Ընդհանուր հարաբերականության տեսությունը և դրա ազդեցությունը աստղագիտության վրա
Հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը ֆիզիկայի պատմության մեծագույն նվաճումներից մեկն է։ 1915 թվականին Ալբերտ Այնշտայնի կողմից ձևակերպված՝ այն հեղափոխություն մտցրեց ձգողականության և տարածաժամանակի մեր ընկալման մեջ։ Ավելին, այն խոր ազդեցություն է ունեցել աստղագիտության վրա՝ հարթելով կարևոր հայտնագործությունների և տիեզերքի մեր ընկալման մեջ հիմնարար փոփոխությունների ճանապարհը ։
Հարաբերականության ընդհանուր տեսության հիմունքները
Հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը փոխարինեց Իսահակ Նյուտոնի տիեզերական ձգողականության օրենքով նկարագրված ձգողականության ըմբռնմանը: Նյուտոնի կարծիքով՝ ձգողականությունը ուժ է, որը ձգում է որոշակի զանգված ունեցող երկու մարմին: Սակայն Այնշտայնը ներմուծեց այն գաղափարը, որ ձգողականությունը ուժ չէ, այլ զանգվածի և էներգիայի պատճառով տարածաժամանակի կորության արդյունք է:
Տարածաժամանակը հասկացություն է, որը համատեղում է տարածության երեք չափումները և ժամանակի մեկ չափումը մեկ քառաչափ ամբողջության մեջ: Այնշտայնի տեսության համաձայն, աստղերի կամ մոլորակների նման զանգվածեղ մարմինները ծռում են իրենց շուրջը գտնվող տարածաժամանակը՝ ստեղծելով այն էֆեկտը, որը մենք դիտարկում ենք որպես ձգողականություն:
Սա նկարագրող հավասարումները հայտնի են որպես Այնշտայնի դաշտի հավասարումներ և գրվում են հետևյալ կերպ.
\[ R_{\mu\nu} – \frac{1}{2} Rg_{\mu\nu} + \Lambda g_{\mu\nu} = \frac{8\pi G}{c^4} T_{\mu\nu} \]
Այստեղ՝ R(Mu)-ն Ռիչիի կորության թենզորն է, R(R)-ն՝ կորության սկալյարը, g(Mu)-ն՝ մետրիկ թենզորը, Lambda-ն՝ տիեզերական հաստատունը, G(G)-ն՝ Նյուտոնի գրավիտացիոն հաստատունը, c(C)-ն՝ լույսի արագությունը, իսկ T(Mu)-ն՝ լարվածություն-էներգիա թենզորը։
Այս հայեցակարգը մեզ ստիպում է վերանայել տիեզերքը , մասնավորապես՝ թե ինչպես են մարմինները շարժվում գրավիտացիոն դաշտում։
Հարաբերականության ընդհանուր տեսության ազդեցությունը աստղագիտության վրա
1. Գրավիտացիոն ոսպնյակների կանխատեսում և դիտարկում
Ընդհանուր հարաբերականության ամենահետաքրքիր կանխատեսումներից մեկը գրավիտացիոն ոսպնյակավորումն է։ Երբ հեռավոր մարմիններից, ինչպիսիք են աստղերը կամ գալակտիկաները, եկող լույսը անցնում է նրանց և դիտորդի միջև գտնվող զանգվածեղ մարմնի գրավիտացիոն դաշտով, լույսի հետագիծը կորանում է։ Այս երևույթը նման է լույսի կորացմանը օպտիկական ոսպնյակի կողմից։
Գրավիտացիոն ոսպնյակները թույլ են տալիս աստղագետներին դիտարկել այնպիսի առարկաներ, որոնք կարող են չափազանց հեռու կամ թույլ լինել անմիջականորեն դիտարկելու համար։ Ավելին, գրավիտացիոն ոսպնյակները ապահովում են մութ նյութի գոյության ամուր ապացույցներ , քանի որ դրանք թույլ են տալիս չափել այն առարկաների զանգվածները, որոնք անմիջականորեն տեսանելի չեն, բայց ունեն զգալի գրավիտացիոն ազդեցություններ։
2. Սև խոռոչների գոյության ապացույցներ
Սև խոռոչները հարաբերականության ընդհանուր տեսության մեկ այլ կանխատեսում են։ Սև խոռոչները այնպիսի հսկայական զանգված և այնքան փոքր չափի մարմիններ են, որ նույնիսկ լույսը չի կարող խուսափել դրանց ձգողականությունից։ Երկուական աստղերից ռադիոիմպուլսների հայտնաբերումը Ջոզեֆ Թեյլորի և Ռասել Հալսի կողմից անուղղակի ապացույցներ տվեց սև խոռոչների գոյության համար։
2019 թվականին ռադիոաստղադիտակների համաշխարհային ցանց՝ Event Horizon Telescope (EHT), M87 գալակտիկայում սև խոռոչի իրադարձությունների հորիզոնի առաջին պատկերը ստացավ։ Այս պատկերը սև խոռոչների գոյության հստակ ապացույց է, որը հաստատում է ընդհանուր հարաբերականության տեսության կանխատեսումները։
Համեմատաբար տարածված տեսությունը կանխատեսում է գրավիտացիոն ալիքների գոյությունը՝ տարածաժամանակի ալիքներ, որոնք առաջանում են զանգվածային տիեզերական իրադարձություններից, ինչպիսիք են երկու սև խոռոչների կամ նեյտրոնային աստղերի միաձուլումը: 2015 թվականին Լազերային ինտերֆերոմետրիկ գրավիտացիոն ալիքների աստղադիտարանի (LIGO) դետեկտորները առաջին անգամ հաջողությամբ հայտնաբերեցին երկու սև խոռոչների միաձուլումից առաջացող գրավիտացիոն ալիքներ:
Այս հայտնագործությունը աստղագիտության մեջ նոր դարաշրջան է բացում՝ թույլ տալով մեզ «լսել» նախկինում անտեսանելի տիեզերական իրադարձությունները: Գրավիտացիոն ալիքները նոր միջոց են ապահովում ուսումնասիրելու այն առարկաներն ու իրադարձությունները, որոնք հնարավոր չէ դիտարկել ավանդական էլեկտրամագնիսական ալիքներով:
4. Կոսմոլոգիայի և տիեզերքի ընդարձակման ըմբռնումը
Ընդհանուր հարաբերականությունը նաև հիմք է հանդիսանում ժամանակակից տիեզերական մոդելների համար, ինչպիսին է Մեծ պայթյունի մոդելը: Այս տեսությունն օգտագործելով՝ գիտնականներ, ինչպիսին է Էդվին Հաբլը, կարողացան չափել տիեզերքի ընդարձակումը: Այն հայտնագործությունը, որ գալակտիկաները հեռանում են միմյանցից, ցույց է տալիս, որ տիեզերքը ընդարձակվում է , ինչը Այնշտայնի դաշտի հավասարումների ուղղակի հետևանք է:
Այնշտայնի հավասարումներում տիեզերաբանական հաստատունը (\(\Լամբդա\)) սկզբնապես ներդրվել է Այնշտայնի կողմից՝ ստատիկ տիեզերքը թույլ տալու համար։ Սակայն, տիեզերքի ընդարձակման հայտնաբերումից հետո, այս հաստատունը վերամեկնաբանվեց որպես մութ էներգիա, որը, ինչպես հայտնի է, արագացնում է տիեզերքի ընդարձակումը։
5. Ժամանակ և ձգողականություն. Գրավիտացիոն կարմիր շեղում և GPS
Ընդհանուր հարաբերականությունը նաև ցույց է տալիս, որ ժամանակն ավելի դանդաղ է անցնում ուժեղ գրավիտացիոն դաշտերում, մի էֆեկտ, որը հայտնի է որպես գրավիտացիոն ժամանակի դիլացիա: Սա գործնական նշանակություն ունի, օրինակ, GPS (Գլոբալ Դիրքորոշման Համակարգ) տեխնոլոգիայում: GPS արբանյակները գտնվում են Երկրի մակերևույթի համեմատ ավելի թույլ գրավիտացիոն դաշտում, ինչի պատճառով նրանց ժամացույցները ավելի արագ են աշխատում: Այս նավիգացիոն համակարգի ճշգրտությունն ապահովելու համար անհրաժեշտ են ընդհանուր հարաբերականության վրա հիմնված ուղղումներ:
Եզրակացություն
Ալբերտ Այնշտայնի հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը հեղափոխություն մտցրեց ֆիզիկայի և աստղագիտության մեջ: Դիտարկելով ձգողականությունը ոչ թե որպես ուժ, այլ որպես տարածաժամանակի կորություն, տեսությունը ապահովեց մեր տիեզերքը հասկանալու նոր, ավելի խորը շրջանակ: Դրա ազդեցությունը ընդգրկում է առարկայական ոլորտների լայն շրջանակ՝ սև խոռոչների և ձգողական ալիքների ուսումնասիրությունից մինչև տիեզերագիտության և առօրյա տեխնոլոգիաների, ինչպիսին է GPS-ը, հասկացողությունը:
Հարաբերականության ընդհանուր տեսության կողմից իրականացված հայտնագործությունները ոչ միայն լրացուցիչ ապացույցներ են տրամադրում տեսության վավերականության համար, այլև հարթում են տիեզերքի հետագա ուսումնասիրության ճանապարհը՝ ընդլայնելով մարդկային գիտելիքների սահմանները դեպի նախկինում աներևակայելի ոլորտներ։ Ընդհանուր հարաբերականության տեսության միջոցով մենք ավելի մոտ ենք այն տիեզերքի ավելի մեծ բարդության և գեղեցկության ըմբռնմանը, որտեղ մենք ապրում ենք։
