מאמר זה נכתב על ידי דייוויד לית' מאוניברסיטת לנקסטר ופורסם במקור על ידיהשיחה.
כוח הכבידה קושר את גופנו לכוכב הלכת כדור הארץ, אך הוא אינו מגדיר את גבולות הנפש האנושית הדואה. בנובמבר 1915 - לפני מאה שנה בדיוק - זה הוכח כנכון כאשר אלברט איינשטיין, בסדרת הרצאות באקדמיה הפרוסית למדעים, הציגתיאוריהזה יחולל מהפכה באופן שבו אנו רואים את כוח המשיכה - ואת הפיזיקה עצמה. במשך מאתיים שנה, נראה היה שהתיאוריה הפשוטה והאלגנטית להפליא של ניוטון בנושא הכבידה האוניברסלית מסבירה את העניין היטב. אבל, כפי שנכון יותר ויותר לפיזיקה, פשוט פשוט לא חותך את זה יותר.
נקודת המוצא של איינשטיין עבורהייתה התיאוריה שלו עלתורת היחסות הפרטית, שפורסם בשנת 1905. זה הסביר כיצד לנסח את חוקי הפיזיקה בהיעדר כוח הכבידה. במרכז שתי התיאוריות עומד תיאור של מרחב וזמן שונה מזה שהשכל הישר מציע.
התיאוריות מסבירות כיצד לפרש תנועה בין מקומות שונים הנעים במהירויות קבועות זה ביחס לזה - ולא ביחס לאתר מוחלט כלשהו (כפי שהניח ניוטון). בעוד שחוקי הפיזיקה הם אוניברסליים, הוא אומר, צופים שונים יראו את תזמון האירועים בצורה שונה בהתאם למהירות שהם נוסעים. אירוע שנראה כי ייקח 1,000 שנים במבט מכדור הארץ עשוי להימשך רק שנייה עבור מישהו בחללית שנסע במהירות רבה.
במרכז התיאוריות של איינשטיין עומדת העובדה שמהירות האור אינה תלויה בתנועתו של הצופה שמודד את המהירות. זה מוזר, מכיוון שהשכל הישר מרמז שאם אתה יושב במכונית שלך לצד מסילת רכבת, נראה שרכבת שעוברת במקום תנוע הרבה יותר מהר מאשר אם היית עוקבת אחריה באותו כיוון.
עם זאת, אם במקום זאת תשב ותראה קרן אור חולפת, היא תנוע באותה מהירות ללא קשר אם אתה עוקב אחריה או לא - סימן ברור שמשהו לא בסדר עם השכל הישר.
המשמעות של התיאוריה הזו היא שעלינו לוותר על הרעיון שיש זמן אוניברסלי, ולקבל שהזמן שנרשם על ידי שעון תלוי במסלול שלו כשהוא נע ביקום. זה גם אומר שהזמן עובר לאט יותר כשאתה נוסע מהר, כלומר תאומים שיצאו לחלל יזדקנו לאט יותר מאחיו בכדור הארץ.
'פרדוקס התאומים' הזה אולי נראה כמו מוזרות מתמטית, אבל זה היהלמעשה מאומת ניסיוניבשנת 1971 בניסוי לקיחת שעונים אטומיים בטיסות מסחריות.
עובד רק עבור מסגרות אינרציאליות הנעות זו לזו אם הן נעות במהירות קבועה - זה לא יכול לתאר מה קורה אם הן מאצות. איינשטיין תהה איך להרחיב אותו כך שיכלול תאוצה כזו ויאפשר כוח משיכה, שגורם לתאוצה ונמצא, אחרי הכל, בכל מקום.
הוא הבין שהשפעת כוח הכבידה נעלמת אם לא מנסים להתגבר עליה. הוא דמיין אנשים במעלית שהכבל שלהם נשבר בנפילה חופשית וקבע שמכיוון שהעצמים יצופו ללא תנועה או במהירות קבועה, האנשים לא ירגישו את כוח המשיכה. אבל בימינו אנו יודעים שזה נכון כפי שראינו זאת בעצמנו באנשים בתחנת החלל הבינלאומית. בשני המקרים אין כוחות הנוגדים את השפעת הכבידה והאנשים לא חווים כוח משיכה.
איינשטיין גם הבין שהשפעת הכבידה זהה להשפעת התאוצה; נסיעה במהירות גבוהה דוחפת אותנו אחורה, ממש כאילו כוח הכבידה מושך אותנו. שני הרמזים הללו הובילו את איינשטיין לתורת היחסות הכללית. בעוד שניוטון ראה את כוח המשיכה ככוח המתפשט בין גופים, איינשטיין תיאר הוא ככוח פסאודו שנחווה מכיוון שכל המארג השזור של מרחב וזמן מתכופף סביב עצם מסיבי.
איינשטיין עצמו אמר שהדרך שלו רחוקה מלהיות קלה. הוּאכתבש"בכל חיי לא עמלתי כמעט כל כך קשה, והפכתי לספוג כבוד רב למתמטיקה, שהחלק העדין יותר שלה היה בעיניי בפשטות שלי כיוקרה טהורה עד עכשיו".
הראיות
ברגע שאיינשטיין גילה את תורת היחסות הכללית,הוא הביןשזה מסביר את הכישלון של התיאוריה של ניוטון להסביר את המסלול של. המסלול לא ממש מעגלי מה שאומר שיש נקודה בה הוא הכי קרוב לשמש. התיאוריה של ניוטון חוזה שנקודה זו קבועה, אך תצפית מראה שהיא מסתובבת לאט מסביב לשמש ואיינשטיין מצא שתורת היחסות הכללית מתארת נכון את הסיבוב.
"הייתי מחוץ לעצמי מרוב התרגשות שמחה", הואכתב כמה חודשיםמְאוּחָר יוֹתֵר. מאז, תורת היחסות הכללית עברה מבחנים תצפיתיים רבים בשפע.
אתה משתמש בתורת היחסות הכללית בכל פעם שאתה מפעיל את מערכת ה-GPS כדי לגלות את מיקומך על פני כדור הארץ. המערכת הזו פולטת אותות רדיו מ-24 לוויינים ומקלט ה-GPS בטלפון או במכונית שלך מנתח שלושה או יותר מאותות אלה כדי להבין את מיקומך באמצעות תורת היחסות הכללית. אם היית משתמש בתיאוריה של ניוטון, מערכת ה-GPS הייתה נותנת את המיקום הלא נכון.
אבל בעוד תורת היחסות הכללית עובדת היטב כדי לתאר את העולם הפיזיקלי בהיקפים גדולים, מכניקת הקוונטים התגלתה כתיאוריה המוצלחת ביותר עבור חלקיקים זעירים כמו אלה המרכיבים אטום. בדיוק כמו תיאוריות היחסות, מכניקת הקוונטים היא נגד אינטואיטיבית. האם אפשרלאחד את השנייםנותר לראות אבל לא סביר שזה יחזיר את השכל הישר לפיזיקה.
דיוויד לית', פרופסור אמריטוס לפיזיקה,אוניברסיטת לנקסטר.
מאמר זה פורסם במקור על ידיהשיחה. קרא אתמאמר מקורי.
