Stephen W. Hawking Krotka Historia Czasu

Podstrony

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
.Linia geodezyjna to najkrótsza (lub najdłuższa) droga łącząca dwa sąsiednie punkty.Na przykład, powierzchnia Ziemi tworzy dwuwymiarową przestrzeń zakrzywioną.Linią geodezyjną na Ziemi jest tzw.wielkie koło, które stanowi najkrótszą drogę między dwoma punktami (rys.9).Ponieważ linia geodezyjna jest najkrótszą linią między dowolnymi dwoma lotniskami, drogę tę nawigatorzy wskazują pilotom samolotów.Według ogólnej teorii względności ciała zawsze poruszają się po liniach prostych w czterowymiarowej przestrzeni, nam jednak wydaje się, że ich droga w przestrzeni jest krzywa.(Przypomina to obserwację samolotu przelatującego nad górzystym terenem.Choć leci on po prostej w trójwymiarowej przestrzeni,; jego cień porusza się po krzywej na dwuwymiarowej przestrzeni Ziemi)!! Masa Słońca zakrzywia czasoprzestrzeń w taki sposób, że choć Ziemia porusza się po linii prostej w czterowymiarowej czasoprzestrzeni! nam się wydaje, że wędruje ona po orbicie eliptycznej w przestrzeni trójwymiarowej.W rzeczywistości orbity planet przewidywane na podstawie ogólnej teorii względności są niemal takie same jak te, które wynikają z teorii Newtona.W wypadku Merkurego jednak, który jako planeta najbliższa Słońca odczuwa najsilniej efekty grawitacyjne i którego orbita jest raczej wydłużona, teoria względności przewiduje, że długa oś elipsy powinna obracać się dookoła Słońca z prędkością około jednego stopnia na 10 tysięcy lat.Efekt ten, choć tak nieznaczny, zauważony został jeszcze przed 1915 rokiem i stanowił jeden z pierwszych doświadczalnych dowodów poprawności teorii Einsteina.W ostatnich latach zmierzono za pomocą radaru nawet mniejsze odchylenia orbit innych planet od przewidywań teorii Newtona i okazały się zgodne z przewidywaniami wynikającymi z teorii względności.Promienie świetlne muszą również poruszać się po liniach geodezyjnych w czasoprzestrzeni.I w tym wypadku krzywizna czasoprzestrzeni sprawia, że wydaje nam się, iż światło nie porusza się po liniach prostych w przestrzeni.A zatem z ogólnej teorii względności wynika, iż promienie światła są zaginane przez pole grawitacyjne.Na przykład, teoria przewiduje, że stożki świetlne w punktach bliskich Słońca pochylają się lekko ku niemu, co spowodowane jest masą Słońca.Oznacza to, że promienie światła odległych gwiazd przechodząc w pobliżu Słońca, zostają ugięte o pewien mały kąt, co obserwator ziemski zauważa jako zmianę pozycji gwiazdy na niebie (rys.10).Oczywiście, gdyby światło gwiazdy zawsze przechodziło blisko Słońca, nie bylibyśmy w stanie powiedzieć, czy promienie zostały ugięte, czy też gwiazda naprawdę znajduje się tam, gdzie ją widzimy.Ponieważ jednak Ziemia porusza się wokół Słońca, to różne gwiazdy wydają się przesuwać za Słońcem i wtedy promienie ich światła zostają ugięte.Zmienia się wówczas pozorne położenie tych gwiazd względem innych.W normalnych warunkach bardzo trudno zauważyć ten efekt, gdyż^ światło Słońca uniemożliwia obserwację gwiazd pojawiających się n^ niebie blisko Słońca.Udaje się to jednak podczas zaćmienia Słońca, kiedy Księżyc przesłania światło słoneczne.Przewidywania Einsteina dotyczące ugięcia promieni nie mogły być sprawdzone natychmiast, w 1915 roku, gdyż uniemożliwiła to wojna światowa.Dopiero) w 1919 roku brytyjska ekspedycja, obserwując zaćmienie Słońca z Afryki; Zachodniej, wykazała, że promienie światła rzeczywiście zostają ugięte; przez Słońce, tak jak wynika to z teorii.Potwierdzenie słuszności niemieckiej teorii przez naukowców brytyjskich uznano powszechnie za wielki akt pojednania obu krajów po zakończeniu wojny.Dość ironiczną wymowę ma zatem fakt, iż po późniejszym zbadaniu fotografii wykonanych przez tę ekspedycję okazało się, że błędy obserwacji były równie wielkie jak efekt, który usiłowano zmierzyć.Poprawność rezultatów stanowiła zatem dzieło czystego trafu lub też — jak tai w nauce nie tak znów rzadko się zdarza — wynikała ze znajomości pożądanego wyniku.Późniejsze pomiary potwierdziły jednak przewidywane przez teorię względności ugięcie światła z bardzo dużą dokładnością.Kolejną konsekwencją ogólnej teorii względności jest stwierdzenie, że czas powinien płynąć wolniej w pobliżu ciał o dużej masie, takich jak Ziemia.Wynika to z istnienia związku między energią światła i jego częstością (liczbą fal światła na sekundę): im większa energia, tym większa częstość.W miarę jak światło wędruje w górę w polu grawitacyjnym Ziemi, jego energia maleje, a zatem maleje też jego częstość (co oznacza wydłużanie się przedziału czasu między kolejnymi grzbietami fal).Komuś obserwującemu Ziemię z góry wydawałoby się, że wszystko na jej powierzchni dzieje się wolniej.Istnienie tego efektu sprawdzono w 1962 roku za pomocą pary bardzo dokładnych zegarów zamontowanych na dole i na szczycie wieży ciśnień.Dolny zegar chodził wolniej, dokładnie potwierdzając przewidywania ogólnej teorii względności.Różnica szybkości zegarów na różnych wysokościach ma obecnie spore znaczenie praktyczne, ponieważ współczesne systemy nawigacyjne posługują się sygnałami z satelitów.Obliczając pozycje statku bez uwzględnienia teorii względności otrzymalibyśmy wynik różny od prawdziwego o parę mil!Prawa ruchu Newtona pogrzebały ideę absolutnej przestrzeni.Teoria względności wyeliminowała absolutny czas.Rozważmy sytuację pary bliźniaków.Przypuśćmy, że jeden z nich spędza życie na szczycie góry,a drugi na poziomie morza.Pierwszy starzeje się szybciej, dlatego przy ponownym spotkaniu braci bliźniaków jeden z nich będzie starszy.W opisanym przypadku różnica wieku byłaby bardzo mała, ale stałaby się o wiele większa, gdyby jeden z bliźniaków wyruszył w długą podróż statkiem kosmicznym poruszającym się z prędkością bliską prędkości światła.Wracając na Ziemię, byłby o wiele młodszy od swego brata, który pozostał na naszej planecie.Ten efekt znany jest jako paradoks bliźniąt, ale jest to paradoks tylko dla ludzi myślących w kategoriach absolutnego czasu.W teorii względności nie istnieje żaden jedyny absolutny czas, każdy obserwator ma swoją własną miarę czasu, uzależnioną od swego położenia i ruchu.Przed rokiem 1915 przestrzeń i czas uważane były za niezmienną arenę zdarzeń, która w żaden sposób od tych zdarzeń nie zależała.Twierdzi tak nawet szczególna teoria względności [ Pobierz całość w formacie PDF ]

zanotowane.pl

doc.pisz.pl

pdf.pisz.pl

bezglutenowo.pev.pl