Tako so znanstveniki odkrili gravitacijske valove - valove prostora-časa. Albert Einstein je pred 100 leti predlagal njihov obstoj, neposredno opazovanje pa je bilo zadnji dokaz mojstrovine velikega znanstvenika: splošne relativnosti. Znanstveniki Caltech in MIT so odkrili gravitacijski val, ki sta ga ustvarili dve trčeni črni luknji.
Einstein ni vedno veljal za genija. Ko je prvič izrazil dvomljive misli o relativnosti, so nekateri znanstveniki organizirali proteste. Drugi so Einsteina preprosto osramotili v tisku in mu očitali nevarne ideje in judovsko poreklo.
Toda znanstvenikovo delo je fiziko postavilo na glavo od samih temeljev. Einsteinovo vesolje se hitro in naravno poigrava s konceptoma položaja in hitrosti - razen svetlobe, ki skozi vakuum vedno pometa s 300 milijoni metrov na sekundo. Prostor in čas se mešata v štiridimenzionalno melaso, imenovano prostor-čas, ki lahko razteza in upogiba snov, snov, maso. In gibljiva snov sledi krivuljam prostora-časa - skriti geometriji, ki jo zaznavamo kot gravitacijo.
Sliši se kot neumnost.
Toda v zadnjih 100 letih so poskusi vedno znova pokazali: Einstein ima prav. Njegova teorija je bila že prevečkrat dokazana, da bi lahko vse te čase naštela tukaj, a tudi najbolj presenetljivi primeri so impresivni.
Svetloba je hkrati val in delci
Promocijski video:
Einsteinovo ime je najpogosteje povezano z relativnostjo, a je za svoje delo na svetlobi prejel Nobelovo nagrado. Klasična fizika je domnevala, da je svetloba val, vendar ta teorija ni mogla pojasniti, kako in zakaj kovine oddajajo elektrone, ko so osvetljene - temu pojavu pravimo fotoelektrični učinek.
Einstein je to nenavadno vedenje razložil s tem, da je svetlobo dejansko sestavljen iz diskretnih valovnih paketov (fotonov) z energijami, povezanimi z njihovo frekvenco. To odkritje je privedlo do pojava kvantne fizike, v kateri se vsi atomi obnašajo na čuden val, Einstein pa je pomagal pri odkritju.
Prostor se lahko upogne
Prva večja Einsteinova zmaga v splošni relativnosti je prišla, ko je razložil skrivnostno zibanje Merkurjeve orbite. Leta 1859 je briljantni francoski astronom Urbain Le Verrier ta učinek pripisal še nikoli videnemu planetu, imenovanemu Vulkan, pravijo, da privlači Merkur. Toda leta iskanja niso privedla do ničesar, nihče ni našel nobenega vulkana.
Na veliko veselje Einsteina je njegova nova teorija relativnosti postavila Vulcana na noge in pokazala, da se masa Sonca upogiba blizu vesolja in časa, podobno kot bi kegljiška žoga upognila elastično, a mehko površino. Ker je Merkur tako blizu Sonca, je njegova vrtljiva orbita najbližja pot skozi vesolje in čas, ki jo ukriva Sončeva masa. Nobenega drugega planeta ni in ga ni bilo: gre za geometrijo vesolja, česar Newton ni sumil.
Prostor-čas je lahko "leča"
Einstein je imel maja 1919 med popolnim Sončevim mrkom spet prav. Po teoriji relativnosti bo vesolje-čas, ukrivljen z maso sonca, upogibal prihajajočo zvezdno svetlobo kot leča.
Britanski astronom Arthur Eddington je naredil velike slike mrka in ugotovil, da je Sonce raztegnilo zvezdno kopico Hyades in upognilo svetlobo posameznih zvezd za približno eno dvatisočinko stopinje, kot je napovedal Einstein, ki je podvojil ukrivljenost, ki jo je napovedala Newtonova fizika.
Tudi Einstein ni pričakoval, kako koristen bi bil ta pojav za astronome: z uporabo samih galaksij kot velikanskih leč lahko astronomi pogledajo v preteklost, v najzgodnejših letih vesolja. In ko astronomi vidijo, da lečo povzročajo nekatere nevidne mase, jim to omogoča, da preslikajo velika območja temne snovi.
Vrtenje množic zasuka prostor-čas
Ne samo, da snov upogiba prostor-čas, kot je kegljišče, ampak tudi vrtljive mase, kot je Zemlja, zlahka povlečejo prostor okoli sebe, kot žlica v melasi. To vpliva na orbite najbližjih satelitov - čuden učinek vlečenja inercialnih referenčnih okvirjev, učinek Lense-Thirring.
Učinek Lense-Thirring, napovedan leta 1918 s splošno relativnostjo, je bil potrjen leta 2004, ko so znanstveniki ugotovili, da je rotacija Zemlje zlahka premaknila orbiti dveh satelitov. Leta 2011 je NASA-ina sonda Gravity Probe B potrdila najdbo in izpopolnila številke.
Gravitacija upočasni čas
Einsteinove enačbe tudi materijo dajo sposobnost, da pospeši ali upočasni čas - in spremeni barvo svetlobe.
To nenavadno napoved lahko vidimo pravilno tudi z Zemlje: svetloba oddaljenih zvezd dobiva višje frekvence - ali je videti bolj modra - kot bi opazoval v globokem vesolju. In bolj ko se odmikate od gravitacijskega vodnjaka Zemlje, manjša in manjša je frekvenca svetlobe, ki jo oddaja Zemlja, in je ubogajoča učinek gravitacijskega rdečega premika.
Navsezadnje niti vaš pametni telefon ne more prezreti teorije relativnosti: brez relativističnih popravkov bi ure na satelitih GPS vsak dan odkljukale 38 mikrosekund hitreje kot na zemeljski površini, po dveh minutah uničile natančnost sistema in dnevno dodale 10 kilometrov napak.