W mechanice Galileusza- Newtona tkwiła już przyczyna wymuszająca zmianę obrazu przyrody uformowanego na gruncie newtonowskiej teorii powszechnego ciążenia, chociaż trzeba było dwieście lat następnych ,by ją za taką uznać.Był nią fakt tożsamości masy bezwładnej i masy grawitacyjnej dowolnego ciała, który to fakt został stwierdzony już przez Galileusza i wypowiedziany w innej ,równoważnej wersji językowej :wszystkie ciała , niezależnie od ich masy, pod wpływem tej samej siły grawitacji doznają tych samych przyspieszeń. Powyższe , można przedstawić wzorem tak, jak to uczynił Albert Einstein [1] :* Przyspieszenie x masa bezwładna = natężenie pola grawitacyjnego x masa ciężka(grawitacyjna)Stąd widać, że przyspieszenie nie zależy od rodzaju ciała tylko wtedy, gdy zachodzi równość: * masa bezwładna = masa ciężka(grawitacyjna) Prawdziwość zaś tej równości, wykazał eksperymentalnie już Izaak Newton z dokładnością 10E(-3) a w wieku XX dowiedli nowoczesną techniką eksperymentu : R.Etvos, R.Dicke, B.Bragiński z dokładnością do 10E(-11). I to jest właśnie miejsce, oraz moment, w którym bierze swój początek geometryczna teoria ciążenia (grawitacji) zwana też ogólną teorią względności(OTW) Alberta Einsteina (14.III.1879 – 18.IV.1955).Stąd bowiem wynika, że siły inercji, występujące w układach odniesienia poruszających się z przyspieszeniem są nieodróżnialne od sił grawitacji !Żadnym doświadczeniem fizycznym nie możemy wykryć, czy jesteśmy w jednorodnym polu grawitacyjnym ,czy też w ruchu z przyspieszeniem.W przyrodzie, w czasoprzestrzeni globalnej , niema jednorodnych pól grawitacyjnych(o liniach sił wzajemnie równoległych).Każda gwiazda lub planeta, jest źródłem pola grawitacyjnego centralnego, nie jednorodnego, które tylko w niewielkim obszarze czasoprzestrzeni możemy traktować jako jednorodne.Wobec tego , prawdziwie możemy tylko powiedzieć , że:lokalnie, siły grawitacyjne są nieodróżnialne od sił bezwładności. Jest to zasada równoważności A.Einsteina.Zgodnie z nią, swobodnie spadający układ odniesienia( ale nie wirujący) np. winda, jest lokalnie inercjalnym układem odniesienia.Oznacza to tym samym, że w tym układzie odniesienia ,możemy do opisu dowolnych zjawisk fizycznych stosować bądź:fizykę Galileusza-Newtona (o ile prędkości cząstek są dalekie od wartości prędkości światła w próżni) z geometrią Euklidesa bądźfizykę Lorentza-Einsteina czyli STW z geometrią pseudoeuklidesową Minkowskiego , o ile prędkości cząstek są zbliżone do prędkości światła w próżni. W takim układzie odniesienia, bieg wszystkich zjawisk fizycznych jest niezależny od tego, czy istnieje grawitacja czy jej niema.Jeśli jednak nie będziemy mogli zagwarantować warunku określonego przez słówko “ lokalnie” i opuścimy jednorodne pole grawitacyjne (które jest nie odróżnialne od układu z przyspieszeniem ),to wystąpią efekty zwane siłami pływowymi, które uniemożliwią zbudowanie globalnych układów inercjalnych czyli są czymś fundamentalnym dla OTW.Dwie cząstki odległe od siebie w dużej windzie spadającej swobodnie na gwiazdę, nie będą poruszać się po torach wzajemnie równoległych, odległość między nimi będzie maleć i ten efekt można zinterpretować jako siłę grawitacyjną działającą między nimi.Ale jednocześnie musimy powiedzieć ,że czasoprzestrzeń w której nie istnieją dwie nie przecinające się proste( tory swobodnie spadających cząstek) nie jest płaska, posiada wewnętrzną krzywiznę.czasoprzestrzeń z krzywizną jest czasoprzestrzenią grawitacyjną grawitacja jest rodzajem geometrii czasoprzestrzeni tzw. geometrii Riemanna. Tory spadających swobodnie cząstek w przestrzeni grawitacyjnej, globalnie nie spełniają aksjomatu równoległości i noszą nazwę linii geodezyjnych. Linie geodezyjne tylko lokalnie są liniami prostymi płaskimi a globalnie w czasoprzestrzeni z krzywizną ( z grawitacją) nie jest możliwe określenie równoległych.Poglądową miarą krzywizny(grawitacji) czasoprzestrzeni jest tzw. przeniesienie równoległe wektorów wokół zamkniętej pętli.Na przykład, przeniesienie równoległe wektora, wokół trójkąta sferycznego na powierzchni kuli, powoduje obrót tego wektora, w stosunku do położenia początkowego, o kąt 90 stop. I ten kąt może być przyjęty za miarę krzywizny wewnętrznej powierzchni kuli(w przestrzeni płaskiej,gdzie funkcjonuje geometria euklidesa, kąt by wyniósł zero).Ogólna teoria względności A.Einsteina (OTW) funkcjonuje w modelu matematycznym czasoprzestrzeni zwanym czterowymiarową rozmaitością Riemanna z krzywizną i metryką. Równania tej teorii są w zapisie tensorowym , bo tylko taki zapis jest niezmienniczy względem dowolnej transformacji współrzędnych.Tak sformułowana ogólna teoria względności A.Einsteina nazywa się też geometrodynamiką (J.Wheeler [2]),gdyż mowa jest w niej o gemetrii “działającej” na materię i “reagującej” na obecność materii. Lokalnie, geometria ta staje się geometrią lorentzowską (Minkowskiego) płaskiej czasoprzestrzeni, która jest modelem dla szczególnej teorii względności(STW),a metryka Riemanna, lokalnie jest metryką Minkowskiego.Osobnym, niezmiernie ważnym, a jednocześnie bardzo trudnym zagadnieniem jest ontologia ogólnej teorii względności A.Einsteina.Na przykład status ontyczny krzywizny czasoprzestrzeni,czyli "jak istnieje krzywizna czasoprzestrzeni?"Z jednej strony, jest to obiekt geometryczny, czyli przynależy do kategorii obiektów ponadczasowych, które – za A.N.Whiteheadem – będę traktował, jako przynależne do hierarchicznego świata abstrakcyjnej potencjalności(“eternal things”).Świat ten, to “ogólny system powiązań wszystkich możliwości”[3] i jest on stopniowalny w swym odniesieniu do “ogólnego stanu aktualności ontycznych”.Krzywizna rozmaitości riemannowskiej posiada sobie tylko właściwe powiązania z każdym aktualnym zaistnieniem, jest to modus jej wkraczania w to zaistnienie. Jej metafizyczny status może być rozjaśniony i odsłonięty przez analizę aktów obserwacyjnych i pomiarowych. Wobec powyższego, klasa dokładności pomiarów odległości i czasów rozstrzyga o tym, czy krzywizna wchodzi do świata aktualnych zaistnień.Na przykład, w swobodnym spadku cząstek(spoczywających względem siebie) w polu Ziemi, dewiacja ich geodetyk(zbieganie się lub rozbieganie) zależeć będzie od rozmiarów przestrzeni(dL) i rozciągłości w czasie (dt).Dla jednostkowych wartości tych wielkości ,dewiacja jest rzędu 10E(-8) m, czyli jej wykrycie zależy od niepewności pomiaru rozpatrywanego obszaru czasoprzestrzennego.Obserwacje i pomiary geodetyk światła biegnącego w pobliżu Słońca, eksperymenty Pounda-Rebeki nad zmianą częstotliwości fotonu w zależności od tensora metrycznego oraz schemat heurystyczny Schilda pokazujący dylatację czasu w funkcji składowych tensora metrycznego a tym samym nieistnienie równoległości i równoległoboków zamkniętych w pobliżu wielkiej masy – oto pakiet najważniejszych testów empirycznych dla stwierdzenia, że krzywizna rozmaitości Riemanna wkracza w zaistnienia aktualne.W teorii grawitacji Newtona jedynym źródłem siły grawitacyjnej była masa, rozumiana przez Izaaka, jako ilość materii. Równanie pola grawitacyjnego Einsteina wskazują na trzy rodzaje źródeł: gęstość materii(masa),energia i ciśnienie.Tak więc geometria czasoprzestrzeni zależy od tych trzech wielkości i sama wpływa na te trzy wielkości. Zależność ciążenia (krzywizny) od energii jest dosyć paradoksalna, np. zmiana temperatury powoduje zmianę ciążenia! Zależność ciążenia od ciśnienia, jest jeszcze bardziej paradoksalna !Dodatnie ciśnienie wnosi dodatni wkład do grawitacji, a ujemne ciśnienie(skierowane do wewnątrz układu a nie na zewnątrz) powoduje grawitację odpychającą ![4].Prawdopodobnie, odpychająca siła grawitacji pochodzi od energii i ciśnienia samej czasoprzestrzeni (ciemna energia, ciemna materia) i w równaniach Einsteina jest reprezentowana przez tzw. stałą kosmologiczną.Świat tajemnic grawitacji w OTW jest bardziej rozgałęziony i sprawia silniejsze wrażenie labiryntu logicznego, niż świat newtonowskiej grawitacji. Możliwe jednak, że absolut bardziej odsłonił swoje oblicze przed Albertem Einsteinem, aniżeli przed jego poprzednikami i należy współ odczuwać jego rozgoryczenie, gdy wszędzie i wszystkich atakował slogan będący wyjątkowym fałszem: ”od czasów Einsteina, wszystko stało się względne”[5,6]. Literatura[1] A.Einstein, Istota teorii względności,Warszawa,1958,s.69[2] C.W.Misner,K.S.Thorne,J.Wheeler, Gravitation, San Francisco,1973[3] A.N.Whiteheadem, Nauka i świat nowożytny , Kraków,1987[4] W.Rindler,Relativity: Special,General,andCosmological,Oxford,2001[5] J.Stachel, History of relativity, w tomie: History of 20th Century Physics,London,1995[6] A.Pais , Pan Bóg jest wyrafinowany...-Nauka i życie Alberta Einsteina,Warszawa,2001
No modern scientist comes close to Einstein's moral as well as scientific stature (John Horgan)
Nowości od blogera
Inne tematy w dziale Kultura
