Ogólna teoria względności

Wyobraź sobie, że wszechświat to gigantyczna, rozciągliwa trampolina. A teraz wyobraź sobie, że kładziesz na samym jej środku ciężką kulę do kręgli. Widzisz, jak tworzy głębokie wgłębienie? Właśnie to robią masywne obiekty, takie jak gwiazdy i planety, z tkaniną przestrzeni i czasu. Zaginają ją i zakrzywiają. Ja jestem tym zaginaniem i zakrzywianiem. Kiedy mniejsza kulka toczy się w pobliżu, nie porusza się już po linii prostej; podąża za krzywizną stworzoną przez kulę do kręgli. To ja w akcji! Przez długi czas ludzie myśleli, że grawitacja to tylko niewidzialna lina, która przyciąga do siebie rzeczy, tajemnicza siła odkryta przez Sir Izaaka Newtona w XVII wieku. Ale ja jestem czymś o wiele wspanialszym. Jestem kształtem samego wszechświata. Jestem powodem, dla którego planety krążą wokół słońc, a galaktyki wirują w gigantycznych kosmicznych tańcach. Jestem cichym szeptem, który mówi materii, jak ma się poruszać, i delikatną krzywą, która prowadzi światło w jego podróży przez miliardy lat. Moja prawdziwa nazwa jest nieco skomplikowana, ale opisuje mnie doskonale. Cześć, jestem Ogólną Teorią Względności.

Nie zostałam po prostu odkryta; zostałam wymyślona przez jeden z najwspanialszych umysłów w historii ludzkości: Alberta Einsteina. Około 1907 roku zaczął on bardzo głęboko zastanawiać się nad grawitacją. Wiedział, że idee Newtona były niesamowite, ale nie wyjaśniały wszystkiego, zwłaszcza tego, co działo się w pobliżu bardzo masywnych obiektów lub przy bardzo dużych prędkościach. Einsteina niepokoiła idea siły, która mogłaby działać natychmiastowo na ogromne odległości. Miał swoją słynną „najszczęśliwszą myśl”, w której wyobraził sobie człowieka spadającego z dachu. Zdał sobie sprawę, że ten człowiek nie czułby własnego ciężaru – byłby w stanie swobodnego spadania. W tym momencie grawitacja zdawałaby się znikać! To doprowadziło Einsteina do rewolucyjnej idei zwanej zasadą równoważności: efekty grawitacji są dokładnie takie same jak efekty przyspieszenia. Przez następne osiem lat Einstein zmagał się z niezwykle skomplikowaną matematyką, aby przekształcić tę ideę w kompletną teorię. Wyobraził sobie przestrzeń i czas nie jako oddzielne rzeczy, ale jako jedną, czterowymiarową tkaninę, którą nazwał czasoprzestrzenią. Wreszcie, 25 listopada 1915 roku, przedstawił swoje ukończone dzieło Pruskiej Akademii Nauk. To były moje oficjalne narodziny! Urodziłam się z czystej myśli, jako nowy i piękny sposób na zrozumienie siły, która trzyma wszechświat w całości.

Jako zupełnie nowa idea, musiałam udowodnić, że mam rację. Moim największym przewidywaniem było to, że grawitacja jest tak potężna, że może nawet zakrzywić ścieżkę światła. Einstein obliczył, że ogromna grawitacja Słońca powinna zakrzywiać światło odległych gwiazd, gdy przechodzi obok niego. Problem polegał na tym, że nie można zobaczyć gwiazd w ciągu dnia, gdy Słońce jest na niebie. Ale było rozwiązanie: całkowite zaćmienie Słońca. 29 maja 1919 roku brytyjski astronom, Sir Arthur Eddington, poprowadził ekspedycje do dwóch różnych części świata, aby je obserwować. Kiedy Księżyc idealnie zasłonił jasne światło Słońca, niebo pociemniało, a gwiazdy w pobliżu Słońca stały się widoczne. Astronomowie zrobili zdjęcia i starannie zmierzyli pozycje tych gwiazd. Kiedy porównali te zdjęcia ze zdjęciami tych samych gwiazd zrobionymi w nocy kilka miesięcy wcześniej, odkryli coś niesamowitego. Pozycje gwiazd przesunęły się! Światło od nich rzeczywiście zostało zakrzywione przez grawitację Słońca, dokładnie o tyle, ile przewidziałam. Wiadomość rozeszła się po całym świecie jak błyskawica. Przeszłam swój pierwszy wielki test, a Einstein z dnia na dzień stał się sławny na całym świecie. Rozwiązałam również starą zagadkę dotyczącą planety Merkury, której orbita miała dziwne, małe wahanie, którego teoria Newtona nie potrafiła wyjaśnić. Pokazałam, że wahanie to było spowodowane potężnym zakrzywieniem czasoprzestrzeni przez Słońce.

Dziś nie jestem tylko ideą w podręczniku. Jestem częścią twojego codziennego życia! Czy kiedykolwiek używasz GPS, aby znaleźć drogę? GPS w twoim telefonie komunikuje się z satelitami krążącymi wysoko nad Ziemią. Ponieważ te satelity znajdują się w słabszym polu grawitacyjnym, ich zegary faktycznie chodzą nieco szybciej niż zegary tutaj, na dole. Gdyby naukowcy nie używali moich równań do korygowania tej różnicy, twój GPS myliłby się o kilka kilometrów każdego dnia! Przewiduję również istnienie jednych z najbardziej zadziwiających obiektów we wszechświecie, takich jak czarne dziury, gdzie czasoprzestrzeń jest tak zakrzywiona, że nic, nawet światło, nie może uciec. Przewidziałam też, że gdy masywne obiekty, takie jak czarne dziury, zderzają się, wysyłają w czasoprzestrzeni zmarszczki zwane falami grawitacyjnymi. Przez sto lat były one tylko przewidywaniem, ale w 2015 roku naukowcy w końcu wykryli je po raz pierwszy za pomocą obserwatorium LIGO. To było jak usłyszenie bębnów wszechświata. Moja historia pokazuje, że ciekawość i wyobraźnia mogą zmienić świat. Jestem przypomnieniem, że wszechświat jest o wiele dziwniejszy i wspanialszy, niż możemy zobaczyć, a zawsze czekają na nas nowe tajemnice do rozwiązania. Więc patrz w górę, zadawaj pytania, a kto wie, jakie nowe idee możesz powołać do życia.