Thread by @Mitokochan

Vítejte u prvního dílu z další série, která je konečně na téma černé díry! #fyzivlakno

Na úvod snad jen to, že
obecná relativita není ani vzdáleně můj obor, proto se (víc než obvykle) cítím dost neerudovaně a nejistě. Nebudu lhát, mám strach jít z kůží na trh.

Chci proto jen na začátek udělat takový prohlášení: budu se ze všech sil snažit, abych nekecala blbosti. Spoustu částí po mně proto bude kontrolovat moje kamarádka, která narozdíl ode mě ví, o čem mluví.

Tímto hrozně moc děkuju @Nudloid a vy jí budete děkovat taky, protože bez ní by nic nebylo.



Tak jo, jdeme na to.

Dřív, než se pustíme do spekulování o černých dírách a než se začneme hádat, jestli vedou do paralelních vesmírů, si musíme ujasnit pár pojmů a vysvětlit, o čem obecná relativita je a jaký má důsledky.

Obecná teorie relativity (dále jen OTR) je složitá fyzikální teorie, která popisuje gravitační pole.

Dříve gravitaci popisovala Newtonova teorie a ta spousty let fungovala dost dobře, nebo si aspoň nikdo moc nestěžoval.

Spoustu lidí si ale všimlo, že některé věci Newtonova teorie nepředpovídá správně. Bylo tedy potřeba teorii upgradovat a byl to Einstein, co ten upgrade dokončil. OTR vymýšlel v letech 1907-1915. Část tohoto období dokonce pracoval a učil v Praze!

Vznikla unikátní teorie, která popisuje jedinou sílu v přírodě, kterou se nám nepodařilo zakomponovat do kvantového popisu.

Co tím myslím? Vysvětlím.

Dnešní fyzikální pochopení světa kolem nás stojí na modelu, který unifikuje (sjednocuje) přírodní síly do jediného matematického popisu (pro nerdy: tím popisem myslím kvantovou teorii pole).

Prostě a jednoduše mám jednu teorii, za kterou schovám všechno, co ve vesmíru vidím.

Schovám za ni částice a schovám za ni síly, kterými spolu částice interagují. Elektřina, magnetismus, jaderné síly, chemické vazby, radioaktivní rozpad… všechno má kvantový popis.

Jednu jedinou sílu, kterou v přírodě pozorujeme, se nám ale pomocí tohodle způsobu popsat nedaří — gravitaci.



Dodnes tedy přesně nechápeme, jak přesně gravitace funguje ve vztahu k elementárním částicím. Víme, že atom padá, nevíme ale, jak takový pád popsat.

Gravitace je dnes chápána v jazyce geometrie, konkrétně v tom, jakým způsobem se zakřivuje časoprostor.

Dalo by se říct, že díky OTR chápeme, že časoprostor říká hmotě, jak se má hýbat, a hmota říká časoprostoru, jak se má ohýbat (zakřivovat).

Platí tedy, že věci padají z toho důvodu, že časoprostor se zakřivuje.

Disclaimer: nesnažte si to zakřivení představit, museli byste si umět představit 4 dimenze. To je bohužel pro lidský mozek fyzicky nemožné. 😭

Zakřivení však “vidíme” (čteme) v rovnicích, se kterými Einstein přišel.

Taky víme, že data a hodnoty různých veličin, které můžeme měřit a pozorovat, vychází do puntíku přesně tak, jak je OTR předpověděla.

No a když měřím takové hodnoty v experimentech, které předpovídá teorie, pak na tý teorii asi něco bude.

Proto dnes o existenci časoprostoru nepochybujeme a ani nepochybujeme o tom, že hmota způsobuje jeho “zakřivení”, ať už to v naší realitě znamená cokoliv.

Teď tedy víme, o čem OTR mluví. Její historie je neméně zajímavá.



Konkrétně tahle teorie vznikla proto, že Einsteinovi jeho teorie speciální relativity nestačila a chtěl do ní zahrnout i gravitaci.

Blbý bylo, že Einstein nenacházel tu správnou “matematiku”, kterou by jeho ideje šly popsat.

Musel přijít jeho spolužák, Marcel Grossman, a říct mu o existenci Riemannovy geometrie, která se stala matematickým aparátem celé OTR. Společně pak na tohle téma ti dva vydali článek.

Teorie byla přijímána skepticky, když tu do hry přišel tajemník Královské astronomické společnosti, sir Arthur Stanley Eddington.

Politické napětí mezi Anglií a Německem bylo v té době na bodu mrazu, což to se odráželo i ve vědě. Nikdo s novou teorií nechtěl mít nic společnýho.

Eddington byl však toho přesvědčení, že politika by se do vědy neměla míchat a byl rozhodnut “německou” teorii ověřit. Byl taky jeden z mála, kteří tehdy zvládli Einsteinovu náročnou teorii pochopit.

Přemluvil proto Willem de Sittera (možná ho znáte, jmenuje se po něm známý matematický model v astrofyzice), aby uspořádal expedici.

A tak se také stalo.

Společně s dalším významným členem Královské astronomické společnosti, F.W.Dysonem (neplést s Freemanem Dysonem), uspořádali dvě expedice na Princově ostrově, západně od Afrického pobřeží, za účelem pozorování zatmění Slunce dne 28. 5. roku 1919.

Test měl za úkol ověřit, zda se světelné paprsky v gravitačním poli zakřivují, jak OTR předpovídala.

Slunce má gigantické gravitační pole, v němž by se světlo pocházející z jiných hvězd mělo zakřivovat, což se expedice snažila dokázat a důkaz vyfotit.

Newtonova teorie předpokládala, že se světlo bude zakřivovat jen z poloviny tolik, kolik předpovídala OTR. Bylo to tedy kdo s koho.

A světe div se, Einstein měl pravdu.

Eddington tento výsledek publikoval a noviny po celém světě zprávu otiskly. Einsteinova teorie tak začala být nesmírně populární a řekla bych, že tahle popularita jednoznačně trvá dodnes.

Roku 1923 vydal Eddington knihu Mathematical Theory of Relativity, v níž zpracovat a dále vysvětlit teorii, která se za jeho experimentem skrývala. Těšil se veliké popularitě a i samotný Einstein tuhle knihu pochválil. 👍

amazon.com/Mathematical-T…

Tím jsme si nějak shrnuli historii a význam OTR. Faktem je, že dodnes ji spousta matematiků a filosofů obdivuje pro její eleganci, což je samo o sobě obrovský úspěch.

Tak jo, myslím, že to pro dnešek stačí.

Doufám, že jste si tohle letem světem užili, příští týden budeme pokračovat tím, kde se v téhle teorii berou černé díry a co to vlastně černá díra je. Budu se na vás těšit, zatím ahoj a díky! ❤️