ข้อสรุปสองสามข้อจากหลักการของสัมพัทธภาพชนิดทั่วไป
การพิจารณาในตอนที่ 20 แสดงให้เห็นว่าหลักการของสัมพัทธภาพชนิดทั่วๆไป ทำให้เราอยู่ในฐานะที่จะได้คุณสมบัติของสนามโน้มถ่วง ด้วยวิธีเชิงทฤษฏีแท้ๆ ยกตัวอย่างเช่น เราลองสมมติว่า เรารู้ “เส้นทาง” เชิงอวกาศ - เวลา สำหรับกระบวนการธรรมชาติใด ๆอะไรก็ตามที่เกี่ยวกับวิธีการซึ่งมันเกิดขึ้นในขอบเขตแบบกาลิเลอีสัมพัทธ์กับตัววัตถุอ้างอิงแบบกาลิเลอี K โดยวิธีการปฏิบัติเชิงทฤษฏีเท่านั้น (นั่นคือ โดยการคำนวณเท่านั้น) และแล้วเราสามารถหาได้ว่ากระบวนการธรรมชาติที่เป็นที่รู้จักโดยทั่วไปนี้เกิดขึ้นอย่างไร ตามที่พิจารณาจากตัววัตถุ - อ้างอิง K’ ซึ่งถูกเร่งความเร็วสัมพัทธ์กับ K แต่เนื่องจากสนามโน้มถ่วงมีอยู่จริง เทียบกับตัววัตถุอ้างอิงใหม่นี้ K’ การพิจารณาของเราสอนเราด้วยว่าสนามโน้มถ่วงมีอิทธิพลต่อกระบวนการที่เราศึกษาอย่างไร
ยกตัวอย่างเช่น เราเรียนรู้ว่าตัววัตถุซึ่งอยู่ในสภาพของการเคลื่อนที่ที่เป็นเส้นตรงอย่างสม่ำเสมอเทียบกับ K (ตามกฎของกาลิเลอี) กำลังมีการเคลื่อนที่ที่ถูกเร่งความเร็วและเป็นเส้นโค้งแบบทั่วไปเทียบกับตัววัตถุอ้างอิงที่ถูกเร่งความเร็ว K’ (หีบเก็บของ) ความเร่งหรือความโค้งนี้สอดคล้องกับอิทธิพลที่มีต่อตัววัตถุที่เคลื่อนที่ของสนามโน้มถ่วงที่มีอยู่โดยทั่วไปสัมพัทธ์กับ K’ เป็นที่รู้กันโดยทั่วไปว่าสนามโน้มถ่วงมีอิทธิพลต่อการเคลื่อนที่ของตัววัตถุในลักษณะนี้ ดังนั้นการพิจารณาของเราไม่ได้จัดหาอะไรที่โดยหลักการ ใหม่ให้กับเรา
แต่ว่าเราได้ผลลัพธ์ใหม่ที่มีความสำคัญขั้นพื้นฐาน เมื่อเรานำการพิจารณาที่คล้ายกันไปปฎิบัติสำหรับรังสีของแสง เทียบกับตัววัตถุ-อ้างอิงแบบกาลิเลอี K รังสีของแสงเช่นนั้นถูกส่งผ่านไปเป็นเส้นตรงด้วยความเร็ว c เราอาจแสดงให้เห็นได้อย่างง่ายดายว่า ทางเดินของรังสีของแสงเดียวกันไม่ได้เป็นเส้นตรงอีกต่อไป เมื่อเราพิจารณามันอ้างอิงกับห้องเก็บของที่ถูกเร่งความเร็ว (ตัววัตถุ - อ้างอิง K’) จากนี้เราสรุปว่า โดยทั่วไปรังสีของแสงถูกแพร่กระจายไปเป็นเส้นโค้งในสนามโน้มถ่วง ผลลัพธ์นี้มีความสำคัญมากในสองแง่มุม
ประการแรกมันอาจถูกเปรียบเทียบกับความเป็นจริงได้ แม้ว่าการตรวจสอบเรื่องนี้อย่างละเอียดแสดงให้เห็นว่าความโค้งของรังสีแสง ที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปต้องการน้อยเหลือเกินเท่านั้นสำหรับสนามโน้มถ่วง ที่พร้อมที่จะให้เราใช้ได้ตามต้องการในทางปฏิบัติ แต่อย่างไรก็ตามขนาดที่เราประมาณของมัน สำหรับรังสีแสงในเหตุการณ์ที่ผ่านเฉียดดวงอาทิตย์คือ 1.7 พิลิปดาของส่วนโค้ง สิ่งนี้ควรจะแสดงออกมาให้เห็นในลักษณะดังต่อไปนี้ ขณะที่มองจากโลก ดาวประจำที่บางดวงปรากฎให้เห็นใกล้ๆ ดวงอาทิตย์ และจึงสามารถทำการสังเกตได้ในช่วงสุริยุปราคาเต็มดวง ในเวลาเช่นนั้นดวงดาวเหล่านี้ควรจะเหมือนว่าถูกย้ายจากที่ออกไปจากดวง อาทิตย์ เป็นปริมาณที่แสดงไว้ข้างต้นถ้าเทียบกับตำแหน่งปรากฎของมันในท้องฟ้า เมื่อดวงอาทิตย์ตั้งอยู่ที่อีกส่วนหนึ่งของท้องฟ้า การตรวจสอบความถูกต้องหรือตรงกันข้ามของการนิรนัยนี้ เป็นปัญหาที่มีความสำคัญที่สุดที่เป็นวิธีการแก้ปัญหาต้นๆ ซึ่งเป็นที่คาดหวังของนักดาราศาสตร์1
ประการที่สองผลลัพธ์ของเราแสดงให้เห็นว่าตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป กฎของความคงตัวของความเร็วของแสงในสูญญากาศ ซึ่งเป็นหนึ่งในสองข้อสมมติพื้นฐานในทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ และซึ่งเราได้อ้างอิงถึงบ่อยๆ แล้วไม่อาจอ้างสิทธิความถูกต้องที่ไม่จำกัดใดๆ ได้
| 1 โดยการใช้ภาพถ่ายดวงดาวของการเดินทางไปสำรวจสองครั้งที่ถูกจัดขึ้นโดย Joint Comittee of the Royal and Royal Astronomical Societies การมีอยู่จริงของการเลี้ยวเบนของแสงที่ทฤษฎีต้องการได้รับการยืนยันเป็นครั้งแรกในระหว่างสุริยุปราคาของวันที่ 29 พฤษภาคม ค.ศ. 1919 (โปรดดูภาพผนวก3) |
ความโค้งของรังสีของแสงจะเกิดขึ้นได้เมื่อความเร็วของการแพร่กระจายของแสงเปลี่ยนไปกับตำแหน่งเท่านั้น ตอนนี้เราอาจจะคิดว่าเป็นผลจากสิ่งนี้ ที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ และพร้อมกับมัน ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั้งหมดจะกลายเป็นสิ่งปรักหักพัง แต่ในความเป็นจริงไม่ได้เป็นอย่างนั้น เราอาจสรุปได้เพียงว่า ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษไม่อาจอ้างสิทธิ ขอบเขตของความถูกต้องที่ไม่จำกัดได้ : ผลลัพธ์ของมันถูกต้อง ตราบใดที่เราสามารถไม่ใส่ใจอิทธิพลของสนามโน้มถ่วงที่มีต่อปรากฎการต่างๆ เช่นของแสงได้
เนื่องจากมันถูกผู้คัดค้านทฤษฎีสัมพัทธภาพโต้แย้งบ่อยๆว่า ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษถูกทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปล้มล้าง บางทีมันสมควรที่จะทำให้ข้อเท็จจริงต่างๆ เกี่ยวกับเรื่องนี้ชัดเจนขึ้นโดยวิธีการเปรียบเทียบที่เหมาะสม ก่อนการพัฒนาไฟฟ้าพลศาสตร์ กฎของไฟฟ้าสถิตถูกมองว่าเป็นกฎของไฟฟ้า ในขณะนี้ เรารู้ว่าเราอาจได้สนามไฟฟ้าอย่างถูกต้องได้ จากการพิจารณาเชิงไฟฟ้าสถิตเพียงสำหรับกรณีซึ่งไม่มีวันเกิดขึ้นอย่างเด็ดขาดที่ซึ่งมวลเชิงไฟฟ้าอยู่นิ่ง สัมพัทธ์กันและกับระบบพิกัดโดยสิ้นเชิง เราควรจะมีเหตุผลที่ดีในการพูดว่า ด้วยเหตุผลนี้ไฟฟ้าสถิตถูกสมการสนามของแมกซ์เวลล์ ในไฟฟ้าพลศาสตร์ล้มล้างหรือไม่? ไม่แม้แต่นิดเดียว ไฟฟ้าสถิตถูกบรรจุอยู่ในไฟฟ้าพลศาสตร์เหมือนเป็นกรณีขีดจำกัด ; กฎของอันหลังนำไปสู่กฎของอันแรกโดยตรง สำหรับกรณีที่สนามไม่เปลี่ยนแปลงไปกับเวลา ไม่มีชะตากรรมที่เหมาะสมกว่าจะถูกแบ่งให้กับทฤษฏีเชิงฟิสิกส์ใด ๆ ได้ นอกจากว่ามันควรจะชี้ให้เห็นวิธีที่จะนำเสนอทฤษฏีที่สมบูรณ์กว่าของตัวมันเอง ซึ่งมันมีชีวิตต่อไปเหมือนเป็นกรณีขีดจำกัด
ในตัวอย่างเกี่ยวกับการส่งผ่านของแสงก็แค่เกี่ยวข้องกับกฎซึ่งเป็นที่รู้จัก โดยทั่วไปแล้ว เมื่อไม่มีสนามโน้มถ่วงอยู่ซึ่งเราได้เห็นไปแล้วว่าทฤษฏีสัมพัทธภาพทั่วไปทำ ให้เราสามารถที่จะได้อิทธิพลของสนามโน้มถ่วงที่มีต่อแนวทางของกระบวนการ ธรรมชาติในเชิงทฤษฏี แต่ปัญหาที่น่าสนใจที่สุดที่ไปสู่คำตอบซึ่งทฤษฏีสัมพัทธภาพทั่วไปจัดหาสิ่ง ที่แก้ไขปัญหาได้ เกี่ยวกับการสืบสวนหาข้อเท็จจริงเกี่ยวกับกฎที่สนามโน้มถ่วงนั้นปฏิบัติตาม เราลองพิจารณาสิ่งนี้ชั่วครู่หนึ่ง เรามีความรู้เรื่องขอบเขตเชิงอวกาศ - เวลา ซึ่งประพฤติตน (โดยประมาณ) ในแบบ “กาลิเลอี” ในการเลือกที่เหมาะสม ของตัววัตถุอ้างอิง นั่นคือ ขอบเขตซึ่งไม่มีสนามโน้มถ่วงอยู่ ตอนนี้ถ้าเราอ้างอิงขอบเขตเช่นนั้นกับตัววัตถุอ้างอิง K’ ที่มีการเคลื่อนที่ประเภทใดก็ตาม ดังนั้นสัมพัทธ์กับ K’ มีสนามโน้มถ่วงอยู่จริงซึ่งเปลี่ยนแปลงได้เทียบกับอวกาศและเวลา1 ลักษณะเฉพาะของสนามนี้ แน่ละจะขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ที่เราเลือกสำหรับ K’ ตามทฤษฏีสัมพัทธภาพทั่วไป
| 1 นี่เป็นผลจากการวางหลักเกณฑ์ทั่วไปของการอภิปรายในตอนที่ 20 |
กฎทั่วไปของสนามโน้มถ่วงจะต้องเป็นจริงสำหรับสนามโน้มถ่วงทั้งมวลที่ได้มาในลักษณะนี้ แม้ว่าเราไม่อาจสร้างสนามโน้มถ่วงทั้งมวลในลักษณะนี้ แต่อย่างไรก็ตามอาจจะมีความหวังอยู่ในใจว่าจะได้กฎทั่วไปของความโน้มถ่วงจากสนามโน้มถ่วงประเภทพิเศษเช่นนั้น ความหวังนี้เป็นความจริงด้วยวิธีการที่สวยงามที่สุด แต่ระหว่างการจินตนาการที่ชัดเจนเกี่ยวกับเป้าหมายนี้และการทำให้เป็นจริง จริงๆ ของมันจำเป็นต้องเอาชนะปัญหาที่ร้ายแรง และเนื่องจากสิ่งนี้อยู่ลึกลงไปถึงรากฐานของสิ่งต่าง ๆ ฉันไม่กล้าปิดบังมันจากผู้อ่าน เราจำเป็นต้องขยายความคิดของเราเกี่ยวกับคอนตินิวอัมอวกาศ - เวลาให้ไกลมากขึ้นไปอีก
บทความความหมายสัมพัทธภาพ ที่เขียนโดยแอลเบิร์ต ไอน์สไตน์
ผู้แปล: คุณราชัย ประกอบการ
