ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
รูป 2 มิติแสดงการบิดเบี้ยวของปริภูมิเวลา ซึ่งสสารเป็นตัวทำให้ปริภูมิเวลาโค้งงอ ความโค้งนี้จะถูกตีความเป็นความโน้มถ่วง

สัมพัทธภาพทั่วไป หรือ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (อังกฤษ: General relativity หรือ General Theory of Relativity) คือทฤษฎีเชิงเรขาคณิตของความโน้มถ่วงและเอกภพวิทยา เสนอโดยอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ใน พ.ศ. 2458 โดยในทฤษฎีนี้:

ใจความสำคัญในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปคือการตกเสรี (freefall) นั้นที่จริงแล้วคือกิริยาการเฉื่อยแบบหนึ่ง ซึ่งหมายความว่าความโน้มถ่วงนั้นไม่ได้ขึ้นอยู่กับแรงที่กระทำ เช่นโดยแทนที่การที่คนยืนอยู่บนพื้นโลกนั้นคือการ ที่พื้นโลกรองรับ "แรงโน้มถ่วง" เอาไว้ซึ่งก่อให้เกิดการเร่งทางฟิสิกส์อย่างต่อเนื่องซึ่งแทนที่จะรอบรับแรงโน้มถ่วงธรรมดา ๆ มันจะก่อให้เกิดค่าความต้านเชิงกลศาสตร์บนพื้นที่ที่คนกำลังยืนอยู่

สมการของไอน์สไตน์[แก้]

หลังจากที่ได้คิดค้นหลักความสัมพัทธ, เวอร์ชันทางเรขาคณิตของผลกระทบของแรงโน้มถ่วง, คำถามเกี่ยวกับแหล่งที่มาของแรงโน้มถ่วงก็ยังคงมีอยู่ ในแรงโน้มถ่วงแบบนิวตัน, แหล่งที่มาก็คือมวล ในสัมพัทธภาพพิเศษ, มวลจะกลายเป็นส่วนหนึ่งของปริมาณที่ทั่วไปมากขึ้นเรียกว่าเทนเซอร์พลังงาน-โมเมนตัม, ซึ่งรวมทั้งพลังงานและโมเมนตัม ความหนาแน่น เช่นเดียวกับความเครียด (นั่นคือความดันและแรงเฉือน) [1] การใช้หลักแห่งความสมมูล, เทนเซอร์นี้ได้กลายเป็นแบบทั่วไปของความโค้งของกาลอวกาศอย่างง่ายดาย ภาพวาดเพิ่มเติมเมื่อเปรียบเทียบกับแรงโน้มถ่วงแบบนิวโตเนียนทางเรขาคณิต มันเป็นธรรมชาติที่จะสมมุติว่าสมการสนาม (field equation) สำหรับแรงโน้มถ่วงเกี่ยวข้องกับเทนเซอร์นี้และเทนเซอร์ริชชี่ (Ricci tensor), ซึ่งจะอธิบายถึงระดับชั้นโดยเฉพาะของผลกระทบของน้ำขึ้นน้ำลง: การเปลี่ยนแปลงในปริมาณสำหรับเมฆของอนุภาคขนาดเล็กที่มีการทดสอบในขั้นต้น ณ ส่วนที่เหลืออยู่, และจากนั้นได้ตกลงมา (ฝน) อย่างอิสระ ในสัมพัทธภาพพิเศษ, การอนุรักษ์พลังงาน-โมเมนตัมสอดคล้องกับคำว่าเทนเซอร์พลังงาน-โมเมนตัมเป็นไดเวอร์เจนซ์อิสระ (divergence-free) สูตรนี้ก็คือการที่จะกลายเป็นแบบที่ทั่วไปของกาลอวกาศโค้งได้อย่างง่ายดายโดยการแทนที่อนุพันธ์ย่อยด้วยคู่ของโค้งแมนิโฟลด์ของพวกมัน, อนุพันธ์โควาเรียนท์ (covariant derivative) ที่มีศึกษาอยู่ในเรขาคณิตเชิงอนุพันธ์ (differential geometry)

ใจความสำคัญของทฤษฎี[แก้]

  1. ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปใช้อธิบายกับการเคลื่อนที่ทุกรูปแบบ ไม่ว่าจะเป็นการเร่งความเร็ว หักโค้ง หรือหมุนไปรอบๆ
  2. แรงโน้มถ่วงเป็นสิ่งที่สสารทำให้เกิดขึ้นกับระยะทางและเวลา
  3. ถ้าคุณตกตึก แรงเฉื่อยที่ชะลอการตกของคุณจะไปหักล้างแรงโน้มถ่วง ทำให้คุณไม่รู้สึกว่ามีแรงโน้มถ่วงอีกต่อไป
  4. แสงและวัตถุเคลื่อนที่ตามรูปร่างของกาลอวกาศ (ถ้ามันโค้ง แสงหรือวัตถุก็จะเคลื่อนที่โค้ง)
  5. ไม่มีใครพิสูจน์ได้ว่าคุณเคลื่อนที่อย่างราบรื่น หรือแม้แต่จะพิสูจน์ว่าคุณกำลังเร่งอัตราเร็วอยู่หรือไม่ คุณนึกเอาเองจากสิ่งที่คุณเห็น
  6. ไม่ว่าแรงโน้มถ่วงจะทำอะไรได้ ความเร่งก็ทำสิ่งนั้นได้เช่นกัน (ทางกลับกันก็ทำได้)
    1. ความเร่งทำให้แสงโค้งได้ฉันใด แรงโน้มถ่วงก็ทำให้แสงโค้งได้ฉันนั้น
    2. เมื่อแรงโน้มถ่วงทำให้แสงโค้ง แสงจะเดินทางช้าลง
    3. เมื่อแสงเดินทางช้าลง เวลาก็ช้าลง
  7. จึงสรุปได้ว่า แรงโน้มถ่วงทำให้เวลาช้าลง และทำให้ระยะทางโค้ง

[2]

อ้างอิง[แก้]

  1. Ehlers 1973, p. 16, Kenyon 1990, sec. 7.2, Weinberg 1972, sec. 2.8
  2. คนดังทะลุโลก: แอลเบิร์ต ไอน์สไตน์ กับจักรวาลยืดหด; อวกาศโค้ง

ดูเพิ่ม[แก้]