Πώς εξηγεί η γενική σχετικότητα το φαινόμενο της βαρύτητας;

Η γενική σχετικότητα εξηγεί τη βαρύτητα ως καμπυλότητα του χωροχρόνου που προκαλείται από την παρουσία μάζας και ενέργειας. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, μαζικά αντικείμενα όπως οι πλανήτες, τα αστέρια και οι γαλαξίες δημιουργούν ένα βαρυτικό πεδίο που καμπυλώνει τον περιβάλλοντα χωροχρόνο, προκαλώντας άλλα αντικείμενα να κινούνται κατά μήκος αυτών των καμπύλων μονοπατιών. Αυτή η καμπυλότητα του χωροχρόνου μπορεί να απεικονιστεί ως φύλλο τραμπολίνης ή καουτσούκ, όπου τα βαρύτερα αντικείμενα δημιουργούν βαθύτερες εσοχές και τα ελαφρύτερα αντικείμενα ακολουθούν τις καμπύλες διαδρομές που δημιουργούνται από αυτές τις εσόδες.

Από τους μαθηματικούς όρους, η γενική σχετικότητα περιγράφει τη βαρύτητα χρησιμοποιώντας τις εξισώσεις πεδίου του Αϊνστάιν, οι οποίες σχετίζονται με την καμπυλότητα του χωροχρόνου (που αντιπροσωπεύεται από τον τανυστή της καμπυλότητας) στη διανομή της μάζας και της ενέργειας (που αντιπροσωπεύεται από τον τανυστή της ενέργειας). Αυτές οι εξισώσεις δείχνουν ότι η παρουσία μάζας ή ενέργειας σε μια περιοχή του χωροχρόνου προκαλεί την αύξηση της καμπυλότητας, η οποία με τη σειρά του επηρεάζει την κίνηση άλλων αντικειμένων στην περιοχή αυτή.

Μια σημαντική πτυχή της γενικής σχετικότητας είναι ότι αντιμετωπίζει το χώρο και το χρόνο ως μια ενιαία οντότητα γνωστή ως χωροχρόνος. Σε αυτή τη θεωρία, η βαρύτητα δεν είναι μια δύναμη, όπως παραδοσιακά θεωρήθηκε, αλλά μάλλον συνέπεια της καμπυλότητας του χωροχρόνου. Αντικείμενα με μάζα ή ενέργεια στρεβλώνει τον χωροχρόνο, και αυτή η καμπυλότητα λέει σε άλλα αντικείμενα πώς να κινούνται.

Η γενική σχετικότητα έχει περάσει με επιτυχία πολλές πειραματικές και παρατηρητικές δοκιμές, όπως:

1. Η κάμψη του φωτός:Η θεωρία προέβλεψε ότι το φως από τα μακρινά αστέρια θα ήταν ελαφρώς λυγισμένη καθώς περνάει κοντά σε μαζικά αντικείμενα όπως ο ήλιος. Αυτό το αποτέλεσμα, γνωστό ως βαρυτικό φακό, έχει επιβεβαιωθεί με παρατηρήσεις.

2. Η πρεσβεία της τροχιάς του υδραργύρου:η γενική σχετικότητα προέβλεψε μια ελαφρά μετατόπιση στην τροχιά του πλανήτη υδράργυρο, γνωστή ως η ελάττωση του περιχείου. Αυτό το αποτέλεσμα έχει μετρηθεί με ακρίβεια και ταιριάζει με τις προβλέψεις της θεωρίας.

3. Τα βαρυτικά κύματα:Η ύπαρξη βαρυτικών κυμάτων, κυματισμοί στο χωροχρόνο που προκαλείται από την επιτάχυνση των μαζικών αντικειμένων, προβλεπόταν από τη γενική σχετικότητα και πρόσφατα ανιχνεύθηκε άμεσα από το Ligo (Laser Interferometer Beatsercatory βαρύτητας).

Η γενική σχετικότητα έχει φέρει επανάσταση στην κατανόηση της βαρύτητας και έχει γίνει ο ακρογωνιαίος λίθος της σύγχρονης φυσικής όταν περιγράφει φαινόμενα σε μεγάλες κλίμακες, όπως η συμπεριφορά των γαλαξιών και των μαύρων οπών. Συνεχίζει να χρησιμεύει ως θεμέλιο για τη μελέτη του σύμπαντος και έχει ανοίξει νέες οδούς έρευνας σε τομείς όπως η κοσμολογία και η αστροφυσική.