Einstein felfedezése nyomán kicsit más lett a világ

Albert Einstein 1905-ben ismertetett speciális relativitáselmélete teljesen átformálta a fizikusok térről és időről való ismereteit – mondta korábban lapunknak Katz Sándor, az ELTE professzora. Az elmélet azonban nem állt összhangban a newtoni gravitációelmélettel, így a tudományos közösség újabb problémával nézett szembe. Einstein végül 1916-ban a Porosz Tudományos Akadémián előadás-sorozatban ismertette a megoldást: az általános relativitáselméletet. Néhány nappal az esemény évfordulója után ezúttal erről az elméletről ismét Katz Sándort kérdeztük.

„A megoldást ezúttal is egy fontos fizikai elv komolyan vétele és következetes végigvitele jelentette: ez a súlyos és tehetetlen tömeg azonossága vagy másképp az ekvivalenciaelv. Ez azt a régi tapasztalatot fogalmazza meg, hogy a különböző anyagú testek egyforma sebességgel esnek. Vagyis a gravitációs törvénybe és a Newton-féle mozgásegyenletbe ugyanazt a tömeget kell írnunk” – magyarázta a fizikus.
Az ekvivalenciaelv érdekes tanulsága, hogy egy zárt liftben tartózkodó megfigyelő nem tudja eldönteni, hogy a rá ható „nehézségi erő” a gravitáció vagy a lift gyorsulásának következménye – fűzte tovább a gondolatmenetet. Einstein elfogadta ezt mint a fizika egyik alapvető törvényszerűségét, és ebből egyértelműen le tudta vezetni, hogy a gravitáció nem szokásos értelemben vett kölcsönhatás, hanem a téridő geometriájának következménye: a testek nem vonzzák egymást, hanem meggörbítik maguk körül a téridőt, és ebben utána már szabad mozgást végeznek.

Merőben szokatlan volt, hogy egy kölcsönhatást ilyen tisztán geometriai úton próbál valaki leírni. Az elmélet viszonylag gyorsan kísérleti igazolást nyert. Egyrészt helyesen megmagyarázott egy, a Merkúr pályájában tapasztalt anomáliát, másrészt Arthur Eddington az 1919-es napfogyatkozás során megfigyelte a nap által eltakart csillagok fényének elhajlását a Nap által meggörbített téridőben, pontosan az általános relativitáselmélet jóslatának megfelelően. Azóta számos újabb kísérleti bizonyítéka is született, legutóbb a 2015-ben felfedezett gravitációs hullámok révén.

A felfedezés főként az űrkutatás területén bizonyult igencsak jelentősnek. Többek között a fekete lyukak létezését is ezen elmélet feltételezte először az olyan végtelenül kicsi, belső szerkezettel nem rendelkező, nagy tömegű égitesteket, amelyek hatalmas vonzáserejüknél fogva a fényt is képesek elnyelni. Még a világirodalom is megérezte az elmélet hatását, Karinthy Frigyes például számos tudományos jellegű novellában, illetve egy nagyobb regényben, a Mennyi Riportban is felhasználta a felfedezés tanulságait. Ugyanakkor a gyakorlatban is számos találmány hasznosítja Einstein teóriáját, így például a GPS, amely a hagyományos Newton-féle elmélet alapján nem működhetne.

Katz Sándor hozzátette, az általános relativitáselmélet rendkívül „elegáns”, így nehéz módosítani, és eddig nincs is olyan kísérleti tapasztalatunk, amely ezt indokolná. Ugyanakkor biztosan tudjuk, hogy nagyon kis távolságokon, ahol már a kvantummechanikai jelenségeket kell figyelembe vennünk, változásra fog szorulni. A modern fizika egyik leghíresebb megoldatlan problémája éppen annak megállapítása, hogy mi a gravitáció kvantumelmélete.