Teoiric ghinearálta na coibhneasachta

Teoiric imtharraingthe is ea teoiric ghinearálta na coibhneasachta. Chum Albert Einstein í idir 1907 agus 1915, agus maíonn sí gurb éard is cúis le hoibriú breathnaithe na himtharraingthe freangadh an spás-ama.

Triail ardbheachtais ar an gcoibhneasacht ghinearálta ag an taiscéalaí spáis Cassini-Huygens (léaráid le healaíontóir): tá moill ar na comharthaí raidió a chuirtear idir an Domhan agus an taiscéalaí (tonn uaine) de bharr dhíchumadh an spás-ama (línte gorma) de thoradh thoirt na Gréine.

Anuas go dtí an 20ú haois glacadh le teoiric imtharraingthe Isaac Newton, teoiric a dhéanann talamh slán de gur fórsa inbheirthe an imtharraingt atá ábalta dul i bhfeidhm i bhfad uaidh. Dúirt Einstein, áfach, nach dtarraingíonn an damhna aon damhna eile chuige tríd an spás, mar a shamhlaigh Newton. Tá an spás agus an t-am fite fuaite ina chéile ina “spás-am”, agus déanann rudaí an-mhóra an spás-am a fhreangadh. Mar léiriú, is fiú a shamhlú go gcuirtear rud mór i lár traimpilín chun go mbrúitear an fhabraic síos, agus go sleamhnaíonn liathróidín síos ón imeall go dtí an lár dá bharr, faoi mar a bhí sé á “tharraingt”.

Maíonn teoiric Einstein go bhfuil cuaire an spás-ama ag brath ar dháileadh an damhna agus an fhuinnimh atá istigh inti. Is éard a chuireann cor sa scéal dáileadh an damhna agus an fhuinneamh a bheith ag brath ar chuaire an spáis. Fágann seo go bhfuil geoiméadracht an spáis ag brath ar dhamhna agus ar fhuinneamh agus go bhfuil gluaiseacht an damhna agus an fhuinnimh ag brath ar gheoiméadracht an spáis. Dá bhrí sin d’fhéadfadh dhá imeacht titim amach san uair chéanna ó thaobh breathnóra amháin de agus ag uaireanta difriúla ó thaobh breathnóra eile de.

Gluaiseann rudaí gan bhac de réir a dtáimhe féin tríd an spás-ama fhreangtha (mar a dhéanann an Domhan) agus iad ag leanúint conair chuar toisc gurb í sin an cóngar (nó an bealach geodasach) is gaire sa spás-am.

Taispeánann trialacha agus breathnadóireachtaí go míníonn cuntas Einstein ar an imtharraingt roinnt torthaí nach bhfuil mínithe ag dlí Newton. Orthu sin tá aimhrialtachtaí beaga i bhfithis Mhearcair agus i bhfithis pláinéad eile. Tuarann teoiric ghinearálta na coibhneasachta torthaí nua imtharraingthe, ar nós tonnta imtharraingteacha, lionsú imtharraingteach agus amleathadh imtharraingteach.

Uirlis riachtanach í an choibhneasacht ghinearálta sa réaltfhisic. Tugann sí léargas nua ar na dúphoill, réigiúin spáis mar a bhfuil an imtharraingt chomh mór sin nach féidir leis an solas féin éalú. Síltear gurb í an imtharraingt seo is cúis leis an dianradaíocht a astaíonn reanna réalteolaíocha ar nós núicléis réaltracha ghníomhacha nó mionchuasár. Tá baint aici freisin le gnáthshamhail chosmeolaíoch na hOllphléisce.

Prionsabal na coibhéise

Má tá duine in ardaitheoir atá ag saorthitim, mothaíonn sé dímheáchan; bíonn rudaí ar snámh san aer nó ag imeacht faoi luas seasmhach. Tá gach rud san ardaitheoir ag titim in éineacht agus ní bhraitear aon imtharraingt. Is ionann cás do bhreathnóir atá ag saorthitim agus do bhreathnóir i ndomhain an spáis nach bhfuil imtharraingt le mothú aige. Is iad seo na sainbhreathnóirí (breathnoirí “támhúla”) a dtugann Einstein cuntas orthu i dteoiric na coibhneasta speisialta: breathnóirí a fheiceann an solas ag imeacht ar línte díreacha faoi luas seasmhach.^[1]

Mhaígh Einstein gur airí bunúsach de chuid na himtharraingthe an méid a fheiceann breathnóirí gan mheáchan agus breathnóirí támhnúla, agus rinne sé bunús a theoirice as, mar atá le feiceáil ina phrionsabal coibhnéise.^[2]

Feidhmeanna réaltfhisiciúla

Lionsú imtharraingteach

Cros Einstein: ceithre íomhá den rinn chéanna trí lionsa imtharraingteach.

Ó shraontar solas i réimse imtharraingteach, is féidir le solas ó rinn imigéiniúil breathnóir a bhaint amach ar dhá chonair ar a laghad. Tig le solas cuasáir gabháil le taobh amháin de réaltra ollmhór agus breathnóir a shroichint ar an Domhan, fad is atá an solas á shraonadh ar an taobh eile nó go sroicheann sé an breathnóir ó threo eile. Dá bhrí sin, feicfidh an breathnóir sin aon rinn amháin in dhá áit dhifriúla. ^[3]

Baineann an réalteolaíocht bhreathnaitheach feidhm as an lionsú chun dul amach ar airíonna rinne. Fiú nuair nach bhfuil an rinn le feiceáil go díreach, tá eolas le fáil as an íomhá lionsaithe faoi thoirt na rinne is cúis le sraonadh an tsolais. Is féidir tomhas a dhéanamh ar dháileadh an damhna dhorcha, rud nach n-astaíonn solas agus nach féidir é a bhreathnú ach trína thionchar imtharraingteach.^[4]

Tonnta imtharraingteacha

Tá tonnta imtharraingteacha ina ndíchumadh geoiméadrachta a scaipeann ar luas an tsolais. Is féidir cuimhneamh orthu mar chuilithíní sa spás-am. In Eanáir 2016 d’fhógair foireann an LIGO^[5] Ardstaidéir gur bhreathnaigh siad tonnta imtharraingteacha a tháinig as cónascadh dhá dhúpholl. ^[6]

Aithníodh tionchar na dtonnta imtharraingteacha nuair a breathnaíodh déréalta áirithe. Téann a leithéidí timpeall a chéile agus cailleann fuinneamh de réir a chéile trí thonnta imtharraingteacha a astú. Bíonn ceann de na réaltaí seo ina phulsár, rinn an-dlúth a dtugtar réalta neodrónach uirthi agus a bhfuil a cuid tonnta imtharraingteacha i bhfad níos láidre ná na cinn atá ag réaltaí eile. Ina theannta sin, astaíonn pulsár caolgha radaíochta maighnéadaí óna phoil mhaighnéadacha. Is cosúil na bíoga raidió seo le clog an-chruinn. Is féidir iad a úsáid chun fithis na déréalta a thomhas, agus is furasta do dhíchumadh an spás-ama lorg a fhágáil orthu.

Dúphoill

Steall as dúpholl i réigiún lárnach an réaltra M87.

Nuair atá mais cruinnithe i réigiún an-dlúth den spás, maíonn teoiric na coibhneasachta ginearálta go mbeidh dúpholl ann, réimse spáis a bhfuil a chuid imtharraingthe chomh mór sin nach féidir leis an solas féin éalú as. Síltear gurb éard atá i gcineálacha áirithe dúpholl an chéim dheireanach in éabhlóid réaltaí ollmhóra. Déantar talamh slán de go bhfuil dúphoill shármhóra le fáil i lár an chuid is mó de na réaltraí agus toirt na milliún grian iontu.^[7]

Tá dúphoill ar na reanna is dlúithe a fhéadann dul timpeall a chéile ina gcóras déréalta. Dá bhrí sin tá neart ar leith sna tonnta imtharraingteacha a astaíonn siad.

Cosmeolaíocht

Tá tábhacht ar leith leis an gcoibhneasacht ghinearálta sa mhéid gur féidir í a chur i bhfeidhm ar an gcruinne ina hiomláine. Ar an scála is mó dealraíonn sé go bhfuil an chruinne an-simplí. Ar an eolas atá le fáil faoi láthair ba cheart gurb ionann an chruinne i ngach áit, beag beann ar an áit a bhfuil an breathnóir: tríd is tríd, tá an chruinne aonchineálach agus iseatrópach. Tá samhlacha cosmeolaíocha na cruinne déanta de réir réitigh shimplí chothromóidí Einstein agus iad comhcheagailte le teoiricí a chuireann síos ar dhamhna na cruinne: teirmidinimic, fisic núicléach agus fisic cháithníní. De réir na samhlacha seo, tháinig an chruinne as staid an-dlúth ardteochta – an Ollphléasc – timpeall 14 billiún bliain ó shin agus tá sí ag fairsingiú ó shin.^[8]

Nótaí

1. Tugtar mionchuntas air seo i gcaibidil 2 de Wheeler (1990).
2. Tá difríochtaí éigin idir an leagan nua-aimseartha den phrionsabal sin agus bunsmaoineamh Einstein. Féach Norton (1985).
3. Déantar scagadh ar an scéal i gcaibidil 23 de Schutz (2003).
4. Tá tús eolais ar an lionsú imtharraingteach agus a cuid feidhmeanna le fáil ar leathanaigh ghréasáin Newbury (1997) agus Lochner (2007).
5. Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory
6. B. P. Abbott et al., ‘Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger,’ (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration), Physical Review Letters, 2016, iml. 116, eagrán 6: url=https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.061102 | doi=10.1103/PhysRevLett.116.061102|arxiv = 1602.03837 |bibcode = 2016PhRvL.116f1102A
7. Féach cuntas ginearálta ar stair fhisic na ndúpholl in Thorne (1994). Féach cuntas ar fheidhmiú na ndúpholl i gcruthú struchtúr in Springel, White, Jenkins, Frenk (2005); tá achoimre le fáil in alt a bhaineann leis: Gnedin (2005).
8. Tá mionchuntas le fáil in Cosmology Tutorial and FAQ, Wright (2007), agus tá cur síos soléite le fáil in Hogan (1999). Tá cuntas níos doimhne le fáil in Berry (1989) agus tairbhe á bhaint as matamaitic sách simplí.

Tagairtí

• Berry, Michael V. (1989), Principles of Cosmology and Gravitation (2nd ed.), Institute of Physics Publishing, ISBN 0-85274-037-9

• Gnedin, Nickolay Y. (2005), "Digitizing the Universe", Nature, 435 (7042): 572–573, Bibcode:2005Natur.435..572G, doi:10.1038/435572a,PMID 15931201

• Hogan, Craig J. (1999), The Little Book of the Big Bang. A Cosmic Primer, Springer, ISBN 0-387-98385-6

• Lochner, Jim, ed. (2007), "Gravitational Lensing", Imagine the Universe website, NASA GSFC Curtha i gcartlann 2007-06-17 ar an Wayback Machine

• Norton, John D. (1985), "What was Einstein's principle of equivalence?" (PDF), Studies in History and Philosophy of Science, 16 (3): 203–246,doi:10.1016/0039-3681(85)90002-0

• Newbury, Pete (1997), Leathanaigh ghréasáin faoi lionsú imtharraingteach Curtha i gcartlann 2012-12-06 at Archive.today

• Schutz, Bernard F. (2003), Gravity from the ground up, Cambridge University Press, ISBN 0-521-45506-5

• Springel, Volker; White, Simon D. M.; Jenkins, Adrian; Frenk, Carlos S.; Yoshida, N; Gao, L; Navarro, J; Thacker, R; Croton, D; et al. (2005), "Simulations of the formation, evolution and clustering of galaxies and quasars", Nature, 435 (7042): 629–636, arXiv:astro-ph/0504097 , Bibcode:2005Natur.435..629S,doi:10.1038/nature03597, PMID 15931216

• Thorne, Kip (1994), Black Holes and Time Warps: Einstein's Outrageous Legacy, W W Norton & Company, ISBN 0-393-31276-3

• Wheeler, John A. (1990), A Journey Into Gravity and Spacetime, Scientific American Library, San Francisco: W. H. Freeman, ISBN 0-7167-6034-7

• Wright, Ned (2007), Cosmology tutorial and FAQ, University of California at Los Angeles

Le léamh

• Einstein, Albert (1917), "Kosmologische Betrachtungen zur allgemeinen Relativitätstheorie", Sitzungsberichte der Preußischen Akademie der Wissenschaften: 142

• Einstein, Albert (1961), Relativity. The special and general theory, Crown Publishers

Acmhainní eile

• Einstein Online Curtha i gcartlann 2014-06-01 ar an Wayback Machine. Ailt do ghnathléitheoirí ar a lán gnéanna d’fhisic na coibhneasachta agus iad curtha ar fáil ag an Max Planck Institute for Gravitational Physics.

• NCSA Spacetime Wrinkles Curtha i gcartlann 2009-06-03 ar an Wayback Machine. Suíomh a bhaineann leis an ngrúpa coibhneasachta uimhriúla ag an National Center for Supercomputing Applications. Tús eolais ann ar an gcoibhneasacht ghinearálta, ar dhúphoill agus ar thonnta imtharraingteacha.