I posle 100 godina Ajnštajnova teorija "drži vodu"

“Ajnštajn je promenio način na koji razmišljamo o mnogim elementarnim stvarima, poput prostora i vremena. To nam je otvorilo oči i sada razumemo mnoge interesantne stvari u kosmosu”, rekao je profesor istorije nauke Dejvid Kajser sa Tehnološkog instituta u Masačusetsu.

Ajnštajn, koji je proveo poslednje godine života na univerzitetu Prinston, predstavio je svoju teoriju 25. novembra 1915. pred Pruskom akademijom nauka.

Dokument je objavljen u martu 1916. u stručnom časopisu “Annalen der Physik”.

Opšta teorija relativnosti bila je među najrevolucionarnijim u istoriji. Predstavljala je veliki skok od zakona opšte gravitacije, koji je izložio ser Isak Njutn 1687.

Njutn je pokušao da objasni zašto predmeti padaju, a planete se okreću. Zamišljao je “silu” koja privlači sve materijalne objekte jedne drugima i nazvao je “silom gravitacije”.

Kako ta sila deluje na objekte koji su udaljeni jedni od drugih, bez ikakvih “posrednika” između, tada nije bilo poznato, a Njutn je oklevao da spekuliše o tome.

On je takođe zamišljao kako se tela kreću kroz svemir i sam svemir kao veliku praznu kutiju u kojoj se svi objekti kreću pravolinijskom putanjom sve dok im neka sila ne promeni pravac. Šta je ovaj “svemir”, od čega je sazdan, Njutn nije mogao ni da pretpostavi. Ipak, nekoliko godina pre Ajnštajnovog rođenja, dva velika britanska fizičara Majkl Faradej i Džejms Maksvel dodali su ključni sastojak Isakovom hladnom svetu: elektromagnetno polje. Ovo polje je stvarni entitet, koji prenosi radio-talase, ispunjava svemir, vibrira i osciluje kao površina nekog jezera i prenosi električnu silu.

Ajnštajn je od mladosti bio fasciniran tim elektromagentnim poljem koje okreće rotore u elektranama njegovog oca i uskoro je počeo da shvata da gravitaciju, kao i elektricitet, mora prenositi neko polje: “gravitaciono polje”, analogno “električnom” mora postojati. Želeo je da shvati kako to polje deluje i kako se može opisati jednačinama.

Tada mu je na um pala genijalna ideja: gravitaciono polje nije rasuto kroz svemir; gravitaciono polje je sam svemir. To je glavna ideja opšte teorije relativnosti. Njutnov “svemir” kroz koji se stvari kreću i “gravitaciono polje” jesu jedna te ista stvar.

U trenutku prosvetljenja, neverovatnog pojednostavljivanja stvarnosti, prostor prestaje da se razlikuje od materije i postaje jedna od “materijalnih” komponenti sveta. Entitet koji se talasa, savija, krivi...

Nas ne ograničava nevidljiva kruta infrastruktura: mi smo uronjeni u ogromnu fleksibilnu puževu kućicu. Sunce savija prostor oko sebe, a Zemlja se oko njega ne okreće usled dejstva nekih misterioznih sila, nego zato što juri ka zakrivljenom prostoru u koji pada, baš kao što kliker propada kroz levak. Nema misterioznih sila u središtu levka; njegova zakrivljena priroda tera kliker da se skotrlja niz njegove strane pravo u rupu.

Kako možemo objasniti to zakrivljenje prostora?

Čuveni matematičar Karl Fridrih Gaus, takozvani “princ među matematičarima”, napisao je matematičku formulu da opiše dvodimenzionalne talasaste površine, kakve su površine brda i planina. Zatim je zatražio od jednog talentovanog studenta da uopšti teoriju kako bi bila primenljiva i na prostor u tri i više dimenzija. Student Bernard Riman napisao je impresivnu doktorsku tezu, koja je u to vreme delovala potpuno beskorisno. Njegov zaključak bio je da svojstva zakrivljenog prostora određuje određeni matematički objekat, koji je danas poznat pod nazivom Rimanova kriva (R).

Ajnštajn je napisao jednačinu u kojoj je R jednako energiji materije. Drugim rečima: samo zakrivljenje svemira je materija.

Međutim, tek tada počinje da se obogaćuje ova magična teorija fantazmagoričnim nizom predviđanja koji podsećaju na delirijum bolesnog čoveka, ali koja su se redom pokazala kao tačna.

Prvo, jednačina opisuje kako se svemir zakrivljuje oko zvezde. Zbog zakrivljenja, ne samo da se planete okreću oko zvezde, nego se menja i putanja same svetlosti. Ajnštajn je predvideo da Sunce izaziva zakrivljenje svetlosti, a 1919. ta devijacija je izmerena i predviđanje potvrđeno.

Međutim, nije zakrivljen samo prostor, nego i vreme. Ajnštajn je predvideo da vreme prolazi brže na višim nadmorskim visinama, nego na nižim. To je izmereno i ispostavilo se kao tačno: ako čovek koji živi na morskoj obali sretne svog brata blizanca koji je život proveo u planinama, otkriće da je njegov brat malo stariji od njega. A to je samo delić onoga što je Ajnštajnova teorija objasnila.

Kada velika zvezda potpuno istroši svoje “gorivo” – vodonik – ona se gasi. Ono što preostane više ne može da podnese toplotu usled sagorevanja i urušava se pod sopstvenom težinom do tačke u kojoj savija prostor do tog stepena,da se pretvara u stvarnu rupu. To su čuvene “crne rupe”. Nekada su bile gotovo ezoterični misaoni eksperimenti, a danas ih astronomi opažaju uz pomoć teleskopa i proučavaju do detalja.

Ajnštajn je predvideo da se svemir širi i kontrahuje. Štaviše, njegove jednačine pokazuju da svemir ne može mirovati: on mora da se širi. To širenje je i detektovano 1930. Ista jednačina predviđa da je za takvo širenje okidač bila eksplozija mladog, vrlo malog i vrlo vrelog univerzuma, koji nazivamo “Velikim praskom”. Još jednom, niko mu nije verovao, ali su se dokazi gomilali sve do detekcije kosmičkog pozadinskog zračenja – rasutog bleska koji je ostatak vreline koja potiče od originalne eksplozije.

Štaviše, teorija ukazuje da se svemir kreće kao površina mora. Efekti tih “gravitacionih talasa” se prate na nebu na primeru binarnih zvezda i odgovaraju predviđanjima do neverovatne preciznosti – jedan prema sto milijardi.

Ukratko, opšta teorija relativnosti opisuje živopisni svet u kom univerzumi eksplodiraju, svemir se urušava u rupe bez dna, vreme se usporava u blizini planete, a nesputani delovi međuzvezdanog prostora poskakuju i ljuljuškaju se poput površine mora.

Šta dalje?

Ajnštajn je takođe predvideo da se zvezde gase tako što se urušavaju pod sopstvenom gravitacijom. Njihov spoljni omotač eksplodira u supernovu, dok “srce” formira objekat velike gustine poznat kao neutronska zvezda.

Zvezde se takođe mogu transformisati u crnu rupu, sa tako snažnim gravitacionim poljem da mu ni prostor-vreme ne može pobeći.

Prema Ajnštajnu, ta nebeska tela bi, zbog svoje mase, trebalo da izazivaju talase u tkanju prostor-vremena, baš kao što kamen bačen u vodu stvara talase. Takve gravitacione talase astronomi trenutno traže.

Oni bi mogli da potvrde jedno od najvećih, ali još netestiranih Ajnštajnovih predviđanja. Instrumenti koji bi trebalo da zabeleže ovaj fenomen već postoje i to su LIGO opservatorija u SAD i VIRGO u Italiji.

Ipak, veliki izazov ostaje – “pomiriti” opštu teoriju relativnosti sa kvantnom fizikom.

Najpopularnija teorija koja pokušava da to postigne jeste teorija struna, prema kojoj ono što drži čestice nisu osnove materije, nego elastične strune, koje vibriraju na različitim frekvencijama.

Ta teorija se i dalje podvrgava testovima, a za njenu potvrdu mora da se rodi jedan novi Ajnštajn.