Ajnstajn
kratka biografija

Neki racuni
Izracunajete koliko brzina utice na.... 

Prostor i vreme

---

Marina Radujkov

ZAKRIVLJENO PROSTOR-VREME

Hiljadama godina ljudi posmatraju nebo i cude se onome sto vide. Odakle poticu zvezde i planete? Ima li ikakvog smisla ili svrhe u pojavama koje se desavaju na nebu?

U davnim vremenima ljudi su verovali da Zemlja miruje u centru vasione, a Sunce, Mesec, zvezde i planete kruze oko nas, odajuci svakodnevnu pocast nasem jedinstvenom, centralnom polozaju. I nije nikakvo cudo da su ti ljudi izmislili astrologiju!!! Ako mi zauzimamo specijalni polozaj vasione, onda izgleda sasvim prirodno da zvezde na nebu uticu na nase zivote dok se okrecu oko nas.

Astronomska otkrica deluju na neke ljude depresivno. Po njihovom misljenju, moderna astronomija nas uci da je covecanstvo skup beznacajnih mikroba prilepljenih za malu stenu koja kruzi oko jedne obicne zvezde u jednoj beznacajnoj galaksiji kakvih ima na milijarde u neshvatljivo ogromnoj vasioni.

Albert Ajnstajn je jedan od onih umova koji su prosirili nespecificnost naseg polozaja u vasioni. Ajnstajn je osetio da ako proucavamo bilo sta sto je od fundamentalnog znacaja u nauci, onda nacin na koji izrazavamo nasa otkrica i nase razumevanje ne sme zavisiti od toga ko smo, gde smo i kako se krecemo. To je bila vizija Alberta Ajnstajna.

Prvi put je neko ispitivao fiziku u ovoj filozofskoj svetlosti. Godine 1905. Ajnstajn je uspeo da iznova formulise sve sto smo do tada znali o elektricitetu i magnetizmu tako da jednacine ne zavise od tacnih polozaja ili brzina bilo kojih osoba ili posmatraca koji bi izvodili eksperimente i vrsili merenja. Ta nova formulacija naziva se specijalnom teorijom relativnosti. Prilikom razvijanja ove teorije Ajnstajn je nasao da nam je priroda pripremila neka iznenadjenja. Tako nam njegova teorija govori da casovnici koji se krecu rade sporije, lenjiri koji se krecu skracuju se, a mase objekata koji se krecu rastu do beskonacnosti sa priblizavanjem brzini svetlosti. Pored toga ova teorija nas uci da razmisljamo o masi i energiji kao razlicitim aspektima materije, u skladu sa cuvenom jednacinom E=mc^2. Ova jednostavna jednacina, direktna logicka posledica jednakosti svih posmatraca, omogucila je covecanstvu da konacno shvati zasto Sunce sija. Pored toga ona nam je dala i zastrasujucu mogucnost konstrukcije nuklearnog oruzja.

Svi smo tradicionalno ucili da je gravitacija sila. U skladu sa Isak Njutnom, jacina gravitacione sile izmedju dva tela zavisi iskljucivo od njihovih masa i odstojanja izmedju njih. Da bi svi ljudi imali isti koherentni i konzistentni opis realnosti, moramo, medjutim, kao sto je Ajnstajn upravo dokazao, napustiti nase krute pojmove o odstojanju u masi. Sledstveno tome, moramo isto tako napustiti svaku teoriju gravitacije koja ima svoj koren u ovim pogresnim pretpostavkama. Tako je Ajnstajn sebi postavio cilj da da takav opis gravitacije koji nece kruto zavisiti od lenjira, casovnika ili vaga pojedinih posmatraca. U jesen 1915. uspeo je da formulise svoju opstu teoriju relativnosti.

Opsta teorija relativnosti je opis gravitacije. Ona nam govori kako gravitacija deluje. Ali za razliku od starinskih Njutnovih pojmova, o njoj se nikada na govori kao o 'sili'. Umesto toga, gravitaciono polje oko nekog predmeta manifestuje se zakrivljavanjem strukture koju cine prostor i vreme. Negde daleko u vasioni, daleko od bilo kakvih izvora gravitacije, prostor i vreme su savrseno ravni. Ali sa priblizavanjem nekom masivnom objektu, kao sto je zvezda ili planeta, ulazimo u predele sve vece zakrivljenosti prostor-vremena. Sto je gravitaciono polje jace, tim je zakrivljenost prostor-vremena naglasenija.

Radi upotpunjavanja svoje teorije, Ajnstajn je jednostavno pretpostavio da je priroda efikasna. On je dokazivao da ce od svih putanja kojima bi se predmet mogao kretati u zakrivljenom prostor-vremenu, uvek biti izabrana najkraca. Tako na primer dok Zemlja kruzi oko Sunca, ona se krece po najkracoj mogucoj putanji kroz zakrivljeno prostor-vreme oko Sunca. Zapravo glavna ideja koja je u osnovi opste teorije relativnosti je da materija saopstava prostor-vremenu kako da se zakrivi, a zakrivljeno prostor-vreme saopstava materiji kako da se ponasa.

Kada astronom pomocu teleskopa pravi fotografiju galaksije udaljene 250 miliona svetlosnih godina, svetlost koja deluje na fotografsku emulziju putovala je do nas cetvrtinu milijarde godina. Tako fotografija nece otkriti kako galaksija izhleda danas, vec kako je izgedala kada su po Zemlji hodali dinusaurusi. Iz toga se vidi da dok posmatramo nebo mi gledamo prostor pred nama i vreme iza nas!!!

Kada razmisljamo sta to znaci kada gledamo zvezde, prirodno dolazimo do zakljucka da je vreme dimenzija koju treba povezati sa uobicajenim trodimenzionim prostorom. Taj cetvorodimenzioni sklop naziva se prostor-vreme.

Naucnici cesto smatraju pogodnim da prave takozvane prostor-vremenske dijagrame. Jedan takav primer prikazan je na slici dole.

Jednostavno to je dijagram na kojem je vreme prikazano u zavisnosti od rastojanja. Ako svaki centimetar na verikalnoj osi predstavlja jdnu sekundu vremena, onda svaki centimetar na horizontalnoj osi predstavlja 300 000km/s.

Brzina svetlosti  je jedna od najosnovnijih velicina u nauci. Direktna posledica specijanle teorije relativnosti je da se nista ne moze kretati brze od svetosti. Svetlosni zraci ne nasem prostorno- -vremenskom dijagramu uvek ce se kretati duz linije pod uglom od 45°. Putovanje od tacke A do B ima putanju koja zaklapa ugao manji od 45°, sto znaci da se lagano krecemo dok mnogo vremena prolazi. Nasa brzina je manja od brzine svetlosti. Kako na ovo putovanje dominanatno utice protok vremena, ono se naziva putovanje vremenskog tipa. Putovanje od C do D sa vertikalom zaklapa ugao od 45°, sto znaci da bi nasa brzina morala da bude jednaka brzini svetlosti. Ovakvo putovanje zato se naziva putovanjem svetlosnog tipa. I najzad, iz tacke E nikada necemo stici do tacke F, jer bismo morali preci ogromno rastojanje u nemoguce kratkom vremenskom intervalom. Putovanje ove vrste je putovanje prostornog tipa i strogo je zabranjeno. I zaista moze se dokazati da kada bi ovakva putovanja bila dozvoljena, onda bi realnost u samoj osnovi bila iracionalna.

Osnovna ideja opste relativnosti je da gravitacija zakrivljuje cetvoro dimenziono prostor vreme. Za vizuelno predstavljanje cetvorodimenzionog prostor-vremena bile bi potrebna nadljudska sposobnost. Medjutim, naucnici su zato smislili neke dovitljive trikove i skracene postupke da bi nam pomogli da shvatimo kako deluje gravitacija.

Ako iz cetvorodimenzionog prostor-vremena oko zvezde isecemo i izvucemo jednu dvodimenzionu povrs prostora, dobicemo hiperpovrs prostornog tipa: Slika levo prikazuje dvodimenzionu povrs uzetu iz zakrivljenog cetvorodimenzionog prostor-vremena koji okruzuje zvezdu slicnu Suncu. Dijagrami ovog tipa nazivaju se dijagrami uronjavanja.Treba imati u vidu da je daleko od Sunca, gde je gravitacija slaba, prostor ravan. Najjaca gravitacija nalazi se neposredno iznad povrsine zvezde gde je zakrivljenost najizrazenija.

Kada je Ajnstajn prvi put formulisao svoju teoriju, predlozio je i eksperiment kojim bi se njegove zamisli mogle proveriti. On je smatrao da ce snop svetlosi koji prolazi blizu povrsi Sunca morati biti skrenut sa svoje obicno pravolinijske putanje jer je zakrivljen i sam prostor kroz koji svetlost prolazi. Otuda ce, kao sto je prikazano na sledecoj slici, likovi zvezda koje se vide u blizini Sunca biti neznatno pomereni iz njihovih obicnih polozaja.

Ovo predvidjanje bilo je trijumfalno potvrdjeno za vreme potpunog pomracenja Sunca u maju 1919. godine [pomracenje]. Tokom dragocenih trenutaka potpunog pomracenja, kada je Mesec prekorio blestavi Sucev disk, astronomi su uspeli da fotografisu zvezde u blizini Sunca i konstatuju da su pomerene iz njihovih obicnih polozaja. Tokom sest decenija, brizljivo ponavljanje ovog eksperimenta, kao i eksperimenata povezanih sa njim, nije ostavilo nikakve sumnje da je opsta relativnost daleko najtacniji, najpotpuniji, najelegantniji i najprecizniji opis gravitacije koji je covecanstvo ikada imalo.

A sta se desava sa vremenskim delom? Opsta relativnost predvidja da gravitacija usporava vreme. Daleko u prostoru, daleko od bilo kojih izvora gravitacije, gde je prostor-vreme ravno, casovnici odkucavaju normalnim tempom. Ali kada se priblizavamo nekom jakom izvoru gravitacije, ulazicemo u oblast sve vece gravitacione zakrivljenosti i casovnici na nasim rukama kucace sporije nego obicno. Mi to, naravno, necemo opaziti, jer ce i kucanje srca, nas metabolizam, cak i misaoni procesi u nasim mozgovima, biti usporeni za isti faktor kao i rad nasih casovnika. Tek 1960, pet godina posle Ajnsajnove smrti, naucnici su razvili casovnike dovoljno osetljive da detektuju sporije proticanje vremena u prizemljima visokih zgrada nego na njihovim poslednjim spratovima:

Posle svega dolazi pitanje: Zasto da se uopste bakcemo sa opstom relativnoscu? Zasto da se mucimo sa slozenim racunanjima u zakrivljenom cetvorodimenzionom prostor-vremenu kada nam staromodna shvatanja Isaka Njutna iz sedamnaestog veka ('gravitacija je sila') daju odlicnu tecnost u skoro svakoj prilici? A matematika Njutnove gravitacije je mnogo prostija od Ajnstajnove. U slabim gravitacionim poljima, razumno je zameniti efekte zakrivljenog prostor-vremena efektima sile. Medjutim, tokom sezdesetih godina astronomi su najzad poceli da ozbiljnije napreduju u razumevanju zivotnih ciklusa zvezda. Shvatili su da masivne zvezde na samrti katastrofalno implodiraju pod nesavladivim uticajem gravitacije. Gravitacija oko neke takve masivne zvezde koja umire, nije vise slaba. I zaista zakrivljenost prostor-vremena postaje tako silna da zvezda osudjena na propast nestaje iz nase vasione, ostavljajuci iza sebe rupu u kosmosu.

vrh