Jaka jest teoria względności?

Nie ma „teorii względności” - tylko dwie teorie, które czasami należą do tego samego oznaczenia - teoria szczególnej teorii względności i teoria ogólnej teorii względności. Oba zostały opracowane przez słynnego fizyka Alberta Einsteina w latach 1905–1915. Obie te teorie stanowiły uzupełnienie klasycznej mechaniki Newtona, która istniała przed wiekami.

Specjalna teoria względności jest teorią struktury czasoprzestrzeni, która stwierdza, że ​​1) prawa fizyki są takie same dla wszystkich obserwatorów poruszających się względem siebie równomiernie i 2) prędkość światła w próżni jest taka sama dla wszyscy obserwatorzy, niezależnie od ich ruchu ruchu źródła światła. Prowadzi to do dziwnych konsekwencji. Wyobraź sobie na przykład, że jedziesz pociągiem jadącym 100 mil na godzinę obok innego pociągu jadącego w tym samym kierunku z prędkością 100 mil na godzinę. Z twojej perspektywy pociąg obok ciebie wygląda prawie nieruchomo. Ale wyobraź sobie, że jesteś w pociągu poruszającym się z prędkością światła, gdy znajdujesz się w pobliżu wiązki światła. Zamiast wiązki światła wyglądającej na nieruchomą, porusza się przed tobą z prędkością światła. W ten sposób światło jest dziwne.

Kilka konsekwencji wynikających ze specjalnej teorii względności to: 1) dylatacja czasu (zegary poruszające się w pobliżu prędkości światła działają wolniej niż zegary stacjonarne), 2) skurcz długości (obiekty poruszające się w pobliżu prędkości światła wydają się być skurczone w kierunek ruchu), 3) względność jednoczesności (rzeczy, które wydają się zdarzać w tym samym czasie stacjonarnemu obserwatorowi A, mogą wydawać się, że dzieją się w różnym czasie dla poruszającego się obserwatora B), 4) równoważność masy i energii (masa i energia są zasadniczo to samo i można je przenosić na siebie).

Ogólna teoria względności, która powstała kilka lat po specjalnej teorii względności, jest teorią działania grawitacji. Początkowo opierał się na zasadzie równoważności, idei, że przyspieszenie i postój w polu grawitacyjnym o danej sile są fizycznie identyczne. Ponieważ do wytworzenia efektów bezwładnościowych w przyspieszającym obiekcie nie jest wymagana żadna specjalna siła, Einstein zaproponował, abyśmy myśleli tak samo o grawitacji, rezygnując z klasycznego pojęcia siły grawitacyjnej i zamiast tego postrzegając grawitację jako krzywe czasoprzestrzeni. To tłumaczy zjawiska, takie jak dlaczego światło ugina się w obecności pola grawitacyjnego, mimo że nie ma masy.

Ogólna teoria względności zawiera wyjaśnienia i prognozy, które wydawałyby się absurdalne w światopoglądzie mechaniki klasycznej. Oprócz zginania światła w obecności pola grawitacyjnego, przewiduje on, że czas płynie wolniej w obecności pola grawitacyjnego, precesji (zmiany) orbit planetarnych z powodu momentu obrotowego wywieranego przez pole grawitacyjne Słońca, występuje przeciąganie ramek, w którym masywne obracające się ciała „przeciągają” wokół niego ramę bezwładności otaczającej czasoprzestrzeni i że wszechświat rozszerza się, w niektórych przypadkach szybciej niż prędkość światła, ponieważ to przestrzeń się rozszerza, a nie obiekty w nim zawarte.

Odkrywanie implikacji tych teorii zajęło dziesięciolecia i trwa do dziś. Teorie Einsteina były tak dalekosiężne, że testowanie i potwierdzanie ich z wielką precyzją trwało dekady. Z perspektywy czasu pomysły Einsteina zostały prawie całkowicie zatwierdzone.