Vad är relativitetsteorin?

Det finns ingen "relativitetsteori" - bara två teorier som båda ibland faller under samma betecknar - teorin om special relativitet och teorin om allmän relativitet. Båda togs fram av den berömda fysikern Albert Einstein mellan 1905 och 1915. Båda dessa teorier stödde Newtons klassiska mekanik, som hade hållits i århundraden tidigare.

Den speciella relativitetsteorin är en teori om rymdtidens struktur, som hävdar att 1) ​​fysikens lagar är desamma för alla observatörer i enhetlig rörelse relativt varandra och 2) ljusets hastighet i ett vakuum är detsamma för alla observatörer, oavsett deras rörelse för ljuskällans rörelse. Detta leder till bisarra konsekvenser. Föreställ dig till exempel att gå på ett tåg som går 100 mph bredvid ett annat tåg som rör sig i samma riktning på 100 mph. Ur ditt perspektiv ser tåget bredvid dig nästan stilla ut. Men tänk dig att vara på ett tåg som rör dig med ljusets hastighet, medan du ligger bredvid en ljusstråle. Istället för att ljusstrålen ser ut som om den stannar kvar, rör sig den framför dig med ljusets hastighet. Ljus är konstigt på det sättet.

Flera av konsekvenserna som följer av den speciella relativitetsteorin är 1) tidsutvidgning (klockor som rör sig nära ljusets hastighet fungerar långsammare än stationära klockor), 2) längdkontraktion (föremål som rör sig nära ljusets hastighet verkar vara sammandragna i rörelseriktningen), 3) relativitet av samtidighet (saker som verkar hända samtidigt för den stationära observatören A kan tyckas hända vid olika tidpunkter för att flytta observatör B), 4) massa-energiekvivalens (massa och energi är väsentligen samma sak och kan omvandlas till varandra).

Den allmänna relativitetsteorin, som utformades några år efter den speciella relativitetsteorin, är en teori om hur gravitationen fungerar. Det var ursprungligen baserat på ekvivalensprincipen, idén att acceleration och att stå still i ett gravitationsfält med en given styrka är fysiskt identiska. Eftersom det inte krävs någon speciell kraft för att skapa tröghetseffekter i ett accelererande objekt föreslog Einstein att vi skulle tänka på samma sätt om tyngdkraften, avstå från den klassiska uppfattningen om tyngdkraften och istället föreställa tyngdkraften som kurvor i rymden. Detta förklarar fenomen som varför ljus böjer sig i närvaro av ett gravitationsfält även om det saknar massa.

Den allmänna relativitetsteorin ger förklaringar och gör förutsägelser som skulle ha verkat löjliga i klassisk mekanikens världsbild. Bortsett från ljusböjning i närvaro av ett gravitationsfält, förutspår den att tiden går långsammare i närvaro av ett tyngdfält, planetbanor förändras (förändring) på grund av vridmoment som utövas av solens tyngdkraftsfält, ramdragning sker, varigenom massiv roterande kroppar "drar" tröghetsramen i den omgivande rymdtiden runt med den, och att universum expanderar, i vissa fall snabbare än ljusets hastighet, eftersom det är rymden i sig som expanderar, inte föremål i det.

Att ta upp konsekvenserna av dessa teorier tog årtionden och pågår fortfarande idag. Einsteins teorier var så framåtriktade att det tog årtionden att testa och bekräfta dem med stor precision. I efterhand valde Einsteins idéer nästan fullständigt.