Co je teorie relativity?

Neexistuje žádná „teorie relativity“ - pouze dvě teorie, které občas spadají pod stejného označení - teorie speciální relativity a teorie obecné relativity. Oba byly vymysleny slavným fyzikem Albertem Einsteinem v letech 1905 až 1915. Obě tyto teorie podporovaly Newtonovu klasickou mechaniku, která se držela po staletí před.

Speciální teorie relativity je teorie struktury spacetime, která tvrdí, že 1) fyzikální zákony jsou stejné pro všechny pozorovatele v jednotném pohybu vůči sobě navzájem a 2) rychlost světla ve vakuu je stejná pro všichni pozorovatelé, bez ohledu na jejich pohyb pohybu světelného zdroje. To vede k bizarním důsledkům. Představte si například pohyb ve vlaku jedoucím 100 mph vedle jiného vlaku, který se pohybuje ve stejném směru rychlostí 100 mph. Z vašeho pohledu vypadá vlak vedle vás téměř nehybně. Ale představte si, že je ve vlaku pohybujícím se rychlostí světla, zatímco vedle světelného paprsku. Místo toho, aby světelný paprsek vypadal, jako by zůstal v klidu, pohybuje se před vámi rychlostí světla. Světlo je tak podivné.

Některé z důsledků, které vyplývají ze speciální teorie relativity, jsou 1) časová dilatace (hodiny pohybující se blízko rychlosti světla fungují pomaleji než stacionární hodiny), 2) zkrácení délky (objekty pohybující se blízko rychlosti světla se zdají být kontraktovány v směr pohybu), 3) relativita simultánnosti (věci, které se objevují současně se stacionárním pozorovatelem A, se mohou jevit v různém čase jako pohybující se pozorovatel B), 4) ekvivalence hmota-energie (hmota a energie jsou v podstatě stejná věc a přenositelná do sebe).

Obecná teorie relativity, která byla koncipována několik let po speciální teorii relativity, je teorií, jak funguje gravitace. Zpočátku to bylo založeno na principu ekvivalence, myšlence, že zrychlení a zastavení v gravitačním poli dané síly jsou fyzicky totožné. Protože není zapotřebí žádná zvláštní síla k vytvoření setrvačných efektů v urychlovaném objektu, navrhl Einstein, že bychom měli myslet stejným způsobem na gravitaci, opouštět klasický pojem gravitační síly a namísto toho si gravitaci chápat jako křivky v časoprostoru. Toto vysvětluje jevy jako proč se světlo ohýbá v přítomnosti gravitačního pole, i když mu chybí hmotnost.

Obecná teorie relativity poskytuje vysvětlení a činí předpovědi, které by se ve světonázoru klasické mechaniky zdály směšné. Kromě ohýbání světla v přítomnosti gravitačního pole předpovídá, že čas plyne pomaleji v přítomnosti gravitačního pole, planetární orbitální precese (změna) v důsledku točivého momentu vyvíjeného slunečním gravitačním polem, dochází k přetahování snímků, čímž dochází k masivnímu rotující těla „přetahují“ setrvačný rám okolního prostoru kolem sebe a že vesmír se rozšiřuje, v některých případech rychlejší než rychlost světla, protože se rozšiřuje samotný prostor, nikoli objekty v něm.

Rozebrat důsledky těchto teorií trvalo desetiletí a stále probíhá dodnes. Einsteinovy ​​teorie byly tak prozíravé, že jejich testování a potvrzení s velkou přesností trvalo celá desetiletí. Einsteinovy ​​myšlenky byly téměř zpětně ověřeny.