Relativitáselmélet

A Wikipédiából, a szabad lexikonból.

Albert Einstein relativitáselmélete a fizika egyik részterülete, mely a klasszikus mechanika általánosítása. Részterületei az általános relativitáselmélet és a speciális relativitáselmélet. Az utóbbi magában határesetként foglalja ez előzőt. 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.

[szerkesztés] 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 tart:

$\frac{\Delta t}{\sqrt{1 - \frac{v^{2}}{c^{2}}}}$

Az idődilatáció és a hosszúság-kontrakció egymásból következő fogalom, a kísérleti bizonyítékok csak a kettő együttes feltevése esetén állják meg a helyüket. A legismertebb bizonyíték a kozmikus müonok bomlása. E szerint a természetben nyugalmi rendszerben 2·10^-6 másodperc bomlásidejű müonok, amelyek a sztratoszférában keletkeznek, megfigyelhetőek a földfelszínen, mivel azok koordinátarendszerében „lassabban telik az idő”, illetve „rövidebb távolságot kell megtenni”, így képes a mintegy 30 km-es útján végigmenni, és leérkezni a Föld felszínére.

[szerkesztés] 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.

[szerkesztés] Konkurens elmélet- a Lorentz-elv

A relativitás-elmélettel lényegében egyidőben jelent meg a Lorent-elv, amely az Einsten féle relativitás-elmélettel matematikailag teljesen ekvivalens, filozófia szempontból ugyanazon formalizmus egy más interpretációt adja. A fő különbség hogy a Lorenzt szerint minden test gyorsítás következményeképp valódi, fizikai deformációt szenved, így méterrúdjaink is. A fény sebessége csak egyetlen kitüntett vonatkoztatási rendserben izotróp, de minden más rendszerben is annak tűnik a kontrakció és idődilettáció kompenzáló hatásai miatt. Empírikusan nem lehet különbséget tenni a két elmélet között, bizonyos szempontból természetesebb a Lorent-elv, például nem kell feladni az egyidejűség elvét, a fény sebessége valóban változik a vonatkoztási rendszertől függően. Ennek ellenére az Einsten féle felfogás terjedt el és vált elfogadottá. Az elméletet Jánossy Lajos fejlesztette tovább.

[szerkesztés] Külső hivatkozások

[szerkesztés] 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