आइंस्टीन की प्रतिभा: स्पेस-टाइम की ज्यामिति का वर्णन करना

सामान्य सापेक्षता एक जटिल सिद्धांत है, लेकिन गिरने वाली वस्तुओं की कल्पना करना इसके कंट्रोल्स का पता लगाने में मदद कर सकता है। (यहां, GPS उपग्रह पृथ्वी के चारों ओर दिखाए गए हैं - GPS सटीक स्थिति देने के लिए सापेक्षता पर निर्भर करता है।)

(छवि: © नासा)

पॉल सटर पर एक खगोल भौतिकीविद् है ओहियो स्टेट यूनिवर्सिटी और मुख्य वैज्ञानिक COSI विज्ञान केंद्र। सटर भी होस्ट है "एक अंतरिक्ष यात्री से पूछें" तथा "अंतरिक्ष रेडियो, "और जाता है AstroTours दुनिया भर में। सटर ने इस लेख में योगदान दिया स्पेस.कॉम के एक्सपर्ट वॉयस: ओप-एड एंड इनसाइट्स.

सामान्य सापेक्षता मानव समझ के सबसे बड़े करतबों में से एक है, इस तथ्य से सभी को और अधिक प्रभावशाली बना दिया है कि यह उपजाऊ कल्पना से उछला और सिर्फ एक दिमाग की गणितीय प्रतिभा को दिखाया। सिद्धांत ही प्रकृति के "शास्त्रीय" (यानी, नहीं-क्वांटम) मॉडल के अंतिम और सबसे अधिक स्थायी है, और पिछले सौ वर्षों में अधिक परिष्कृत कुछ भी साथ आने में हमारी अक्षमता है कि स्मार्ट अल्बर्ट कितने खतरे में है आइंस्टीन थे।

आइंस्टीन की प्रतिभा के लिए एक और वसीयतनामा जटिल, परस्पर समीकरणों के पेचीदा स्पेगेटी में आता है जो पूर्ण सिद्धांत बनाते हैं। आइंस्टीन ने एक सुंदर मशीन बनाई, लेकिन उसने हमें उपयोगकर्ता के मैनुअल को बिल्कुल नहीं छोड़ा। हम सात वर्षों के आत्म-प्रताड़ित अत्याचार के मार्ग का पता लगा सकते हैं, जो सिद्धांत के अंतिम रूप के लिए प्रेरित था, लेकिन विकास के उस मार्ग को आइंस्टीन के आंत अंतर्ज्ञान से इतना निर्देशित किया गया था कि यह हमारे लिए मुश्किल है कि हम एक ही अंधे छलांग लगाने के लिए नश्वर हो जाएं। प्रतिभा है कि वह किया था।

बस घर को ड्राइव करने के लिए, सामान्य सापेक्षता इतनी जटिल है कि जब कोई समीकरणों के समाधान का पता लगाता है, तो वे उनके नाम पर समाधान प्राप्त करते हैं और अपने आप में अर्ध-पौराणिक बन जाते हैं। वहाँ एक कारण है कि कार्ल श्वार्ज़स्चिल्ड - वह व्यक्ति जिसने ब्लैक होल की ज्यामिति का पता लगाया - एक घरेलू नाम है (या कम से कम, एक भौतिकी विभाग का नाम)। [आइंस्टीन की सामान्य सापेक्षता का सिद्धांत: एक सरलीकृत स्पष्टीकरण]

ज्यामिति भाग्य है

सामान्य सापेक्षता का पूर्ण मूल, और इसके लिए एक पूरी तरह से स्वीकार्य वैकल्पिक नाम, जियोमेट्रोडायनामिक्स है। आगे बढ़ो, इसे ज़ोर से कहो - यह मजेदार है। जिस तरह से सामान्य सापेक्षता मॉडल गुरुत्वाकर्षण अंतरिक्ष-समय के गतिशील तंत्र के माध्यम से होता है। सिद्धांत के अनुसार, पदार्थ की उपस्थिति और ऊर्जा उन पदार्थों के आस-पास के मूलभूत स्पेस-टाइम ज्यामिति को बदल देती है, और यह बदल गई ज्यामिति गति को प्रभावित करती है।

यह संबंध सबसे महत्वपूर्ण, मौलिक, अनदेखी नहीं कर सकता है-यह अवधारणा सामान्य सापेक्षता के पूरे सिद्धांत को अंतर्निहित करती है: तुल्यता सिद्धांत (ई.पी.)। यह सिद्धांत यह धारणा है कि जड़त्वीय द्रव्यमान (किसी वस्तु को स्थानांतरित करने के लिए कितना ओम्फ होता है) गुरुत्वाकर्षण द्रव्यमान के रूप में एक ही संपत्ति है (कोई वस्तु गुरुत्वाकर्षण पर प्रतिक्रिया करती है)। और यह वह कुंजी है जो पूरे गुरुत्वाकर्षण को खोल देती है।

उस समानता का उपयोग करते हुए, हम ज्यामिति और गुरुत्वाकर्षण के बीच संबंध की कल्पना करने में मदद करने के लिए एक परिदृश्य की कल्पना कर सकते हैं। आप पृथ्वी के ऊपर ऊंची परिक्रमा कर रहे हैं, धीरे-धीरे महाद्वीपों और महासागरों को अपनी सहूलियत के तहत रोल करते हुए देख रहे हैं।

फिर आप जंक का एक बॉक्स खोलें।

जैसे-जैसे मलबे के टुकड़े आपसे दूर होते हैं, आप जो करते हैं, उसके प्रभाव को इंगित करते हैं। निश्चित रूप से, आपने अब संभावित खतरनाक मलबे का एक बादल बनाया है जो उपग्रहों और भविष्य के मिशनों के लिए एक बड़ा खतरा है। लेकिन आगे के प्रतिबिंब पर, आपका मन शांत हो जाता है। आप एक विज्ञान प्रयोग कर रहे हैं, और समतुल्यता सिद्धांत की गारंटी देता है कि मलबे के इन सभी बिट्स, चाहे उनके आकार या द्रव्यमान, किसी भी अन्य गणना की आवश्यकता के बिना, पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण के प्रभावों का पूरी तरह से पता लगा लेंगे। यह गुरुत्वाकर्षण बल के लिए कुछ अनोखा है, इसके लिए ई.पी. [क्यों सापेक्षता का सच: आइंस्टीन के सिद्धांत के लिए साक्ष्य]

नियमों को तोड़ - मरोड़ना

देखें कि अंतरिक्ष में उछले गए कबाड़ का क्या होता है। कुछ, शुद्ध संयोग से, पूरी तरह से क्षैतिज रेखा में बंद हो सकते हैं। लेकिन जैसे-जैसे वस्तुएं पृथ्वी पर गिरती हैं, वे दुनिया के केंद्र के लिए सीधे जाने वाली सीधी रेखाओं का अनुसरण करते हैं। यदि आप उन्हें करीब से देखते हैं, तो आप देखेंगे कि जैसे ही वे नीचे की ओर झुकेंगे, वे धीरे-धीरे परिवर्तित हो जाएंगे। यदि वे ठोस पृथ्वी से गुजर सकते हैं, तो वे अंततः बहुत केंद्र में टकराएंगे।

कबाड़ के अन्य बिट्स पृथ्वी की ओर पूरी तरह से खड़ी लाइन में शुरू हो सकते हैं, समान रूप से एक दूसरे से अलग हो सकते हैं। वे भी गिर जाते। लेकिन लाइन के मोर्चे पर भाग्यशाली थोड़ा तेजी से गिर जाएगा, पृथ्वी के साथ इसकी थोड़ी निकटता के कारण, अंतिम पंक्ति में थोड़ा पीछे रह गया। इसलिए, मलबे के टुकड़ों ने अपने वंश को जारी रखा, वे धीरे-धीरे अपनी ऊर्ध्वाधर रेखा में विचलन करेंगे।

कुछ मामलों में, हम धर्मान्तरित, संकीर्ण ट्रेल्स प्राप्त करते हैं। अन्य मामलों में, हम विचलन प्राप्त करते हैं, प्रक्षेपवक्र फैलते हैं। दोनों ही मामलों में, पथ पूरी तरह से समानांतर या समान रूप से शुरू होते हैं, लेकिन चरित्र को बदलते हैं। ये बदलते रास्ते ठीक वही हैं जो गणितज्ञ वर्णन करने के लिए "वक्रता" की भाषा का उपयोग करते हैं, और यही ज्यामिति की भाषा है।

डिंग, डिंग, डिंग। वो रहा। तुल्यता सिद्धांत आपको बताता है कि गिरने वाले कबाड़ के रास्ते सीधे आपको गुरुत्वाकर्षण की प्रकृति के बारे में सूचित करते हैं, और उन्हीं रास्तों से अंतर्निहित अंतरिक्ष-समय की एक जटिल ज्यामिति का पता चलता है। दूसरे शब्दों में, वह गुरुत्वाकर्षण अंतरिक्ष-समय की ज्यामिति है।

Geometrodynamics।

हमारे दिमाग को स्ट्रेच करना

t- अंतरिक्ष-समय में "समय" पूर्ण सिद्धांत के लिए बहुत महत्वपूर्ण है। आपने शायद विज्ञान संग्रहालय के डेमो या ग्राफिक को सामान्य सापेक्षता पर एक लेख के साथ देखा है जिसमें दिखाया गया है कि स्ट्रेच्ड रबर शीट की तरह क्या दिखता है। एक भारी गेंद, जो किसी ग्रह या तारे या ब्लैक होल का या जो कुछ भी केंद्र में रखा जाता है, कपड़े को नीचे खींचती है। शीट पर अन्य गेंदों को रोल करने से गुरुत्वाकर्षण के "प्रभाव" का पता चलता है: वे सीधी रेखाओं का पालन करने की कोशिश करते हैं, लेकिन उनके मार्ग अंतर्निहित वक्रता से विचलित हो जाते हैं।

यह डेमो एक पहले, बालवाड़ी परिचय के रूप में पूरी तरह से ठीक है, लेकिन हम अब पिछले बालवाड़ी अच्छी तरह से कर रहे हैं। वास्तविक अंतरिक्ष-समय में कोई "डाउन" नहीं है, और वक्रता दो नहीं, बल्कि चार आयामों में हो रही है। यह कल्पना करना थोड़ा कठिन है, यही कारण है कि हम आमतौर पर सरल डेमो से पीछे हट जाते हैं।

यह सच है कि एक विशाल वस्तु स्थैतिक अंतरिक्ष को अपने आसपास के क्षेत्र में विकृत कर देती है, लेकिन यह केवल आधी तस्वीर है। द्रव्यमान समय के आयाम को भी प्रभावित करता है, और यह संभव प्रक्षेपवक्रों को बदलकर ऐसा करता है कि एक गुजरने योग्य वस्तु सक्षम है।

प्रत्येक वस्तु को एक प्रकाश शंकु या संभावित स्थलों का एक सेट कहा जाता है, जो वस्तु प्रकाश की गति की तुलना में धीमी गति से यात्रा कर सकती है। कल्पना करें कि धूप के साथ-साथ धूल का गुबार उठता है। यह भविष्य की संभावनाओं की एक श्रृंखला है, इसके प्रकाश शंकु द्वारा दी गई है। लेकिन जैसे-जैसे धूल सूर्य के करीब आती है, उस विशालकाय आग के गोले का गुरुत्वाकर्षण धूल के प्रकाश शंकु को सूर्य की ओर झुका देता है। । अब धूल को एक नया, अधिक विशिष्ट भविष्य सौंपा गया है: कुछ गंतव्य ऑफ-लिमिट (वे नए प्रकाश शंकु के बाहर हैं), जबकि अन्य अब खुल गए हैं।

यह बंटवारे के बाल की तरह लग सकता है, लेकिन अंतरिक्ष के स्थैतिक झुकने और प्रकाश शंकु के परिवर्तन अलग-अलग स्थानों में सामान्य सापेक्षता के गणित में दिखाई देते हैं, और केवल दो प्रभावों के संयोजन से हमें पूर्ण (और सटीक!) भविष्यवाणियां मिलती हैं। सिद्धांत। अंतरिक्ष और समय दोनों को एक साथ माना जाना चाहिए; आप one.u को अनदेखा नहीं कर सकते

दूसरे शब्दों में, गुरुत्वाकर्षण अंतरिक्ष-समय की ज्यामिति है। Geometrodynamics।

प्रकरण को सुनकर अधिक जानें "" गंभीरता से, गुरुत्वाकर्षण क्या है? (भाग 3) "आई ए स्पेसमैन" पॉडकास्ट पर, आईट्यून्स पर और वेब पर http://www.askaspaceman.com पर उपलब्ध है। एंड्रयू पी।, जॉयस एस।, @ लुफ्ते 08, बेन डब्ल्यू।, टेर के लिए धन्यवाद। बी।, कोलिन ई, क्रिस्टोफर एफ।, मारिया ए।, ब्रेट के।, ब्रायुगिथेलेग्युगी, @ मर्करीप, केनेथ एल।, एलीसन के।, फिल बी। और @shrenic_shah इस प्रश्न के लिए आए थे! अपना प्रश्न पूछें! ट्विटर पर #AskASpaceman का उपयोग करके या पॉल @ पॉलमैटसटर और facebook.com/PaulMattSutter का उपयोग करके। हमें @Spacedotcom, फेसबुक और Google+ का पालन करें। मूल लेख Space.com पर।