Sto let splošne teorije relativnosti

Pred natanko 100 leti je Albert Einstein spremenil svet. Pravzaprav ga je spreminjal postopoma skozi celotno svoje življenje in še po smrti, a če bi že morali definirati dan, je 25. 11. 1915 verjetno najboljša izbira. Tega dne je pri Pruski akademiji znanosti izšel Einsteinov prispevek, ki je dokončno utemeljil in na trdne matematične temelje postavil splošno teorijo relativnosti. Tega dne je dokončno umrla Newtonova gravitacijska teorija, mimogrede pa je Einstein strl še eno astronomsko zagonetko in ubil planet Vulkan.

Planet Merkur je človeštvu znan od že več tisoč let, a je šele z razvojem teleskopov postal velika uganka. Astronomi in fiziki so radi preračunavali orbite planetov in izračuni so se dotlej vedno brez izjeme ujemali z meritvami. Tuintam je šel kakšen planet malo po svoje, kot na primer Uran. Odstopanja od izračunanih orbit so bile dober znak, da je v bližini še nek vir gravitacije, in res so kasneje odkrili Neptun. Ko so upoštevali še njegovo gibanje, je Uran spet brzel točno po predvidevanjih. Fizika Sončevega sistema je bila dolgočasna in predvidljiva (če seveda pozabimo na milijone majhnih telesc, od večjih kamnov do kometov, ki neopaženi krožijo okrog Sonca). Merkur pa se tej Newtonovi teoriji ni pokoraval. Možnosti sta bili dve: bodisi je še bliže Soncu še neodkriti planet, poimenovan Vulkan, bodisi je s teorijo nekaj narobe. Prva možnost je bila neznansko verjetnejša, zato so Vulkan neuspešno iskali in iskali.

Medtem je Albert Einstein leta 1915 ne preveč dobre volje postopal po Berlinu. Pred kratkim je bil namreč odkril resno napako v svoji teoriji relativnosti. Posebno teorijo relativnosti je postavil že leta 1905 in v njej je poenotil Maxwellove enačbe za elektromagnetno valovanje in mehaniko. Predpostavil je ekvivalenco med maso in energijo (E=mc²) ter upočasnitev časa v hitro gibajočem se opazovalnem sistemu, kar je posledica univerzalnosti svetlobne hitrosti za vse opazovalce. Leto 1905 je bilo za Einsteina annus mirabilis, ker je istega leta fotoefekt, za kar je dobil Nobelovo nagrado, Brownovo gibanje, ekvivalenco energije in mase ter posebno relativnost.

Preselimo se v leto 1915, ko je relativnost dobila končne obrise. Einstein je namreč v članku pred stotimi leti dopolnil relativnostjo teorijo še z upoštevanjem gravitacije, s čimer smo dobili do danes najboljšo znano teorijo za opis sveta na velikih razdaljah, kjer dominira gravitacija. Ta ista teorija je pokazala, da Vulkana ni. Merkur se okoli Sonca giblje po nepričakovani orbiti zato, ker je Sončeva gravitacija tam tako močna, da Newtonove enačbe odpovedo. Uporabimo Einsteinove, pa nepričakovano postane pričakovano in razložljivo. Prvo resno potrditev smo dobili leta 1919 ob Sončevem mrku, ko so lahko izmerili položaje zvezd čisto blizu Sonca (navidezno). Ugotovili so, da se svetloba res ukloni, kot napoveduje teorija.

Teorija relativnost je danes najširše sprejeta, čeprav so ji sprva nekateri znanstveniki precej nasprotovali. A dokazala se je neštetokrat. Napovedala je veliki pok, orbito Merkurja, skrbi za pravilno delovanje GPS-a, njeni vplivi so z atomskimi urami izmerjeni, priskrbi dotok muonov na Zemljo, omogoča Einsteinov križ itd. Splošna relativnost na primer pojasnjuje obstoj črnih lukenj, izmerjena pa je bila že neštetokrat. Glavna premisa teorije relativnost je spoznanje, da sta prostor in čas eno, združena v prostor-čas, svetlobna hitrost univerzalna omejitev in konstanta, gravitacija pa ni sila, temveč posledica ukrivljenosti vesolja. Planeti krožijo okrog Sonca, ker je to najkrajša pot po zaradi mase Sonca lokalno ukrivljenem vesolju.

Einstein je bil res genij, a za splošno teorijo relativnosti je moral preliti precej znoja. Z njo se je mučil desetletje, vmes je skoraj obupal, se ločil, leta 1913 praktično že odkril teorijo pa potem zašel na znanstveno stranpot itd. Šele sredi leta 1915 so se stvari izkristalizirale in novembra 1915 je potem izdal štiri članke, ki so teorijo dokončali. In z njo je napovedal - čeprav se je na vse kriplje trudil, da bi bilo drugače - spremenljivost oziroma evolucijo vesolja. Einstein je verjel, da mora biti vesolje statično in je enačbe na vse načine popravljal, da bi dobil ta rezultat, pa ni šlo. Njegova teorija je bila predobra.

A na koncu ostaja še velika naloga za fizike. Poenotiti bo treba standardni model in splošno relativnost. Komur bo uspelo to, bo združil fiziko majhnih in ogromnih razdalj, njegov prispevek pa bo povsem primerljiv z Einsteinovim.