Eşdeğerlik İlkesi
Einstein'ın başlangıç noktası — 'en mutlu düşüncesi' dediği şey — eşdeğerlik ilkesiydi: serbest düşüşteki bir kişi, bir yerçekimi alanında düştüğünü mü yoksa boş uzayda süzüldüğünü mü ayırt edemez. Yerel olarak, yerçekimi ve ivme özdeştir. Bu basit gözlemden yola çıkarak, 8 yılını eğri uzay-zaman matematiğini geliştirmeye harcadı.
Eğri Uzay-Zaman Nedir?
Newton fiziğinde uzay düz ve üç boyutludur; zaman ise ayrı ve mutlaktır. Genel görelilikte ise uzay ve zaman dört boyutlu uzay-zamanda birleşir ve devasa kütleli nesneler bu dokuyu büker. Dünya çevresindeki uzay-zamanı büker; Ay ise bu eğri uzay-zaman içinde eğrisel bir yol izler — buna yörünge diyoruz. Yerçekimi kuvveti diye bir şey yoktur; sadece eğri geometri vardır.
Einstein Alan Denklemleri
Einstein alan denklemleri (Gμν + Λgμν = 8πG/c⁴ Tμν), uzay-zamanın eğriliğini (sol taraf) enerji ve madde dağılımıyla (sağ taraf) ilişkilendirir. John Wheeler bunları şöyle özetlemiştir: 'Uzay-zaman maddeye nasıl hareket edeceğini söyler; madde uzay-zamana nasıl büküleceğini söyler.' Bu denklemler, fizik dünyasındaki matematiksel olarak en zorlu denklemlerden olan 10 adet eşlenik, doğrusal olmayan kısmi diferansiyel denklemdir.
Doğrulamalar
Eddington'ın 1919'daki güneş tutulması gözlemleri, genel göreliliğin öngördüğü gibi yıldız ışığının Güneş çevresinde büküldüğünü kanıtladı. Merkür'ün yörünge devinimi (Newton'un açıklayamadığı) genel görelilik ile tam olarak açıklanır. GPS uyduları genel göreliliğe göre zaman genişlemesi için düzeltme yapmalıdır — aksi takdirde GPS günde ~10 km sapardı. Kütleçekim dalgaları (1916'da tahmin edilmişti) 2015 yılında LIGO tarafından ilk kez tespit edildi. Genel görelilik denklemleriyle öngörülen karadelikler, 2019'da Olay Ufku Teleskobu tarafından doğrudan görüntülendi.
Sıkça Sorulan Sorular
Basit terimlerle genel görelilik nedir?
Genel görelilik, yerçekiminin bir kuvvet değil, kütle ve enerjinin neden olduğu uzay-zaman eğriliği olduğunu savunan Einstein'ın teorisidir. Devasa nesneler uzay-zaman dokusunu büker; diğer nesneler bu bükülmeleri takip eder ve biz bunu yerçekimi çekimi olarak hissederiz. Bir lastik örtü üzerindeki bowling topunun çevredeki misketlerin ona doğru yuvarlanmasına neden olduğunu hayal edin.
Genel görelilik nasıl doğrulandı?
Genel görelilik şu şekilde doğrulanmıştır: Eddington'ın 1919'daki güneş tutulması sırasında yıldız ışığının bükülmesini gözlemlemesi; GPS uydularının zaman genişlemesi düzeltmeleri (olmasaydı GPS ~10km/gün hataya sahip olurdu); LIGO'nun kütleçekim dalgası tespiti (2015); ve Olay Ufku Teleskobu'nun karadelik görüntüleri (2019). Fizik tarihindeki en hassas test edilmiş teoridir.
Özel ve genel görelilik arasındaki fark nedir?
Özel görelilik (1905), sabit hızdaki (ivmesiz) gözlemciler için geçerlidir ve zaman genişlemesi, boy kısalması ve E=mc² ile ilgilenir. Genel görelilik (1915), bunu yerçekimi ve ivmeyi içerecek şekilde genişletir ve yerçekimini uzay-zaman eğriliği olarak tanımlar. Yerçekiminin olmadığı durumlarda genel görelilik, yerel olarak özel göreliliğe indirgenir.