Jaki był wkład dwudziestego wieku w rozwój nauki na świecie?

W wieku ubiegłym mieliśmy niewątpliwie do czynienia z największym postępem zarówno w nauce jak i w technice. Na początku wieku dwudziestego została sformułowana jedna z fundamentalnych teorii w fizyce. Dokonał tego Albert Einstein.

Do czasu jego odkrycia obowiązywał tylko mechanika klasyczna oparta na zasadach Newtona. Potem okazało się, że może być ona stosowana jedynie do opisu zjawisk, w których ciała poruszają się z prędkościami dużo mniejszymi od prędkości światła. Na teorii Einsteina został oparty dział mechaniki zwany mechaniką relatywistyczną. Opisuje ona zjawiska w fizyce jądrowej i astrofizyce, czyli te zdarzenia gdzie pojawia się prędkość zbliżona do prędkości światła.

Jednak założenia Einsteina nie negują mechaniki newtonowskiej. Mechanika klasyczna stanowi po prosu szczególny przypadek mechaniki relatywistycznej.

Teoria względność Einsteina to tak naprawdę dwie teorie: ogólna i szczególna teoria względności. Jako pierwsza została opublikowana szczególna teoria względności. Miało to miejsce w 1905 roku. Zajmuje się ona opisem obiektów poruszających się ze stałymi prędkościami.

Zanim do głosu doszedł Einstein istniała sprzeczność między mechaniką klasyczną a założeniami Maxwella. Mianowicie uczony ten zakładał stałość prędkości światła i jej niezależność od ruchu źródła światła bądź obserwatora. I właśnie od tego założenia wyszedł Einstein formułując swoją teorię. Ponieważ jednak prędkość światła jest ogromna dlatego rozbieżności między mechaniką klasyczną a szczególną teorią względności są obserwowalne tylko dla bardzo dużych prędkości.

Okazało się, że teorię Einsteina można zapisać także w inny sposób, używając języka geometrii. Dokonał tego trzy lata po powstaniu teorii uczony Herman Minkowski .Okazało się, że czas może być potraktowany jako czwarty wymiar. Według takiego ujęcia teorii każdy przedmiot musi być w takiej przestrzeni jakoś zorientowany i w każdym z trzech wymiarów ma jakąś długość. Natomiast czas traktowany jest jako rodzaj cienia z takiej czterowymiarowej przestrzeni.

Teoria Einsteina zakłada, że jeśli obserwator znajdzie się w inercjalnym układzie odniesienia czas przez niego mierzony będzie biegł wolniej. Natomiast obiekt który będzie w ruchu będzie się kurczył w kierunku tego ruchu i dojdzie do zwiększenia jego masy.

Kluczowym założeniem tej teorii jest fakt, że prędkość światła ma stałą wartość. Żaden obiekt nie może być przyspieszony do prędkości większej od prędkości światła.

Einstein udowodnił, że zasada zachowania energii obowiązuje w mechanice relatywistycznej wtedy gdy występuje związek między masą, a energią dany słynnym wzorem: . Zależność ta powszechnie znana jest jako równoważność masy i energii.

Mechanika klasyczna zawiera się w szczególnej teorii względności jako taki "szczególny przypadek" dla małych prędkości.

Ogólna teoria względności została przedstawiona światu naukowemu w roku 1915. Punktem wyjścia do tej teorii była zasada równoważności masy grawitacyjnej i masy bezwładnej. Wynika z tego nieodróżnialność efektów przyspieszenia pod wpływem działania dowolnej siły i efektów pola grawitacyjnego.

Z założeń Einsteina wynika, że jeśli taka równoważność istnieje to musi dochodzić do zakrzywiania promienia świetlnego przez oddziaływania grawitacyjne. Wartość tego zakrzywienia musi mieć określoną wartość. Zostało to potwierdzone już 4 lata po ogłoszeniu ogólnej teorii względności. Zmierzono wtedy zakrzywienie światła emitowanego przez gwiazdy zachodzące pod wpływem grawitacji słonecznej. Pomiarów tych dokonano podczas zaćmienia Słońca. Wyniki potwierdziły się z tymi, przewidzianymi przez Einsteina. Oznaczało to ,że założenia ogólnej teorii względności są prawdziwe.

Według Einsteina przez to , że w danym obszarze znajduje się masa, dochodzi do wygięcia przestrzeni czterowymiarowej. Taka krzywizna ma wpływ na wszystkie poruszające się w tym obszarze obiekty, w tym również światło.

Założenia szczególnej i ogólnej teorii względności były wielokrotnie sprawdzane doświadczalnie. Jak do tej pory wszystkie próby przeszły pomyślnie. Jednak nie można wykluczyć, że kiedyś zostanie sformułowana inna, lepsza jeszcze teoria. Na pewno jednak będzie zawierała w sobie teorie Einsteina.