התיאוריה של איינשטיין
אלברט איינשטיין נחשב לאחד הפיזיקאים הגדולים בכל הזמנים. הוא פיתח את תורת היחסות הפרטית ב-1905 ותורת היחסות הכללית ב-1915, תאוריות ששינו לחלוטין את הבנתנו את טבע הזמן, המרחב והכבידה.
התיאוריה הידועה ביותר של איינשטיין היא משוואת אי=mc2, הקובעת שאנרגיה (E) שווה למסה (m) מוכפלת במהירות האור (c) בריבוע. המשוואה מראה שאנרגיה ומסה הן שקולות זו לזו, וניתן להמיר אחת לשנייה. זוהי הבסיס לטכנולוגיית האנרגיה הגרעינית.
עיקרון היחסות הפרטית קובע שהזמן והמרחב הם יחסיים ותלויים במהירות התנועה של הצופה. לפיכך, אין "זמן מוחלט" אחיד לכולם. זמן זורם בקצב שונה עבור צופים שנעים במהירויות שונות.
עיקרון היחסות הכללית קובע שכבידה היא למעשה עיוות במרחב ובזמן הנגרם על ידי מסה. ככל שהמסה גדולה יותר, כך עיוות המרחב-זמן חזק יותר. על פי תורה זו, מסלולם של גרמי שמיים הוא למעשה התעקמות במרחב-זמן סביב גופים בעלי מסה גדולה.
בנוסף לתרומותיו המדעיות המהפכניות, איינשטיין היה גם הומניסט נלהב ותמך בשלום עולמי. הוא התנגד נחרצות לשימוש בנשק גרעיני, והאמין שמדע צריך לשרת את האנושות. ציטוט מפורסם שלו אומר: "לא את הפיזיקה המודרנית יקללו, אלא את המלחמה המודרנית".
גם כיום, רעיונותיו המהפכניים של איינשטיין ממשיכים להנחות מדענים ולהשפיע על חיינו היומיומיים, מטכנולוגיית GPS ועד לייצור אנרגיה גרעינית. תרומתו למדע ולאנושות היא עצומה ובלתי ניתנת למדידה.
עיקרונות תורת היחסות הפרטית
תורת היחסות הפרטית שפרסם איינשטיין ב-1905 הציגה מהפכה בהבנת מושגי הזמן והמרחב. עד אז, הזמן והמרחב נתפסו כמוחלטים וקבועים. איינשטיין טען שהזמן והמרחב הם יחסיים ותלויים במהירות התנועה של הצופה.
העיקרון המרכזי של תורת היחסות הפרטית הוא שמהירות האור בריק היא קבועה ומירבית עבור כל הצופים, ללא קשר למהירות תנועתם. זה סותר את האינטואיציה שלנו, שצופה הנע במהירות האור אמור "לראות" אותו נע במהירות אפס.
מכאן נגזרים שני מסקנות חשובות:
האחת, שמרווחי זמן ואורך הם יחסיים ומשתנים בהתאם למהירות הצופה. לדוגמה, שעון נע איטי יותר עבור צופה נע במהירות, ביחס לשעון נייח.
השנייה, שמסה ואנרגיה הן שקולות זו לזו וניתן להמיר ביניהן. זה מוביל למשוואת איינשטיין המפורסמת אי=mc2.
יישומים של תורת היחסות הפרטית
לתורת היחסות הפרטית יש יישומים מעשיים רבים בחיי היומיום:
- טכנולוגיית GPS מתבססת על תיקון זמן הלוויינים בהתאם לתורת היחסות כדי לספק מיקום מדויק.
- במאיצי חלקיקים גבוהי אנרגיה, חלקיקים נעים במהירויות קרובות למהירות האור ולכן יש להתחשב באפקטים של תורת היחסות.
- בייצור אנרגיה גרעינית, משתמשים במשוואת אי=mc2 להמרת מסה לאנרגיה. פצצת אטום מייצרת אנרגיה עצומה מכמות קטנה של חומר גרעיני.
- קרניים קוסמיות, הנעות במהירויות קרובות למהירות האור, מאבדות אנרגיה על פי תורת היחסות כתוצאה מהתרחבות הזמן.
- השהיית זמן בשעונים אטומיים של לווייני ניווט ותקשורת, בעת תנועה במהירויות גבוהות.
עקרונות תורת היחסות הכללית
ב-1915 פרסם איינשטיין את תורת היחסות הכללית, המתארת את הקשר בין כבידה לעקמומיות של המרחב והזמן.
לפי התאוריה, כוח המשיכה נובע מעיוות במרחב-זמן הנגרם על ידי מסה. גופים נעים במסלולים גאודזיים המהווים את "הנתיב הקצר ביותר" במרחב-זמן מעוות זה.
עיקרונות התאוריה:
- מסה יוצרת עיוות במרחב-זמן, ככל שהמסה גדולה יותר כך העיוות חזק יותר.
- גופים נעים במסלולים גאודזיים במרחב-זמן מעוות.
- קרני אור עוקבות אחר קווים גאודזיים במרחב-זמן ולכן הן מתעקמות בשדה כבידה.
- זמן זורם לאט יותר קרוב למסה גדולה בגלל העיוות במרחב-זמן.
- כבידה היא למעשה תוצאה של עקמומיות המרחב-זמן, ולא כוח בפני עצמו.
יישומים של תורת היחסות הכללית
תורת היחסות הכללית באה לידי ביטוי בתצפיות אסטרונומיות רבות:
- הסטייה במסלול של אור כוכבים עובר קרוב לשמש בהתאם לתחזית איינשטיין.
- גלים כבידתיים שהתגלו לאחר מיזוג חורים שחורים, בהתאם לחישובי איינשטיין.
- עדשות כבידתיות – תופעה בה מסה גדולה (כגון אשכול גלקסיות) מעוותת את מסלול קרני האור מגופים מאחוריה, מגדילה ומעוותת אותם.
- תופעת הזמן המעוכב – שעונים קרובים לשדה כבידה חזק (כמו בלווייני GPS) זזים לאט יותר משעונים רחוקים.
- חורים שחורים הם תוצאה של עיוות קיצוני במרחב-זמן עקב ריכוז מסיבי של מסה.
תורת היחסות הכללית היא אחת התורות המדעיות המדויקות והמוצלחות ביותר, שעמדה בכל מבחן ניסיוני עד כה.