หลัก ชีวประวัติ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Albert Einstein

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Albert Einstein

Albert Einstein

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

แม้ว่าไอน์สไตน์จะเปลี่ยนโฉมหน้าของฟิสิกส์สมัยใหม่ด้วยการเปิดตัวกระดาษ 1905 เรื่องสัมพัทธภาพพิเศษ แต่เขาก็ไม่พอใจกับทฤษฎีนี้ เขาต้องการสร้างทฤษฎีทั่วไปที่จะรวมและอธิบายแรงโน้มถ่วง

รูปภาพของ Albert Einstein

Albert Einstein ในปีพ. ศ. 2464
ที่มา: รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ภาพถ่าย
ชายผู้ร่วงหล่น

การทดลองทางความคิดครั้งแรกของไอน์สไตน์ในเรื่องนี้เกี่ยวข้องกับชายคนหนึ่งที่ล้มลง เขาตระหนักว่าคนที่ตกอยู่ในความว่างเปล่าจะไม่รู้สึกถึงน้ำหนักของตัวเอง หากบุคคลนั้นอยู่ในห้องปิดล้อมขณะที่ตกลงมาพวกเขาจะมีประสบการณ์เช่นเดียวกับคนที่ลอยอยู่ในอวกาศอย่างไร้น้ำหนัก (อย่างน้อยก็จนกว่าพวกเขาจะกระแทกพื้น) สิ่งนี้มีความหมายต่อไอน์สไตน์คือความโน้มถ่วงไม่มีอยู่สำหรับผู้สังเกต

หลักการความเท่าเทียมกัน

ไอน์สไตน์ใช้การทดลองทางความคิดแบบ 'คนล้ม' เพื่อพัฒนาหลักการความเท่าเทียมกัน หลักการนี้กล่าวว่าทั้งผลกระทบของแรงโน้มถ่วงและผลของความเร่งเกิดจากโครงสร้างเดียวกัน เขาเผยแพร่แนวคิดของเขาในตอนท้ายของบทความปี 1907 ที่เผยแพร่โดยหนังสือรายปีของกัมมันตภาพรังสีและอิเล็กทรอนิกส์. แม้ว่าจะต้องใช้เวลาอีกหลายปี แต่แนวคิดของหลักการความเท่าเทียมจะเป็นก้าวสำคัญในเส้นทางสู่ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

การคาดการณ์ล่วงหน้า

นอกเหนือจากหลักการความเท่าเทียมกันแล้วไอน์สไตน์ยังใช้แนวคิดนี้ในการคาดการณ์โลกแห่งความจริงที่สำคัญบางอย่าง ประการแรกเขาแสดงให้เห็นว่านาฬิกาจะทำงานช้าลงยิ่งสนามโน้มถ่วงมีความรุนแรงมากขึ้น กล่าวอีกนัยหนึ่งนาฬิกาบนดาวพฤหัสบดีจะทำงานช้ากว่านาฬิกาบนโลก ตอนนี้เรียกว่าการขยายเวลาความโน้มถ่วง ไอน์สไตน์ทำนายด้วยว่าแรงโน้มถ่วงจะทำให้แสงโค้งซึ่งเป็นการทำนายที่พิสูจน์ได้จากการทดลอง

ภาพวาดของไอน์สไตน์

ภาพนี้แสดงการทดลองทางความคิดอย่างหนึ่งของไอน์สไตน์
ที่ซึ่งเขาเปรียบเทียบลูกบอลที่ตกลงพื้นด้วยจรวดเร่งความเร็ว
(ซ้าย) และอีกอันบนโลก (ขวา)
เอฟเฟกต์จะเหมือนกันในทั้งสองสถานการณ์

ที่มา: Markus Poessel (Mapos), CC BY-SA 3.0,
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4381205

กลยุทธ์

ในอีกหลายปีข้างหน้าไอน์สไตน์จะหาวิธีแก้ปัญหาทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปโดยใช้สองกลยุทธ์ที่แตกต่างกัน: กลยุทธ์ทางคณิตศาสตร์และกลยุทธ์ทางกายภาพ ความพยายามครั้งแรกของเขาในปีพ. ศ. 2455 ในการแก้ปัญหาทางคณิตศาสตร์สามารถเห็นได้ในสมุดบันทึกที่เรียกว่าซูริคโน๊ตบุ๊ค. อย่างไรก็ตามไอน์สไตน์ได้ละทิ้งกลยุทธ์ทางคณิตศาสตร์หลังจากผ่านไปหนึ่งปีโดยรู้สึกว่าสมการสุดท้ายของเขาไม่ตรงตามเงื่อนไขที่จำเป็น จากนั้นเขาก็หันไปใช้กลยุทธ์ทางกายภาพอย่างเต็มที่และปล่อยกระดาษที่กลายเป็นที่รู้จักในชื่อออกแบบในเรื่อง

ความสำเร็จและทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

Einstein ค่อนข้างพอใจกับไฟล์ออกแบบกระดาษและภายในปีพ. ศ. 2458 เขาได้ตระหนักว่าออกแบบทฤษฎีมีข้อบกพร่อง อย่างไม่ลดละไอน์สไตน์กลับมาใช้กลยุทธ์ทางคณิตศาสตร์ ในตอนท้ายของปี 1915 ไอน์สไตน์ได้เริ่มสร้างสมการที่จะอธิบายความคิดของเขาเกี่ยวกับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ความสำเร็จครั้งสำคัญครั้งแรกของเขาเกิดขึ้นเมื่อเขาคำนวณผลลัพธ์ที่ถูกต้องสำหรับการเปลี่ยนวงโคจรของดาวพุธได้สำเร็จ เหตุการณ์นี้ได้รับการอธิบายว่าเป็นหนึ่งในวันที่สะเทือนอารมณ์ที่สุดในชีวิตของไอน์สไตน์ มันเป็นผลมาจากการทำงานหนักมาหลายปี จากนั้นเขาก็ปรับแต่งสมการของเขาและนำเสนอในการบรรยายที่ Prussian Academy ที่เรียกว่า 'สมการสนามของความโน้มถ่วง. ' ไอน์สไตน์จะพิจารณาทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของเขาซึ่งเป็นความสำเร็จสูงสุดในอาชีพการงานของเขา

สมการใหม่ของไอน์สไตน์ไม่ง่ายเหมือน E = mc ก่อนหน้านี้^สองแต่ก็ลึกซึ้งพอ ๆ สมการสนามที่มีชื่อเสียงที่สุดของ Einstein มีลักษณะดังนี้:

สุริยุปราคาและการตรวจสอบการทดลอง

ทฤษฎีของไอน์สไตน์ไม่ได้รับการยอมรับหรือใช้อย่างกว้างขวางในโลกวิทยาศาสตร์ในตอนแรก ในปีพ. ศ. 2462 ทฤษฎีของเขาได้รับการยืนยันเมื่อทำนายการเบี่ยงเบนของแสงดาวโดยดวงอาทิตย์ในช่วงสุริยุปราคาได้อย่างถูกต้อง การยืนยันทฤษฎีของเขาทำให้ไอน์สไตน์มีชื่อเสียงไปทั่วโลก หนังสือพิมพ์อังกฤษฉบับหนึ่งประกาศว่า 'Revolution in Science - New Theory of the Universe - Newtonian Ideas Overthrown' แม้ว่าการทดลองนี้จะให้ความสนใจและยอมรับทฤษฎีอย่างมาก แต่นักฟิสิกส์ก็ไม่ได้ใช้ทฤษฎีนี้กันอย่างแพร่หลายจนกระทั่งทศวรรษที่ 1960 และ 1970

ภาพคราสปี 1919

ภาพสุริยุปราคาปี 1919
ผู้แต่ง: F. W. Dyson, A. S. Eddington และ C. Davidson

ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจ

เมื่อพูดถึงความสำเร็จของเขาในการหาวิธีแก้ปัญหาทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป Einstein กล่าวว่า 'ความฝันที่กล้าหาญที่สุดของฉันได้กลายเป็นจริงแล้ว'

ไอน์สไตน์ทำงานร่วมกับนักคณิตศาสตร์ David Hilbert เกี่ยวกับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปรวมถึงการเข้าร่วมการบรรยายของ Hilbert และการแบ่งปันแนวคิดในจดหมาย

เนื้อหาชีวประวัติของ Albert Einstein