Albert Einstein száz éve, 1915 novemberében tartott egy előadássorozatot, ahol először ismertette, hogy szerinte hogy működik az univerzum legnagyobb része, és milyen fontos szerepet tölt be ebben a folyamatban a gravitáció. Ahhoz képest, hogy az elmélet az elmúlt száz évben minden próbát kiállt, és hogy tulajdonképpen a mai értelemben vett fizika erre alapul, általános egyezség, hogy teljes egészében a kutya se érti meg néhány fizikuson kívül. Mi most megpróbáltuk.
Kezdjük azzal, hogy eleve már az is relatív, mikor volt vagy lesz pontosan százéves az elmélet. A magyar Wikipédia szerint december 2. a helyes dátum, máshol november egy tetszőleges napját választották, mivel igazán nem lehet egy pontot kijelölni az időben, hogy na, a 26 éves Einstein akkor jött rá, hogy is tudja csúnyán összezavarni a Newton-törvényeken felnőtt embereket. A lényeg, hogy száz éve valamikor mostanában volt egy előadássorozat, szóval nagyon nem vagyunk elkésve azzal, ha meg akarjuk érteni, mire is gondolt a költő, amikor azt mondta:
Ez a cikk igazából arról szól majd, hogy megpróbáljuk elmagyarázni, hogy szerintünk mi az elmélet lényege, az alapján, amit ma, a korlátlan lehetőségek és az internet korában az ember a maga erejéből ki tud kutatni, ha meg akarja érteni, mit akart mondani az az őrültzongorista-frizurájú fickó száz éve. Ha nem sikerül, az sem olyan nagy baj, a tudomány nagy előnye, hogy akkor is működik, ha csak azok értik, akiknek szükségük van rá. Ráadásul az elméletről beszélni anélkül, hogy mindenféle matematikai dolgokat is érintenénk, szinte lehetetlen, márpedig az emberek többsége nagyon messze szalad, ha sebesült tigrist vagy matematikai egyenletet lát.
Szóval (és innentől tényleg az van, ami nekünk lejött, ne vegyék ténynek, pláne hivatalos, idézhető dolognak) a relativitáselmélet a Wikipédia szerint a tér és az idő alapvető összefüggéseit, illetve a gravitációt leíró egyenlet, ami szerint a téridő szövetének torzulása közvetlen kapcsolatban van a jelen lévő energia, lendület vagy sugárzás tulajdonságaival, és a gravitáció a torzulás egy mérhető, geometriai jellegű tulajdonsága.
Ennek az egész, továbbra is fura szabálynak egy ekvivalenciaelv nevű dolog adja az alapját. Az ekvivalenciaelv szerint a gyorsulás és a gravitáció egy és ugyanaz a dolog. Pontosabban Einstein, aki a világ legkiválóbb gondolatkísérleteit tudta megtervezni, rájött arra, hogy nincs olyan kísérlet, ami ki tudná mutatni a különbséget aközött, hogy egy Földön álló rakétában a gravitáció ereje húzza az embert, vagy egy ugyanekkora gyorsulást kifejtő rakéta ereje hat rá. Vagyis ez a két dolog tulajdonképpen megegyezik.
Innentől kezdve viszont minden, ami az egyik helyzetben igaz, igaz kell legyen a másik rendszerben is: a gravitáció egyenlő a gyorsulással. Ezt fogadjuk el, mint alapvető törvényszerűséget, gondoljunk arra, hogy már értünk valamit, amit az előbb még nem, aztán lépjünk tovább a következők felé.
Vegyünk például egy lézerceruzát. Ha ezt a rakétás liftben, ami felfelé megy, bekapcsoljuk, a lézersugár (bár mi nem látjuk, de) el fog görbülni, hiszen a sugár egyenesen indul egy pontból (a kezünktől), de közben mi egyre gyorsulva (9,82 m/sˆ2 gyorsulással) haladunk felfelé. Oké?
Na, de mivel a gyorsulásos-liftes helyzetben tapasztaltak az ekvivalenciaelmélet miatt meg kell egyezzenek a Földön álló liftben tapasztaltakkal, a gravitáció miatt is meg kell görbüljön a lézer.
Einstein arra jött rá, hogy ha az ekvivalenciaelmélet igaz (és azóta már többször is bebizonyították, hogy az), akkor a fény a gravitáció és a gyorsulás hatására is elhajlik. De hát a fény nem hajolhat el, mert a fény a lehető legrövidebb úton terjed – ebből az jön, hogy az út, vagyis a fény kiindulási és beérkezési pontja közti téridőszövet maga hajlik meg, a fény pedig azt követi.
Jó, oké, a tér meghajlik, hát a tér az olyan hajolgatós fajta, mármint nem olyan nehéz elképzelni, hogy az asztal lapja sima, aztán meg valamilyen erő hatására már nem sima. De az idő – az idő vajon miért görbül?
Az internet legjobb magyarázós videója szerint azért, mert a speciális relativitáselmélet azt mondja, hogy a tér és az idő elválaszthatatlanok, az egyik nem tud létezni a másik nélkül. Sőt, az, ami az egyik embernek tér, az a másiknak idő, és erre megint lehet egy csomó fura magyarázatot keresni, nekem a gazdáját otthon váró kutya hasonlata tetszett a legjobban. Amíg a gazda hazaér, az neki elég komoly változás térben, de a kutya egy helyben ülve vár rá, csak az idő telik. Ebbe a hasonlatba nagyjából 2398475 irányból lehet belekötni, de itt most nem a fizikusdiplománkat védjük, hanem próbálunk megérteni valamit, amit száz éve egy szabadalmi ügyintéző mondott. A lényeg, hogy amit az egyik megfigyelő hosszúnak lassúnak lát, azt a másik észlelheti rövidnek és gyorsnak. Vagy mi.
Szóval, a tér és az idő elválaszthatatlan, és így felírhatunk egyenleteket. Ezek az egyenletek megadják, hogy az egyes tárgyak gravitációja hogyan hat a téridőre. (Nyilván itt most főleg bolygónyi, csillagnyi, galaxisnyi dolgokról beszélünk, melyek gravitációja elég nagy ahhoz, hogy számottevően hasson olyan dolgokra, mint a téridő.) Itt kell megemlítenünk azt a remek, szemléltető ábrát, amit az ad ki, ha a téridőt egy kifeszített gumilepedőként képzeljük el, a Napot meg mondjuk tekegolyóként. Ha a tekegolyót rátesszük a lepedőre (nem, a Nap most nem forró, nem égeti át a gumilepedőt), az addig sima felület egy részén lesz egy tölcsér, a tölcsér alján a golyóval. Na, így első nekifutásra így görbíti meg a teret a Nap.
Ezt természetesen bizonyítani is lehet, például úgy, hogy megmutatjuk: a Nap eltéríti a távoli csillagok fényét. Valójában itt történik az, amit az előbb a liftben is láttunk a lézerrel: a fény menne tovább egyenesen, de a Nap óriási gravitációja miatt meggörbült tér láthatóan, mérhetően meghajlítja az útját. Aki szépet akar látni, kattintson ide, és nézze meg, hogy néz ki a gravitációs lencsehatás.
Az idő görbülésére is lehet példát mondani. Ha egy nagyon, de tényleg nagyon pontos órát felviszünk egy magas épület tetejére, látni fogjuk, hogy az idő egy picit gyorsabban telik, mint az épület lábánál. Ez azért van, mert egyre messzebb kerülünk attól a testtől, amely torzítja a téridőt, így gyorsabban (vagy más szóval zavartalanabbul, kevésbé akadályozva) telik az idő.
Ez az utóbbi az a dolog, ami általában előkerül, ha valaki azt kérdezi, hogy na jó, de mi a gyakorlati haszna annak, ha ezeket a dolgokat mind tudjuk. A műholdas helyzetmeghatározás, vagyis a GPS pontossága szempontjából ugyanis fontos, hogy a magasban keringő műholdak számára egy kicsit gyorsabban telik az idő, mint nekünk itt lent a Földön. Hogy mennyivel gyorsabban, az pont Einstein ötlete alapján kiszámolható, és a műholdak információit ehhez képest módosítják, így lehet, hogy ideális esetben pont időben szól a telefonunk, hogy akkor itt jobbra, kedves gazdám.
Szóval, nagyjából idáig lehet eljutni akkor, ha az embernek van szabad két órája. A fent leírtakat elolvastattuk egy csillagásszal, aki azt mondta, hogy hát, bele tudna kötni, meg még van egy csomó részlet, de végül is miért kötne bele. Szóval még az is lehet, hogy nem teljes hülyeség az egész, de ha ennél is tovább akar menni, vagy mondjuk ennél is jobban meg akarja érteni, van még számtalan, végtelen mély ürege a nyúlnak ebben a témakörben.
A legjobb magyar oldal, amit találtunk, és nagyjából a feléig eljutottunk anélkül, hogy hangosan kifakadtunk volna („na jóóó, mi van?”) a saját butaságunk felett érzett csalódottságunk miatt kialakult érzelmi többlet miatt, ez volt. Ha beszél angolul, van itt két videó (az egyik, a másik), a cikk megírása közben főleg ezeket használtuk, de még ezeket nézve is volt olyan pillanat, amikor elvesztettük a fonalat, főleg akkor, mikor az általános relativitáselmélet magyarázata közben elhangzik az az indoklás, hogy mert a speciális relativitáselmélet azt mondja. Mások szerint ezt az oldalt kell elolvasni az elejétől a végéig, és akkor aztán tényleg bevezetnek minket a tutiba, de az átlagember itt már attól a ténytől megijed, hogy csak a tartalomjegyzék hosszabb, mint a vágyott magyarázat.
A lényeg, hogy a relativitáselmélet egy kiváló dolog, még akkor is, ha a végén atombombát is gyártottak az alapötletből. A legcsodálatosabb az egészben az, és a hétköznapi embernek főleg azt kell megjegyeznie, hogy az egész elméletet úgy találta ki pár fickó, hogy közben
Igen, pár fickó, mert Einstein még saját bevallása szerint is sokat merített mások, például Lorentz és Maxwell munkájából. És azért az sem semmi, hogy a relativitáselmélet 100. szülinapja egyben azt is megmutatja, mióta próbálják megdönteni a fizikusok a relativitáselmélet állításait – jellemzően sikertelenül. Mármint eddig sikertelenül, de ki tudja, lehet, hogy pont holnap derül ki, hogy Einstein mehet Newton mellé a polcra, mert itt van a legújabb fizika, ami választ ad a szubatomi szinten folyó furcsaságokra úgy, hogy közben univerzum méretű dolgokon sem bukik el.
Na, azt megérteni sem lesz egyszerű. És most szavazzunk: