Všeobecná teória relativity
Všeobecná teória relativity je teória o priestore, čase a gravitácii, ktorú sformuloval Albert Einstein v rokoch 1911 až 1916, kedy bola aj zverejnená.
Opisuje vzájomné pôsobenie priestoru a času na jednej strane a hmoty, vrátane polí, na strane druhej. Jej hlavná výpoveď je, že gravitácia vlastne nie je nič iné ako geometrický jav v zakrivenom štvorrozmernom časopriestore, presnejšie - Hmotné telesá sú zdrojom gravitačného poľa, ktoré určuje vlastnosti časopriestoru v danej oblasti, ktorá zas naopak spätne ovplyvňuje stav a pohyb telies v danej oblasti.
Niektoré vlastnosti:
- Teória aplikuje princíp relativity na oblasti, v ktorých má rozhodujúcu úlohu gravitácia
- Jej základom je princíp ekvivalencie
Všeobecná teória relativity je rozšírením špeciálnej teórie relativity a pre dostatočne malé oblasti časopriestoru sa s ňou stáva identickou. V porovnaní so špeciálnou teóriou relativity je pre laika oveľa ťažšie zrozumiteľná, existuje však pre ňu dostatočné množstvo experimentálnych dôkazov.
Všeobecná a špecialna teória relativity
Jej autorom je Albert Einstein, ktorý všeobecnú teóriu relativity publikoval v roku 1905 a je založená na dvoch zásadných tvrdeniach:
1. Princíp relativity - Vo všetkých inerciálnych sústavách platia rovnaké fyzikálne zákony. Všetky inerciálne sústavy sú fyzikálne úplné rovnocenné a neexistuje žiadna význačná inerciálna sústava
2. Princíp nemennej rýchlosti svetla vo vákuu - Vo všetkých inerciálnych sústavách má rýchlosť svetla vo vákuu rovnakú veľkosť, ktorá nezávisí od rýchlosti zdroja svetla.
Pod inerciálnou vzťažnou sústavou sa rozumie sústava, v ktorej existuje iba rovnomerný a priamočiary pohyb alebo nulový pohyb. To znamená, že žiadne teleso v nej sa nepohybuje so zrýchlením. Dôvodom, prečo sa zaviedol tento termín je ten, že ak v inerciálnej sústave neexistuje zrýchlenie, neexistujú v nej ani zotrvačné sily. Podobne hovoríme, že dve sústavy sú vzhľadom na seba inerciálne, ak sú vzhľadom na seba v pokoji alebo rovnomernom priamočiarom pohybe.
James Clark Maxwell vypracoval teóriu elektromagnetických javov. Ukázalo sa, že medzi elektromagnetické vlnenie, ktoré opisujú Maxwellove rovnice, môžeme zarátať aj svetlo, pretože vykazovalo rovnaké vlastnosti, aké tieto rovnice predpovedali. Všetky dovtedy známe vlnové deje boli vlnením nejakého prostredia, preto sa fyzici snažili zistiť, v čom sa toto vlnenie vlastne vlní. Boli uskutočnené pokusy, pri ktorých sa mala zmerať rýchlosť svetla vzhľadom na éter. Experimentátori vychádzali z predpokladu, že ak je éter nehybný a vypĺňa celý vesmír, aj Zem pri svojom obiehaní okolo Slnka sa vzhľadom naň pohybuje rýchlosťou v = 30 km/s. Pri tom by malo dochádzať k skladaniu rýchlosti svetla s rýchlosťou pohybu Zeme, takže keď vyšleme lúč v smere pohybu Zeme, mala by byť rýchlosť svetla vzhľadom na éter c + v a pri jeho vyslaní na opačnú stranu by mala byť rýchlosť šírenia c - v. Nič také však pozorované nebolo a rýchlosť svetla sa ukazovala byť stále rovnaká vo všetkých smeroch.
O nejaký čas prišiel Albert Einstein so svojou teóriou relativity, v ktorej princíp konštantnej rýchlosti svetla zahrnul ako jeden zo základných predpokladov. Teória éteru tým dostala výraznú ranu, pretože jeho existenciou sa narušil princíp relativity, pretože by existovala jedna význačná sústava - sústava spojená s nehybným éterom, vzhľadom na ktorú by sme mohli určovať rýchlosť ľubovoľnej inej inerciálnej sústavy. Konštantná rýchlosť svetla znamená, že dve udalosti, ktoré sa zdajú byť súčasné v jednej sústave, nebudú už súčasné v inej sústave.
Einstein zaviedol nový spôsob nazerania na priestor a čas a oboje zlúčil do štvorrozmernej sústavy nazývanej časopriestor. Podľa jeho teórie je gravitačné pole zakrivením tohto časopriestoru. Našiel 10 rovníc, ktoré definujú zakrivenie priestoru a času. Zakrivené dráhy telies pohybujúcich sa v gravitačnom poli teória relativity vysvetľuje práve týmto zakrivením časopriestoru. To platí takisto aj pre fotóny, ktoré sa pri prelete popri hmotnom objekte vychýlia v dôsledku gravitácie od svojho pôvodného smeru. Ohyb svetla v gravitačnom poli pozoroval a potvrdil Sir Charles Eddington v roku 1919 pri zatmení Slnka, keď meral pozície okolitých hviezd a zistil, že v tesnom okolí slnečného disku boli polohy hviezd posunuté oproti bežným hodnotám.
Všeobecná teória relativity má pre súčasnú astrofyziku i kozmológiu veľký význam, pretože pomáha modelovať vesmír vo veľkých merítkach. Vyplýva z nej tiež teória gravitačného kolapsu v záverečnom štádiu života veľmi hmotných hviezd. Všeobecná teória relativity tiež vysvetlila stáčanie perihélia Merkúru a vyplýva z nej aj červený posun svetla v dôsledku straty energie fotónov pri prechode gravitačným poľom a pomáha tiež pri vytváraní teórie veľkého tresku. Takmer všetky javy vyplývajúce z teórie relativity boli experimentálne dokázané.
Obrázok č.1 - všeobecná teória relativity