Hva er relativitetsteorien?

Det finnes ingen "relativitetsteori" - bare to teorier som begge tidvis faller inn under samme betegnelse - teorien om spesiell relativitet og teorien om generell relativitet. Begge ble utviklet av den berømte fysikeren Albert Einstein mellom 1905 og 1915. Begge disse teoriene støttet Newtons klassiske mekanikk, som hadde holdt i flere hundre år tidligere.

Den spesielle relativitetsteorien er en teori om romtidens struktur, som hevder at 1) fysikkens lover er de samme for alle observatører i ensartet bevegelse i forhold til hverandre og 2) lysets hastighet i et vakuum er det samme for alle observatører, uavhengig av bevegelse av lyskildens bevegelse. Dette fører til bisarre konsekvenser. Tenk deg for eksempel å bevege deg på et tog som går 100 mph ved siden av et annet tog som beveger seg i samme retning med 100 mph. Fra ditt perspektiv ser toget ved siden av nesten stille ut. Men tenk deg å være i et tog som beveger seg med lysets hastighet, mens du er ved siden av en lysstråle. I stedet for at lysstrålen ser ut som om den holder seg, beveger den seg foran deg med lysets hastighet. Lys er rart på den måten.

Flere av konsekvensene som følger av den spesielle relativitetsteorien er 1) tidsutvidelse (klokker som beveger seg nær lysets hastighet fungerer saktere enn stasjonære klokker), 2) lengdekontraksjon (gjenstander som beveger seg i nærheten av lysets hastighet ser ut til å trekke seg sammen i bevegelsesretningen), 3) relativitet av samtidighet (ting som ser ut til å skje samtidig for stasjonær observatør A kan se ut til å skje på forskjellige tidspunkter med å bevege observatør B), 4) masse-energiekvivalens (masse og energi er i det vesentlige den samme tingen og overførbar til hverandre).

Den generelle relativitetsteorien, som ble unnfanget noen år etter den spesielle relativitetsteorien, er en teori om hvordan tyngdekraften fungerer. Det var opprinnelig basert på ekvivalensprinsippet, ideen om at akselerasjon og å stå stille i et gravitasjonsfelt med en gitt styrke er fysisk identiske. Fordi det ikke kreves noen spesiell kraft for å skape treghetseffekter i et akselererende objekt, foreslo Einstein at vi skulle tenke på samme måte om tyngdekraften, gå fra den klassiske forestillingen om gravitasjonskraft og i stedet tenke tyngdekraften som kurver i romtiden. Dette forklarer fenomener som hvorfor lys bøyes i nærvær av et gravitasjonsfelt selv om det mangler masse.

Den generelle relativitetsteorien gir forklaringer og gjør forutsigelser som ville virket latterlig i klassisk mekanikkens verdensbilde. Bortsett fra lysbøyning i nærvær av et gravitasjonsfelt, spår den at tiden går saktere i nærvær av et tyngdekraftfelt, planetariske bane prcess (endring) på grunn av dreiemoment som utøves av solens tyngdekraftfelt, ramme-draging skjer, hvorved massiv roterende kropper "drar" treghetsrammen i den omkringliggende romtiden rundt seg, og at universet utvider seg, i noen tilfeller raskere enn lysets hastighet, fordi det er selve rommet som ekspanderer, ikke gjenstander i det.

Å avdekke implikasjonene av disse teoriene tok flere tiår, og pågår fortsatt i dag. Einsteins teorier var så fremtidsrettede at det tok flere tiår å teste og bekrefte dem med stor presisjon. I ettertid ble Einsteins ideer nesten fullstendig validert.