Principiul echivalenței al lui Albert Einstein în teoria relativității generale

Perspectiva fundamentală care a condus la formularea teoriei generale a relativității începe cu un gând foarte simplu: dacă ai fi capabil să sari de pe o clădire înaltă și să cazi liber, nu ți-ai simți propria greutate. În acest capitol, vom descrie modul în care Einstein a construit pe această idee pentru a ajunge la concluzii generale despre însăși structura spațiului și a timpului însuși. El l-a numit „cel mai fericit gând din viața mea”.

Einstein însuși a subliniat un exemplu de zi cu zi care ilustrează acest efect (vezi Figura 24.3). Observați cum greutatea dvs. pare să fie redusă într-un lift de mare viteză atunci când accelerează de la o oprire la o coborâre rapidă. În mod similar, greutatea ta pare să crească într-un lift care începe să se miște rapid în sus. Acest efect nu este doar un sentiment pe care îl ai: dacă te-ai afla pe o cântar într-un astfel de lift, ai putea măsura schimbarea greutății tale (de fapt, poți realiza acest experiment în unele muzee de știință).

Figura 24.3 Greutatea într-un lift. Într-un lift în repaus, îți simți greutatea normală. Într-un lift care accelerează pe măsură ce coboară, te-ai simți mai ușor decât în mod normal. Într-un lift care accelerează pe măsură ce urcă, te-ai simți mai greu decât în mod normal. Dacă un răufăcător ar tăia cablul liftului, te-ai simți lipsit de greutate în timp ce cazi.

Într-un lift în cădere liberă, fără frecare cu aerul, îți vei pierde complet din greutate. În general, nu ne place să tăiem cablurile care țin ascensoarele pentru a încerca acest experiment, dar imponderabilitatea aproximativă poate fi obținută ducând un avion la altitudine mare și apoi coborând rapid pentru un timp. Așa își antrenează NASA astronauții pentru experiența căderii libere în spațiu; scenele de imponderabilitate din filmul Apollo 13 din 1995 au fost filmate în același mod. (De atunci, realizatorii de film au conceput alte metode folosind filmări subacvatice, cascadorii pe sârmă și grafică pe computer pentru a crea aspectul de imponderabilitate văzut în filme precum Gravity și The Martian.)

Un alt mod de a afirma ideea lui Einstein este următorul: să presupunem că avem o navă spațială care conține un laborator fără ferestre, echipat cu toate instrumentele necesare pentru a efectua experimente științifice. Acum, imaginați-vă că un astronom se trezește după o noapte lungă în care a sărbătorit o descoperire științifică, închis în acest laborator. Habar nu are cum s-a întâmplat, dar observă că nu are greutate. Acest lucru s-ar putea datora faptului că el și laboratorul sunt departe de orice sursă de gravitație și ambele sunt fie în repaus, fie se mișcă cu o viteză constantă prin spațiu (caz în care are suficient timp să se trezească). Dar ar putea fi și pentru că el și laboratorul cad liber spre o planetă precum Pământul (caz în care ar putea dori mai întâi să-și verifice distanța față de suprafață înainte de a face cafea).

Ceea ce a postulat Einstein este că nu există niciun experiment pe care să-l poată efectua în interiorul laboratorului sigilat pentru a determina dacă plutește în spațiu sau cade liber într-un câmp gravitațional[1]. În ceea ce îl privește, cele două situații sunt complet echivalente. Această idee conform căreia căderea liberă nu se poate distinge de gravitația zero și, prin urmare, este echivalentă cu gravitația zero, se numește principiul echivalenței.

Nota

[1] Strict vorbind, acest lucru este adevărat numai dacă laboratorul este infinit de mic. Diferite locații dintr-un laborator real care cade liber din cauza gravitației, nu pot fi toate la distanțe identice de obiectul (obiectele) responsabil(e) de producerea forței gravitaționale. În acest caz, obiectele din diferite locații vor experimenta accelerații ușor diferite. Dar acest punct nu invalidează principiul echivalenței pe care Einstein l-a derivat din această linie de gândire.

Sursa: Astronomy 2e, by OpenStax, access for free at https://openstax.org. ©2020 Rice University, licența CC BY 4.0. Traducere și adaptare: Nicolae Sfetcu, © 2025 MultiMedia Publishing