די טעאריע פון אלגעמיינע רעלאטיוויטעט און איר איינפלוס אויף אסטראנאמיע
די אַלגעמיינע טעאָריע פון רעלאַטיוויטעט איז איינע פון די גרעסטע דערגרייכונגען אין דער געשיכטע פון פיזיק. פאָרמולירט דורך אַלבערט איינשטיין אין 1915, האָט עס רעוואָלוציאָנירט דעם וועג ווי מיר פֿאַרשטיין גראַוויטאַציע און צייט-רוים. דערצו, האָט עס געהאַט אַ טיפן איינפלוס אויף אַסטראָנאָמיע, באַפֿלאַסטערנדיק דעם וועג פֿאַר וויכטיקע ענטדעקונגען און פֿונדאַמענטאַלע ענדערונגען אין ווי מיר זען דעם אוניווערס.
גרונטלעכע יסודות פון דער אלגעמיינער טעאריע פון רעלאטיוויטעט
די אַלגעמיינע טעאָריע פון רעלאַטיוויטעט האָט ערזעצט דאָס פארשטאנד פון גראַוויטאַציע באַשריבן דורך אייזיק ניוטאָן'ס געזעץ פון אוניווערסאַלער גראַוויטאַציע. לויט ניוטאָן, איז גראַוויטאַציע אַ קראַפט וואָס ציט צוויי אָביעקטן פון אַ געוויסער מאַסע. אָבער, איינשטיין האָט איינגעפירט דעם באַגריף אַז גראַוויטאַציע איז נישט קיין קראַפט, נאָר אַ רעזולטאַט פון דער קרומקייט פון צייט-רוים געפֿירט דורך מאַסע און ענערגיע.
צייט-רוים איז א קאנצעפט וואס פארבינדט די דריי דימענסיעס פון רוים און די איין דימענסיע פון צייט אין איין פיר-דימענסיאנאלן גאנצן. לויט איינשטיין'ס טעאריע, בייגן מאסיווע אביעקטן ווי שטערן אדער פלאנעטן די צייט-רוים ארום זיי, שאפנדיג דעם עפעקט וואס מיר באאבאכטן אלס גראוויטי.
די גלייכונגען וואָס באַשרײַבן דאָס זענען באַקאַנט ווי די איינשטיין פעלד גלייכונגען און ווערן אויסגעדריקט ווי:
\[ ר_{\מו\נו} – \frac{1}{2} Rg_{\mu\nu} + \Lambda g_{\mu\nu} = \frac{8\pi G}{c^4} T_{\mu\nu} \]
דאָ, \(R_{\mu\nu} \) איז דער ריטשי קרווונג טענסאָר, \(R \) איז דער קרווונג סקאַלאַר, \(g_{\mu\nu} \) איז דער מעטרישער טענסאָר, \(\Lambda\) איז די קאָסמאָלאָגישע קאָנסטאַנט, \(G \) איז ניוטאָן'ס גראַוויטאַציאָנעלע קאָנסטאַנט, \(c \) איז די גיכקייט פון ליכט, און \(T_{\mu\nu} \) איז דער דרוק-ענערגיע טענסאָר.
די קאנצעפט מאכט אונז איבערטראכטן דעם אוניווערס, ספעציעל ווי אזוי אביעקטן באוועגן זיך אין גראַוויטאַציאָנעלע פעלדער.
דער איינפלוס פון דער אלגעמיינער טעאריע פון רעלאטיוויטעט אויף אסטראנאמיע
1. פאָרויסזאָגן און אָבסערוואַציע פון גראַוויטאַציאָנעלע לענסעס
איינע פון די מערסט אינטריגירנדע פאראויסזאגונגען פון אלגעמיינע רעלאטיוויטעט איז גראַוויטאַציאָנעלע לענסינג. ווען ליכט פון ווייטע אביעקטן ווי שטערן אדער גאַלאַקסיעס גייט דורך דעם גראַוויטאַציאָנעלן פעלד פון אַ מאַסיוון אביעקט צווישן זיי און דעם באַאָבאַכטער, ווערט דער ליכט'ס וועג געבויגן. די דערשיינונג איז ענלעך צו דער בייגונג פון ליכט דורך אַן אָפּטישער לינז.
גראַוויטאַציאָנעלע לענסעס דערלויבן אַסטראָנאָמען צו באַאָבאַכטן אָביעקטן וואָס זענען אפשר צו ווייט אָדער צו שוואַך צו באַאָבאַכטן גלייך. דערצו, גראַוויטאַציאָנעלע לענסעס צושטעלן שטאַרקע באַווייזן פֿאַר דער עקזיסטענץ פון טונקעלער מאַטעריע, ווײַל זיי דערלויבן אונדז צו מעסטן די מאַסעס פון אָביעקטן וואָס קענען נישט געזען ווערן גלייך אָבער האָבן באַדײַטנדיקע גראַוויטאַציאָנעלע ווירקונגען.
2. באווייזן פון דער עקזיסטענץ פון שווארצע לעכער
שוואַרצע לעכער זענען נאָך אַ פאָרויסזאָגן פון דער אַלגעמיינער טעאָריע פון רעלאַטיוויטעט. שוואַרצע לעכער זענען אָביעקטן מיט אַזאַ ריזיקער מאַסע און אַזאַ קליינער גרייס אַז אפילו ליכט קען נישט אַנטלויפֿן זייער גראַוויטאַציע. די ענטדעקונג פון ראַדיאָ פּולסן פון בינאַרי שטערן דורך דזשאָזעף טיילער און ראַסעל הולס האָט צוגעשטעלט אומדירעקטע באַווייזן פֿאַר דער עקזיסטענץ פון שוואַרצע לעכער.
אין 2019, האט דער איווענט האריזאנט טעלעסקאפ (EHT), א וועלט-ברייטע נעץ פון ראדיא טעלעסקאפן, געכאפט דאס ערשטע בילד פון דעם איווענט האריזאנט פון א שווארצן לאך אין דער גאלאקסיע M87. דאס בילד איז א קלארער באווייז פון דער עקזיסטענץ פון שווארצע לעכער, וואס פארשטארקט די פאראויסזאגונגען פון אלגעמיינע רעלאטיוויטעט.
3. גראַוויטאַציאָנעלע כוואַליעס
א רעלאטיוו געוויינטלעכע טעאריע פאראויסזאגט די עקזיסטענץ פון גראַוויטאַציאָנעלע כוואַליעס, כוואַליעס אין צייט-רוים געפֿירט דורך מאַסיווע קאָסמישע געשעענישן ווי די פֿאַראייניקונג פֿון צוויי שוואַרצע לעכער אָדער נעיטראָן שטערן. אין 2015, האָבן די לאַזער אינטערפֿעראָמעטער גראַוויטאַציאָנעל-כוואַליע אָבסערוואַטאָריע (LIGO) דעטעקטאָרן געראָטן דעטעקטירן גראַוויטאַציאָנעלע כוואַליעס פֿון די פֿאַראייניקונג פֿון צוויי שוואַרצע לעכער צום ערשטן מאָל.
די ענטדעקונג ברענגט אריין א נייע תקופה אין אסטראנאמיע, און ערלויבט אונז צו "הערן" פריער אומגעזעענע קאסמישע געשעענישן. גראַוויטאַציאָנעלע כוואַליעס צושטעלן א נייעם וועג צו שטודירן אביעקטן און געשעענישן וואָס קענען נישט באמערקט ווערן מיט טראדיציאָנעלע עלעקטראָמאַגנעטישע כוואַליעס.
4. פארשטיין קאסמאלאגיע און די אויסברייטונג פון די אוניווערס
אַלגעמיינע רעלאַטיוויטעט גיט אויך די באַזע פֿאַר מאָדערנע קאָסמאָלאָגישע מאָדעלן, ווי צום ביישפּיל דער ביג באַנג מאָדעל. ניצנדיק די טעאָריע, האָבן וויסנשאַפֿטלער ווי עדווין האַבל געקענט מעסטן די יקספּאַנשאַן פֿון דער אוניווערס. די ענטדעקונג אַז גאַלאַקסיעס באַוועגן זיך אַוועק פֿון יעדער אַנדערער ווײַזט אָן אַז די אוניווערס יקספּאַנדירט, אַ דירעקטע קאָנסעקווענץ פֿון אײַנשטײַנס פֿעלד גלייכונגען.
די קאָסמאָלאָגישע קאָנסטאַנטע (\(\Lambda\)) אין איינשטיינס גלייכונגען איז אָריגינעל איינגעפירט געוואָרן דורך איינשטיין צו דערלויבן אַ סטאַטישן אוניווערס. אָבער, נאָך דער ענטדעקונג פון דער יקספּאַנשאַן פון אוניווערס, איז די קאָנסטאַנטע ווידער אינטערפּרעטירט געוואָרן ווי טונקעלע ענערגיע, וואָס איז באַקאַנט צו פאַרגיכערן די יקספּאַנשאַן פון אוניווערס.
5. צייט און גראַוויטאַציע: גראַוויטאַציאָנעלע רויטפֿאַרשיבונג און דזשי-פּי-עס
אַלגעמיינע רעלאַטיוויטעט ווײַזט אויך אַז צײַט גייט לאַנגזאַמער אין שטאַרקע גראַוויטאַציאָנעלע פֿעלדער, אַן עפֿעקט באַקאַנט ווי גראַוויטאַציאָנעלע צײַט-פֿאַרלענגערונג. דאָס האָט פּראַקטישע אימפּליקאַציעס, למשל, אין GPS (גלאָבאַלער פּאָזיציאָנירונג סיסטעם) טעכנאָלאָגיע. GPS סאַטעליטן געפֿינען זיך אין אַ שוואַכערן גראַוויטאַציאָנעלן פֿעלד קאַמפּערד צו דער ערד'ס ייבערפֿלאַך, וואָס פֿאַראורזאַכט אַז זייערע זייגערס לויפֿן שנעלער. קאָרעקציעס באַזירט אויף אַלגעמיינער רעלאַטיוויטעט זענען נייטיק צו פֿאַרזיכערן די אַקיעראַסי פֿון דעם נאַוויגאַציע סיסטעם.
קעסימפּולאַן
אַלבערט איינשטיין'ס אַלגעמיינע טעאָריע פֿון רעלאַטיוויטעט האָט רעוואָלוציאָנירט פֿיזיק און אַסטראָנאָמיע. דורך באַטראַכטן גראַוויטאַציע נישט ווי אַ קראַפֿט, נאָר ווי די קרומקייט פֿון צײַט-רוים, האָט די טעאָריע צוגעשטעלט אַ נײַעם, טיפֿערן ראַם פֿאַר פֿאַרשטיין אונדזער אוניווערס. איר השפּעה פֿאַרשפּרייט זיך איבער אַ ברייטן קייט פֿון דיסציפּלינעס, פֿון דער שטודיע פֿון שוואַרצע לעכער און גראַוויטאַציאָנעלע כוואַליעס ביזן פֿאַרשטיין קאָסמאָלאָגיע און וואָכעדיקע טעכנאָלאָגיעס ווי GPS.
די ענטדעקונגען געטריבן דורך דער אלגעמיינער טעאריע פון רעלאטיוויטעט נישט נאר צושטעלן ווייטערדיגע באווייזן פאר דער טעאריע'ס גילטיקייט, נאר אויך באפלאסטערן דעם וועג פאר ווייטערדיגע אויספארשונג פון דעם אוניווערס, שטופנדיג די גרענעצן פון מענטשלעכן וויסן אין געביטן וואס מען האט קיינמאל פריער נישט פארגעשטעלט. דורך דער לינזע פון אלגעמיינער רעלאטיוויטעט, זענען מיר נענטער צו פארשטיין די גרעסערע קאמפליצירטקייט און שיינקייט פון דעם אוניווערס אין וועלכן מיר לעבן.
