Relativitáselmélet

Albert Einstein relativitáselmélete a fizika egyik részterülete, mely a klasszikus mechanika általánosítása. Részterületei az általános relativitáselmélet és a speciális relativitáselmélet. Albert Einstein dolgozta ki mindkettőt. Az alapja mindkettőnek az, hogy két egymáshoz képest mozgó megfigyelő két esemény között eltérő idő- és távolságnagyságot mér, mégis a fizikai törvények tartalmának azonosnak kell lennie.

Speciális relativitáselmélet

Az 1905-ben kifejlesztett speciális relativitáselmélet csak azokkal a megfigyelőkkel foglalkozik, akik egymáshoz képest egyenletesen mozgó speciális rendszerben, úgynevezett inerciarendszerben helyezkednek el. Einstein írása, amely akkor megjelent: „A mozgó testek elektrodinamikájáról” címet viselte. A relativitást ez az írás az idő, a tér, a tömeg és az energia elméleteként vezeti be. Az elmélet felteszi, hogy a fénysebesség vákuumban ugyanaz minden megfigyelő számára. A speciális relativitáselmélet megoldja a problémát, mely a Michelson-Morley kísérlet óta áll fenn, mivel nem sikerült kimutatnia, hogy a fény valamilyen közegben (éterben) mozogna (minden egyéb hullám közegben mozog, például vízben vagy levegőben). Megoldja a klasszikus mechanika és a Maxwell-elmélet közötti ellentmondást is: az első szerint a fénnyel szemben haladva nagyobbnak kell mérnem a sebességét, a második szerint ugyanakkora minden rendszerben. Az elmélet rögzítette, hogy nincs ilyen közeg: a fénysebesség minden megfigyelő számára állandó, nem függ a megfigyelő mozgásától. A newtoni mechanikában ez nem lehetséges, így Einsteinnek egy új rendszert kellett kidolgoznia.

Egyik következménye a hosszúság-kontrakció, melynek értelmében egy nyugvó rendszerben l hosszúságú test egy mozgó koordinátarendszerben megrövidül, hosszúsága az eredeti hosszúság $\sqrt{1 - \frac{v^{2}}{c^{2}}}$ -szorosa lesz. Ez a jelenség a mai hosszúságmérő eszközökkel nem bizonyítható, mivel azok is hosszúság-kontrakciót szenvednek.

Egy másik következmény az idődilatáció, mely szerint egy nyugvó rendszerben Δt idő alatt lezajlódó esemény egy mozgó koordináta-rendszerben hosszabb ideig ( $\frac{\Delta t}{\sqrt{1 - \frac{v^{2}}{c^{2}}}}$ ) tart.

Az idődilatáció és a hosszúság-kontrakció egymásból következő fogalom, a kisérleti bizonyítékok csak a kettő együttes feltevése esetén állják meg a helyüket. A legismertebb bizonyíték a müon-bomlás. E szerint a természetben nyugalmi rendszerben $2\cdot10^{-6}$ másodperc bomlásidejű müonok, amelyek a sztratoszférában keletkeznek, megfigyelhetőek a földfelszínen, mivel azok koordináta-rendszerében „lassabban telik az idő”, illetve „rövidebb távolságot kell megtenni”, így képes a mintegy 30 km-es útján végigmenni, és leérkezni a Föld felszínére.

Általános relativitáselmélet

Az általános relativitáselméletet Einstein 1916-ban publikálta (1915. november 25-én előadássorozatban adta elő a Porosz Tudományos Akadémián). Megemlítendő, hogy a kovariáns egyenleteket Einstein előtt már David Hilbert felírta és publikálta, mégsem vádolhatjuk Einsteint utánzással. Inkább arról van szó, hogy ők ketten együtt alkották meg az általános relativitáselméletet. Az elmélet bevezet egy egyenletet, amely helyettesíti a Newtoni gravitációt. Ez felhasználja a matematikából a differenciálgeometriát és a tenzorokat, hogy leírja a gravitációt.

Ez az elmélet minden megfigyelőt egyenértékűnek tekint, nem csak azokat, akik egyenletes sebességgel mozognak. Az általános relativitás érvényes azokra is, akik egymáshoz képest gyorsulva mozognak. Ebben az elméletben a gravitáció nem egy erő többé (amilyen Newton gravitációelméletében volt), hanem a tér-idő görbületének következménye. Az általános relativitáselmélet egy geometriai elmélet, mely szerint a tömeg és az energia (pontosabban az energia-impulzus tenzor) "meggörbíti" a téridőt, és a görbület hatással van a szabad részecskék mozgására, sőt még a fényére is. Az elmélet felhasználható a Világegyetem fejlődésével kapcsolatos modellek felállítására, és így a kozmológia alapvető eszköze. Ez az elmélet jelenti az alapját a kozmológia standard modelljének, és ez ad eszközt ahhoz, hogy megértsük a Világegyetem tulajdonságait, azokat a tulajdonságokat, amelyeket csak jóval Einstein halála után fedeztek fel. General relativity becomes a method of perceiving all of physics.

Külső hivatkozások

Magyar nyelvű könyvek

Hraskó Péter: Relativitáselmélet, Typotex Kiadó, ISBN 963-9326-30-5, hibajegyzék
Stephen W. Hawking: Az idő rövid története, Maecenas Könyvek, Budapest, 1989, 1993, 1995, 1998; ISBN 9639025747, ISBN 9638396105 (középiskolás tudással érthető)
Stephen Hawking, Roger Penrose: A tér és az idő természete, Talentum, Budapest, 1999; ISBN 9636450234 A Cambridge-i Egyetemen 1994-ben lezajlott vita a kvantumgravitációról. (nehezebb olvasmány)
William J. Kaufmann: Relativitás és kozmológia, Gondolat, Budapest, 1985; ISBN 9632815521 (középiskolás tudással érthető)
Roger Penrose: A császár új elméje, Akadémiai Kiadó, 1993
Albert Einstein: A relativitás elmélete, Kossuth Kiadó, 200?
Vermes Miklós: Relativitáselmélet, Stúdium Könyvek 8. Budapest, Gondolat, 1958

Magyar nyelvű cikkek

Hegedűs Tibor: Kérdőjelek az általános relativitáselmélet körül Természet Világa, 1989. 8. szám
Vermes Miklós cikkei középiskolások számára a Kömalban:
- A relativisztikus időskála 1973/9.
- A relativisztikus távolságmérés 1973/11.
- A téridő 1973/12.
- Tömeg és energia 1974/12.
Horváth Pista előadásai a relativitáselméletről
Az Einstein-féle elmélet - Beke Manó matematikus-professzor írása a Nyugatban (1922/1. sz.).

Más nyelven

A megfelelő angol és más nyelvű oldalon rengeteg hivatkozás található

Living Reviews in Relativity — An open access, peer-refereed, solely online physics journal publishing invited reviews covering all areas of relativity research.
Reflections on Relativity — A complete online course on Relativity.
Relativity explained in words of four letters or less

Relativitáselmélet | Gravitáció