Vispārīgā relativitātes teorija

[thumbnail|upright=1.0|[Alberts Einšteins ir vispārīgās relativitātes teorijas pamatlicējs]]
**Vispārīgā relativitātes teorija** (saīsinājumā **VRT**) jeb vienkārši **vispārīgā relativitāte** ir Alberta Einšteina izstrādāta gravitācijas teorija, kas apraksta gravitāciju kā telpas un laika jeb laiktelpas ģeometrijas izmaiņas masas un enerģijas ietekmē. Teorija tika formulēta 1915. gadā un publicēta 1916. gadā, un tā ir viena no fundamentālajām mūsdienu fizikas teorijām, kas būtiski ietekmējusi kosmoloģijas, astrofizikas un gravitācijas pētījumus. Atšķirībā no Ņūtona gravitācijas teorijas, kur gravitācija tiek interpretēta kā spēks starp masām, vispārīgajā relativitātē gravitācija tiek skaidrota kā četru dimensiju laiktelpas izliekums. Masīvi objekti, piemēram, zvaigznes vai planētas, deformē laiktelpu, un citu ķermeņu — kā arī gaismas — kustību nosaka šajā izliekumā esošās ģeodēzes līnijas, kas ir “taisnākie iespējamie ceļi” izliektā laiktelpā.

Vispārīgā relativitāte paplašina speciālo relativitātes teoriju, kura apraksta fizikas likumus inerciālajās atskaites sistēmās un gaismas ātruma invarianci. Vispārīgā relativitātes teorija attiecas arī uz paātrinātām atskaites sistēmām un gravitācijas laukiem, nodrošinot vispārīgu gravitācijas aprakstu. Teorija precīzi izskaidro vairākas novērotas parādības, tostarp gravitācijas lēcas efektu, melnos caurumus, gravitācijas viļņus un Visuma izplešanos.

## Vēsturiskā attīstība
Līdz 19. gadsimta beigām dominējošā gravitācijas teorija fizikā bija Ņūtona gravitācijas teorija, kas veiksmīgi aprakstīja planētu kustību un daudzas mehānikas parādības. Tomēr 19. un 20. gadsimta mijā parādījās vairākas konceptuālas un empīriskas problēmas. Viena no nozīmīgākajām bija Merkura orbītas perihēlija papildu precesija (aptuveni 43 loka sekundes gadsimtā), ko nebija iespējams pilnībā izskaidrot ar klasiskās gravitācijas aprēķiniem. Turklāt Ņūtona teorijā gravitācija tika interpretēta kā momentāna “darbība no attāluma”, kas bija grūti savienojama ar speciālās relativitātes principu par informācijas izplatīšanās ātruma ierobežojumu.

1907.–1915. gadā Alberts Einšteins pakāpeniski izstrādāja jaunu gravitācijas teoriju. 1907. gadā viņš formulēja ekvivalences principu, saskaņā ar kuru lokāli nav iespējams atšķirt vienmērīgi paātrinātu kustību no gravitācijas lauka iedarbības. No šīs idejas Einšteins secināja, ka gravitācija ietekmē laika tecējumu un gaismas izplatīšanos. Turpmākajos gados, izmantojot diferenciālģeometrijas un tenzoru matemātikas metodes, viņš attīstīja ideju, ka gravitācija ir saistīta ar laiktelpas ģeometrisku izliekumu. 1915. gada novembrī Einšteins Prūsijas Zinātņu akadēmijā Berlīnē prezentēja vispārīgās relativitātes teorijas galīgo matemātisko formu — Einšteina lauka vienādojumus, kas apraksta, kā masas un enerģijas sadalījums nosaka laiktelpas izliekumu un līdz ar to ķermeņu kustību. Drīz pēc teorijas formulēšanas tika iegūti pirmie empīriskie apstiprinājumi. Einšteina vienādojumi precīzi izskaidroja Merkura perihēlija papildu precesiju. Vēl viens nozīmīgs tests bija gaismas novirze gravitācijas laukā, kas tika novērota 1919. gada 29. maija Saules aptumsuma laikā angļu astronoma Artūra Edingtona vadītajās ekspedīcijās. Tika apstiprināts arī gravitācijas sarkanās nobīdes efekts, lai gan precīzi laboratorijas mērījumi tika veikti vēlāk. Šie agrīnie pārbaudījumi 20. gadsimta fizikā palīdzēja nostiprināt vispārīgo relativitāti kā centrālo gravitācijas teoriju.

## Pamatprincipi
[thumbnail|upright=1.3|[Laiktelpas ieliekuma vizualizācija]]
Vispārīgā relativitātes teorija, ko izstrādāja Alberts Einšteins, balstās uz vairākiem fundamentāliem principiem, kas fizikā būtiski mainīja izpratni par gravitāciju un laiktelpas struktūru.

Viens no teorijas centrālajiem pamatiem ir ekvivalences princips, kas nosaka, ka lokāli (pietiekami mazā laiktelpas apgabalā) brīvi krītošs novērotājs gravitācijas laukā nejūt gravitācijas iedarbību, un fizikas likumi viņa sistēmā ir tādi paši kā speciālajā relativitātē. No šī principa izriet, ka vienmērīga gravitācijas lauka iedarbību lokāli nevar atšķirt no vienmērīgas paātrinātas kustības radītajiem inerciālajiem efektiem. Svarīga vispārīgās relativitātes koncepcija ir arī telpas un laika vienotība četrdimensionālā laiktelpā. Šajā pieejā telpa un laiks nav neatkarīgas kategorijas, bet veido vienotu ģeometrisku struktūru. Ja masas un enerģijas ietekme ir nenozīmīga, laiktelpa ir plakana un atbilst speciālās relativitātes aprakstam; gravitācijas klātbūtnē tā kļūst izliekta.

Teorijas pamatā ir arī apgalvojums, ka masas un enerģijas sadalījums nosaka laiktelpas ģeometriju. Masīvi objekti deformē apkārtējo laiktelpu, un citu ķermeņu kustību šajā laukā nosaka šīs ģeometrijas struktūra. Matemātiski šo sakarību apraksta Einšteina lauka vienādojumi, kas saista laiktelpas izliekumu ar vielas un enerģijas sadalījumu. Šajā skatījumā brīva krišana ir inerciāla kustība, kas notiek pa laiktelpas ģeodēzes līnijām — “taisnākajiem iespējamiem ceļiem” izliektā laiktelpā. Tādēļ gravitācijas spēks klasiskajā nozīmē nav nepieciešams kā pamatjēdziens; gravitācijas efekti izriet no laiktelpas ģeometrijas. Tomēr lauka nevienmērība izraisa plūdmaiņu efektus, kas ir tieša laiktelpas izliekuma fiziska izpausme. No šiem principiem izriet vairākas novērojamas parādības, piemēram, gravitācijas laika dilatācija, gaismas novirze gravitācijas laukā un masīvu objektu kustība kosmosā.

## Atsauces

## Ārējās saites