε μια ευθεία γραμμή.
  • Στον καμπύλο Χωρόχρονο όμως οι ευθείες γραμμές του ευκλείδιου χώρου κάμπτονται, γραμμές που αρχικά είναι παράλληλες στη συνέχεια τέμνονται, ενώ τα σωματίδια όταν δεν ενεργούν πάνω τους δυνάμεις φαίνονται να κινούνται κατά μήκος καμπύλων τροχιών.

Σκεφτείτε το εξής απλό παράδειγμα: Θέλετε να μετακινηθείτε από το μέρος που βρίσκεστε τώρα προς μια άλλη περιοχή. Ο συντομότερος δρόμος στην Ευκλείδια Γεωμετρία είναι η ευθεία γραμμή που ενώνει τα δύο σημεία, αυτό στο οποίο βρίσκεστε και αυτό στο οποίο θέλετε να πάτε. Η Γη όμως δεν είναι επίπεδη, οπότε αν κάποιος εξωτερικός παρατηρητής στο διάστημα δει την κίνησή σας, η γραμμή θα είναι καμπύλη!

Σχήμα 2. Ο συντομότερος δρόμος μεταξύ 2 σημείων πάνω στη Γη είναι μια καμπύλη γραμμή. Πηγή: https://www.gearthblog.com/

Στη Γενική Θεωρία της Σχετικότητα η βαρύτητα δεν είναι δύναμη αυτή καθεαυτή. Αντίθετα είναι το αποτέλεσμα της δράσης της ύλης στον χωροχρόνο, που είναι ο γνωστός τρισδιάστατος χώρος σε συνδυασμό με το χρόνο σε ένα ενιαίο σύστημα. Η θεωρία της γενικής σχετικότητας αναφέρει ότι όλα τα αντικείμενα κάμπτουν το χωροχρόνο γύρω  τους. Όσο μεγαλύτερο είναι το σώμα, τόσο περισσότερο κάμπτεται ο χωροχρόνος.

Γενική Θεωρία της Σχετικότητας
Σχήμα 3. Καμπύλωση του Χωρόχρονου από σώματα διαφορετικού βάρους. Πηγή: https://www.esa.int/

O χωρόχρονος αποτελείται από τέσσερις διαστάσεις, τρεις χωρικές και μία χρονική, πράγμα που οι περισσότεροι δυσκολεύονται να φανταστούν. Για ευκολία, ας παραλήψουμε τη διάσταση του χρόνου και μία διάσταση του χρόνου και ας θεωρήσουμε δύο χωρικές διαστάσεις, όπως φαίνεται στο παραπάνω σχήμα. Αυτός ο στοιχειώδης χωρόχρονος διαθέτει πολλά από τα κύρια χαρακτηριστικά του αυθεντικού χωρόχρονου, και έτσι αποτελεί μια βολική απλοποίηση.

Φανταστείτε τώρα ένα μεγάλο φύλλο ελαστικού υλικού. Όταν μια ελαφριά μπάλα του τένις κυλάει σε όλο το φύλλο, θέλει να κινηθεί σε μια ευθεία γραμμή. Αλλά εάν υπάρχει πάνω στο φύλλο και μια βαριά μπάλα του μπόουλινγκ τότε αυτή θα καμπυλώσει το ελαστικό φύλο, οπότε η μπάλα του τένις θα ακολουθήσει μια τροχιά τέτοια που να εισέλθει εντός της κοιλότητας που δημιουργεί η μπάλα του μπόουλινγκ και έπειτα θα έρθει πάνω, δηλαδή μακριά πάλι και ούτω καθεξής. Ένας παρατηρητής θα έλεγε ότι οι δύο μπάλες έλκονται μεταξύ τους. Αλλά στην πραγματικότητα, η κίνηση είναι το αποτέλεσμα μιας κάμψης στο χωρόχρονο. Σύμφωνα με τη θεωρία του Αϊνστάιν, οι πλανήτες του ηλιακού συστήματος δεν έλκονται από τον ήλιο, αλλά αντίθετα ακολουθούν την καμπύλη στο χωροχρόνο – που προκάλεσε ο Ήλιος – γύρω του.

Γενική Θεωρία της Σχετικότητας
Σχήμα 4. Απεικόνιση της κίνησης ενός σώματος ως προς ένα άλλο λόγω της καμπύλωσης του χωρόχρονου. Πηγή: https://www.quora.com/

Οι υπολογισμοί του Αϊνστάιν για την στρέβλωση του χωροχρόνου συμφωνούσε πλήρως με την ανώμαλη μετατόπιση του περιηλίου του Ερμή. Έτσι, η θεωρία του Αϊνστάιν προέβλεψε σωστά την κίνηση όλων των πλανητών, ακόμη και του Ερμή, όπου η θεωρία του Νεύτωνα δεν ήταν σε θέση να την υπολογίσει.

O John Wheeler, ένας από τους πλέον διακεκριμένους φυσικούς του 20ου αιώνα που ασχολήθηκαν με τη γενική σχετικότητα, συνόψισε τη θεωρία στο απόφθεγμα «Η ύλη λέει στο χώρο πώς να καμπυλωθεί και ο χώρος λέει στην ύλη πώς να κινηθεί». Παρ’ ότι ο Wheeler θυσίασε την ακρίβεια για χάρη της κομψότητας (ο «χώρος» έπρεπε να είναι «χωρόχρονος»), η προηγουμένη δήλωση παραμένει μια έξοχη σύνοψη της θεωρίας του Αϊνστάιν.

Εξισώσεις Πεδίου του Einstein

Οι εξισώσεις πεδίου του Αϊνστάιν, που περιγράφουν μαθηματικά τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, παρ’ ότι φαίνονται απλές, εμπεριέχουν μια τεράστιας ποσότητας πολυπλοκότητα. Αυτό που μοιάζει με μια συμπαγή εξίσωση είναι στην πραγματικότητα 16 περίπλοκες εξισώσεις, που σχετίζονται με την καμπυλότητα του χωρόχρονου με την ύλη και την ενέργεια στο σύμπαν.

Γενική Θεωρία της Σχετικότητας

  • Ο πρώτος όρος, Gμν, είναι γνωστός ως τανυστής του Einstein και αντιπροσωπεύει την καμπύλωση του χώρου.
  • Ο δεύτερος, Λ, είναι η Κοσμολογική Σταθερά: μια ποσότητα ενέργειας, θετική ή αρνητική, που είναι χαρακτηριστική ττου υλικού του χώρου αυτού καθ’ αυτού.
  • Ο τρίτος όρος, gμν, είναι γνωστός ως Μετρικό, το οποίο μαθηματικά εμπεριέχει τις ιδότητες για κάθε σημείο εντός του χωρόχρονου.
  • Ο τέταρτος όρος, 8πG/c4, είναι το προϊόν κάποιων σταθερών, γνωστό ως Βαρυτική Σταθερά του Einstein, και είναι ο αντίστοιχος όρος της βαρυτικής σταθεράς G στην εξίσωση του Νεύτωνα, που αναφέραμε στην αρχή του άρθρου.
  • Τέλος, ο πέμπτος όρος, Tμν, ονομάζεται Τανυστής Ενέργειας-Ορμής, και περιλαμβάνει τόσο την ενέργεια και την πυκνότητα ορμής καθώς και το άγχος, δηλαδή, την πίεση και την διάτμηση, εντός του χωρόχρονου.

Αυτοί οι πέντε όροι, σχετιζόμενοι όλοι μεταξύ τους, είναι αρκετοί για να συσχετίσουν τη γεωμετρία του χωρόχρονου με όλη την ύλη και την ενέργεια εντός αυτού.

Οι δείκτες μν αντιπροσωπεύουν τις τέσσερις διαστάσεις του χωρόχρονου (t, x, y, z). Αυτό σημαίνει ότι δεν έχουμε μία εξίσωση, ούτε τρεις ή τέσσερις. Αντ΄αυτού, έχουμε τέσσερις διαστάσεις (t, x, y, z) που επηρεάζουν η καθεμία τις άλλες τέσσερις (t, x, y, z), για ένα σύνολο 4 x 4, δηλαδή 16 εξισώσεων.

Πειραματική επαλήθευση

Για να επιβεβαιώσει τη θεωρία του και να πείσει τους συναδέλφους του φυσικούς – στην πλειοψηφία τους επικριτές της νέας επαναστατικής θεωρίας – ο Αϊνστάιν έπρεπε να βρει ένα φαινόμενο δεν είχε ακόμη παρατηρηθεί και που θα μπορούσε να εξηγηθεί από τη δική του θεωρία και όχι από εκείνη του Νεύτωνα. Βέβαια, αυτό το φαινόμενο έπρεπε να λάβει χώρα σε ένα περιβάλλον ακραίας βαρύτητας, αλλιώς οι προβλέψεις τόσο του Νεύτωνα όσο και του Αϊνστάιν θα συνέπιπταν.

Πριν καν εφαρμόσει τη θεωρία του στον Ερμή, στην πραγματικότητα, πριν ακόμη ολοκληρώσει τη διατύπωση της Γενικής Σχετικότητας, ο Αϊνστάιν είχε αρχίσει να μελετά την αλληλεπίδραση μεταξύ φωτός και βαρύτητας.

Σύμφωνα με τη χωροχρονική διατύπωση της βαρύτητας, οποιαδήποτε δέσμη φωτός περνούσε κοντά από κάποιον αστέρα ή πλανήτη με μεγάλη μάζα, θα βρισκόταν κάτω από τη βαρυτική έλξη του αστέρα ή του πλανήτη. Το φως θα άλλαζε δρόμο, αποκλίνοντας ελαφρώς από την αρχική πορεία του. H θεωρία του Νεύτωνα για τη βαρύτητα προέβλεπε επίσης ότι βαριά αντικείμενα θα καμπύλωναν το φως, αλλά σε μικρότερο βαθμό.

Πιο συγκεκριμένα, επικεντρώθηκε στον Ήλιο, ο οποίος λόγω της τεράστιας μάζας του, η βαρυτική του έλξη θα είχε σημαντική επίδραση σε μια ακτίνα φωτός προερχόμενη από κάποιον απομακρυσμένο αστέρα, και η καμπύλωση αυτή του φωτός θα μπορούσε να ανιχνευθεί. Αν ο αστέρας βρισκόταν πίσω από το χείλος του Ήλιου, και έτσι έξω από τη γραμμή παρατήρησης μας, δεν θα περιμέναμε να τον δούμε από τη Γη. Ωστόσο, η τεράστια βαρυτική δύναμη του Ήλιου και η παραμόρφωση του χωρόχρονου θα είχαν ως αποτέλεσμα την απόκλιση του αστρικού φωτός προς τη Γη καθιστώντας τον ορατό. Ο αστέρας, ο οποίος συνεχίζει να βρίσκεται πίσω από τον ήλιο, θα φαινόταν σα να βρισκόταν ελαφρώς δίπλα από τον Ήλιο.

Γενική Θεωρία της Σχετικότητας
Σχήμα 5. Απόκλιση του φωτός ενός αστέρα που βρίσκεται πίσω από τον Ήλιο, αλλά λόγω της καμπύλωσης του χωρόχρονου, φαίνεται σα να βρίσκεται στο πλάι του. Πηγή: http://cosmology.com/

Όμως υπήρχε ένα πρόβλημα: η παρατήρηση ενός αστέρα, το φως του οποίου θα καμπυλωνόταν από τον Ήλιο έτσι ώστε αυτός να φαίνεται σα να βρισκόταν δίπλα στον Ήλιο, θα συνέχιζε να είναι αδύνατη λόγω της εξαιρετικά μεγάλης λαμπρότητας του Ήλιου.

Στην πραγματικότητα, η περιοχή γύρω από τον Ήλιο είναι πάντα γεμάτη με αστέρες, αλλά όλοι τους παραμένουν αόρατοι επειδή η λαμπρότητα τους είναι αμελητέα σε σύγκριση με εκείνη του Ήλιου. Ωστόσο, υπάρχει μία περίπτωση κατά την οποία οι αστέρες που βρίσκονται πέρα από τον Ήλιο αποκαλύπτονται. Ο Αϊνστάιν λοιπόν σκέφτηκε ότι έπρεπε να αναζητήσουν αστρικές μετατοπίσεις κατά τη διάρκεια μιας ολικής έκλειψης Ηλίου.

Η πρώτη απόπειρα έγινε στις 29 Μαΐου του 1919 που θα γινόταν μια έκλειψη ορατή στο Νότιο ημισφαίριο. Έτσι, οι αστρονόμοι αποφάσισαν να την φωτογραφίσουν παρόλο τα μεγάλα προβλήματα της εποχής (Α’ Παγκόσμιος Πόλεμος). Σχηματίστηκαν λοιπόν δύο ομάδες αστρονόμων: μια που θα πήγαινε στην βραζιλιάνικη ζούγκλα και μια με επικεφαλής τον Βρετανό Arthur Eddington που κατευθύνθηκε έξω από τις ακτές της Γουϊνέας, στην Δυτική Αφρική.

O Αϊνστάιν πρόβλεψε ότι το φως ενός αστέρα ο οποίος εμφανίζεται ακριβώς δίπλα από τον Ήλιο θα έπρεπε να καμπυλώνεται κατά 1,74 δευτερόλεπτα του τόξου (0,0005°), γωνία που ήταν μόλις εντός της ακρίβειας του εξοπλισμού του Eddington και διπλάσια από την απόκλιση που προέβλεπε ο Νεύτωνας. Μια τέτοια γωνιακή απόκλιση ισοδυναμεί με τη μετακίνηση ενός κεριού που βρίσκεται σε απόσταση ενός χιλιομέτρου, μόλις κατά ένα εκατοστό προς τα αριστερά.

Δυστυχώς καθώς πλησίαζε η μέρα της έκλειψης μαζεύτηκαν απειλητικά σύννεφα πάνω από την περιοχή που ήταν ο Eddington, ξεσπώντας έντονες καταιγίδες. Κατά τη διάρκεια των λίγων πολύτιμων λεπτών καθαρού ουρανού, η ομάδα κατάφερε να τραβήξει μόνο μία φωτογραφία που είχε επιστημονική αξία.

Τα αποτελέσματα όμως από αυτή τη φωτογραφία (Σχήμα 6) έδωσαν μια μετατόπιση 1,61 ±0,3 δευτερόλεπτα του τόξου, σε καλή συμφωνία με τη θεωρία του Αϊνστάιν και σε πλήρη ασυμφωνία με τη νευτώνεια πρόβλεψη.

Σχήμα 6. Η φωτογραφία από την έκλειψη του 1919, η πρώτη πειραματική επιβεβαίωση της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας. Πηγή: https://el.wikipedia.org/

Συγχρόνως, το αποτέλεσμα της ομάδας από τη Βραζιλία βασισμένο σε μετρήσεις των θέσεων αρκετών αστέρων, υποδείκνυε μια μέγιστη μετατόπιση των 1,98 δευτερολέπτων του τόξου, τιμή μεγαλύτερη από την πρόβλεψη του Αϊνστάιν, αλλά και πάλι σε συμφωνία, δεδομένου του εύρους σφάλματος. Τα αποτελέσματα του Eddington από την αποστολή της έκλειψης της 29ης Μαΐου του 1919 επιβεβαιώθηκαν το 1922 από μία ομάδα αστρονόμων η οποία παρατήρησε μια ηλιακή έκλειψη από την Αυστραλία.

Το 1959 στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ μετρήθηκε με επιτυχία η μετατόπιση φάσματος προς το ερυθρό λόγω της βαρύτητας, και αποτέλεσε την πρώτη μέτρηση υψηλής ακρίβειας των αποτελεσμάτων της Γενικής Σχετικότητας.

Τα επόμενα χρόνια η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας για τη βαρύτητα επιβεβαιώθηκε και με πλήθος άλλων πειραμάτων, το τελευταίο από τα οποία, με τη χρήση του δορυφόρου Gravity B, επιχείρησε να μετρήσει το στροβιλισμό του χωρόχρονου που προκαλεί η ιδιοπεριστροφή της Γης και τη στρέβλωσή του κοντά σε μεγάλες μάζες (το λεγόμενο γεωδαιτικό φαινόμενο).


Πηγές που χρησιμοποιήθηκαν για το άρθρο:

Διαδίκτυο
  1. Big Think, ανακτήθηκε από https://bigthink.com/, τελευταία επίσκεψη 21/10/2021.
  2. Quora, ανακτήθηκε από https://www.quora.com/, τελευταία επίσκεψη 21/10/2021.
  3. The European Space Agency, ανακτήθηκε από https://www.esa.int/, τελευταία επίσκεψη 21/10/2021.
  4. The Journal of Cosmology, ανακτήθηκε από http://cosmology.com/, τελευταία επίσκεψη 21/10/2021.
  5. Φυσική για όλους, ανακτήθηκε από http://physics4u.gr/blog/, τελευταία επίσκεψη 21/10/2021.
  6. Science Wiki, ανακτήθηκε από https://science.fandom.com/el/wiki/, τελευταία επίσκεψη 21/10/2021.
  7. Wikipedia, the free encyclopedia, ανακτήθηκε από https://el.wikipedia.org/, τελευταία επίσκεψη 21/10/2021.
  8. Google Earth Blog, ανακτήθηκε από https://www.gearthblog.com/, τελευταία επίσκεψη 21/10/2021.

Λίγα λόγια για τον συντάκτη

Χρήστος Γιαννακλής

Φυσικός, 23 ετών, με πτυχίο από το Πανεπιστήμιο Πατρών και μέλος του Εργαστηρίου Φυσικής της Ατμόσφαιρας μέσω του μεταπτυχιακού προγράμματος 'Εφαρμοσμένη Μετεωρολογία & Φυσική Περιβάλλοντος'. Hobbies: Αθλητισμός, μουσική, κινηματογράφος.

Εβδομαδιαία ενημέρωση απο το maxmag στο email σου

Η ενημέρωση σου, για όλα τα θέματα, επί παντός επιστητού, είναι προτεραιότητα για μας στο MAXMAG. Αυτός είναι κ ο λόγος, για τον οποίο κάθε εβδομάδα οι συντάκτες μας θα επιλέγουν τα 15 σημαντικότερα άρθρα, από όλες τις στήλες του περιοδικού και θα φροντίζουμε να τα λαμβάνεις απευθείας στο email σου. Όλες οι σημαντικές ειδήσεις θα σε περιμένουν να τις ανοίξεις. Το μόνο που χρειάζεται να κάνεις είναι μια εγγραφή στο Newsletter μας. Τι περιμένεις λοιπόν;