Relatiivsusteooria (1)

Relatiivsusteooria
Relatiivsusteooria
· Albert Einstein oli legend juba oma eluajal. Tema kõige
tähelepanuväärsemaks saavutuseks on kahtlemata relatiivsusteooria,
mis muutis põhjalikult inimkonna arusaama aja ja ruumi olemusest.
Oma erirelatiivsusteoorias 1905. aastal kinnitas Albert Einstein, et
mitte miski ­ isegi mitte informatsioon ­ ei saa liikuda valgusest
kiiremini. See tekitas probleemi Newtoni gravitatsiooniteooria jaoks,
kus külgetõmbejõud levib objektide vahel lõpmatu kiirelt. Kümme
aastat hiljem lahendas Einstein selle probleemi üldrelatiivsusteooriaga.
Oma teoorias pakkus Einstein välja, et aine deformeerib ruumi enda
ümber. Deformatsioon sarnaneb lohuga, mille põhjustab näiteks
marmortüki asetamine välja venitatud kummilehele. Selles
deformeerunud ruumis on lühim tee kahe punkti vahel kõverjoon.
Sellepärast saab planeet kõverdada mööduva objekti teed või isegi
hoida seda orbiidil ­ objekt lihtsalt jälgib lühimat teed läbi ruumi, mis
on deformeeritud planeedi poolt.
Üldrelatiivsusteooria järgi on raske mass ja inertne mass ekvivalentsed:
pole võimalik kindlaks teha, kas keha asub gravitatsiooniväljas või
kiirendusega liikuvas taustsüsteemis.
Teooria matemaatiliseks väljenduseks võttis Einstein abiks kõvera
aegruumi mõiste. Kõveras aegruumis ei ole lühimaks teeks kahe punkti
vahel mitte sirge nagu tasases (eukleidilises) ruumis, vaid kõver
geodeetiline joon. Mass kõverdab ruumi ja valguskiir järgib seda
kõverust. Vabalt langevad objektid liiguvad mööda kõvera ruumi
geodeetilisi jooni.
· Relatiivsusteooria põhiolemus seisneb selles, et
füüsikaseadused on universaalsed ning kehtivad
kõikjal ühtmoodi, kuid erinevas kohas ja
olukorras olevatele vaatlejaile võib asi tunduda
isemoodi. Mis ühe jaoks tundub miljoni aastana,
on teise jaoks kõigest pelk silmapilk. Ehk
teisisõnu ­ kõik on suhteline ehk relatiivne.
· Relatiivsusteooria järgi on looduse kõige suurem kiirus valguskiirus
ning kui keha liigub valguselähedase kiirusega, siis tema pikkus
väheneb, mass suureneb ja aeg kulgeb aeglasemalt.
Einsteini relatiivsusteooria on jagatud kaheks ­ erirelatiivsusteooria
ja üldrelatiivsusteooria.
Erirelatiivsusteooria vaatleb vaid ühtlaselt liikuvaid e. inertsiaalseid
taustsüsteeme. Üldrelatiivsusteooria vaatleb ka kiirendusega
liikuvaid taustsüsteeme. Üldrelatiivsusteoorias kasutatakse ka
samasusprintsiipi, mis väidab, et keha osalemine
gravitatsioonilises vastastikmõjus ja selle sama keha inertsus on
võrdsed. Vaatleja, kes tajub jõu olemasolu, ei saa ilma lisainfota
kindlaks teha, kas see on kiirendusega liikumisest põhjustatud
inertsijõud või gravitatsioonijõud.
· Relatiivsusprintsiip ja valguse kiiruse printsiip moodustavad
erirelatiivsusteooria aluse. Relatiivsusprintsiip tähendab seda, et
kõik loodusseadused jäävad samaks üleminekul ühest
taustsüsteemist(keerulisemalt inertsiaalsüsteem) teise. Valguse
kiiruse konstantsuse printsiip tähendab, et vaakumis on valguse
kiirus alati sama kõigis inertsiaalsüsteemides ega sõltu valgusallika
ja vastuvõtja liikumisest. Erirelatiivsusteooria on oma olemuselt
ruumi ja aja füüsikaline teooria.
· Üldrelatiivsusteooria seostab aegruumi gravitatsiooni kaudu
mateeria jaotuse ja liikumisega, erirelatiivsusteoorias gravitatsiooni
ei arvestata ja seepärast on aegruum seal kõikjal ühesugune, ajas
muutumatu, 4-mõõtmeline ruum.
Näitena saab tuua saja meetri pikkuse kosmoselaeva, mis liigub
kiirusega 99,99 protsenti valguse kiirusest, tundub kõrvaltvaataja
jaoks kõigest ühe meetri pikkusena. Kosmoselaeva sees viibijaile on
ta aga endiselt saja meetri pikkune.
· Veelgi veidram tundub ilmselt see, et ka aeg käib seda aeglasemalt,
mida kiiremini me liigume.
· Võtame vaatluse alla kosmoselaeva. Kui mootorid sisse lülitatakse,
tajuvad pardal olijad kiirendust, mis sarnaneb gravitatsioonijõuga,
mis inimesi ka Maa poole tõmbab. Einsteini sõnul ongi
gravitatsiooniline kiirendus põhimõtteliselt eristamatu raketimootori
tekitatud kiirendusest.
· See iseenesest ei ole veel kuigi revolutsiooniline tähelepanek, kuid
Einstein lisas, et massiivsete kehade lähedal peavad aeg ja ruum
olema kõverad. Seda kõverust me aga gravitatsioonina tajumegi.
· Relatiivsusteooriast tuleneb ka üks kuulsamaid valemeid, mille
kohaselt on mass ja energia üksteiseks muundatavad. E=mc² ehk
energia on massi ja valguse kiiruse ruudu korrutis.
· Erirelatiivsusteooria sidus suhtelise aja ja ruumi
neljamõõtmeliseks aegruumiks. Üldrelatiivsusteoria lisas
aegruumile kõveruse, milleks on gravitatsioon. Mass
kõverdab ruumi ja valguskiir järgib seda kõverust. Selle
teooria järgi on inertsiaalne ja gravitatsiooniline mass
ekvivalentsed ning pole võimalik kindlaks teha, kas keha
asub kiirendusega liikuvas taustsüsteemis või
gravitatsiooniväljas. vabalt langevad objektid liiguvad
mööda kõvera ruumi geodeetilisi jooni. Gravitatsioon
mõjutab lisaks ruumile ka aega.