Relatiivsusteooria (0)

Relatiivsusteooria
Albert Einstein oli Saksa teadlane , kes elas ajaperioodil1879-1955. Teda tuntakse paremini kui teooria loojana, mis muutis põhjalikult inimeste arusaama aja ja ruumi olemusest. Relatiivsusteooriast tuleneb üks kuulsamaid valemeid, millega Einstein näitas massi ja energia võrdelisuse (E = mc^2), mis tähendab, et objekti massi suurenedes suureneb ka selle energia ja vastupidi. Seega mass sõltub liikumiskiirusest. Mida kiiremini objekt liigub, seda massiivsem ta on. Just seetõttu ei saavuta mitte ükski kosmoselaev kunagi valguse kiirust, sest siis peaks ta mass olema lõputult suur. Valgust kandvatel osakestel ehk footonitel aga seisumassi ei ole, seetõttu saab valgus valguse kiirusel liikuda . . Kõige väiksem on mass siis, kui keha seisab paigal; seda massi nimetatakse keha seisumassiks. Üldistame massi ja energia võrdelisuse ka seisumassile. Saame seisuenergia E0=m0c^2. Seisuenergiat omab keha ka siis, kui tal muud energiat pole. Ja teistpidi: igasugune energia omab massi vastavalt seosele m=E/c^2. Seega mass ja energia on ekvivalentsed.
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 . Relatiivsusteooriat selgitab paremini järgmine näide: Kui 60 km/h sõitvas rongis sõidutab väikelaps mänguautot, mille kiirus vaguni põranda suhtes on 10 km/h, siis raudtee kõrval seisva vaatleja suhtes näib mänguauto liikuvat 10+60 km/h. Kui aga rongi asemel oleks peaaegu valguse kiirusel liikuv kosmoselaev ja palli asemel valguskiir , siis kosmoselaevast väljaspool oleva vaatleja jaoks kiiruste liitumist ei toimu. Valguse kiirus on võrdne kõigi vaatlejate suhtes, sõltumata nende liikumisest valguse allika suhtes. Kahe kiiruse liitumise tagajärjel tekkiv liitkiirus on alati väiksem kui nende kiiruste arvväärtuste summa. Kui olla valguse kiirusel liikuvas kosmoselaevas ja lülitada esituled sisse, kas siis nende valgus ei eemaldugi kosmoselaevast? Vastus on, et kosmoselaevas olijaile on kõik normaalne, valgus eemaldub neist valguse kiirusel. Kõrvaltvaatajaile on aga olukord teistsugune: juhul, kui kosmoselaev tõepoolest valguse kiirusel liikuda suudaks, tundub kõrvaltvaatajaile, et tulesid ei lülitatudki sisse. Kui aga kosmoselaev liigub vaid õige pisut valgusest aeglasemalt, tundub kõrvaltvaatajaile, et valgus roomab laternaist välja väga aeglaselt ehk aeg oleks justkui aeglustunud. Valguse kiirus vaakumis c=299 792 456 m/s on suurim looduses võimalik kiirus; täpselt sellise kiirusega saavad liikuda ainult esemed, mille seisumass on null (näit. valgusosakesed footonid ).
Relatiivsusteooria jagatakse kaheks - erirelatiivsusteooria ja üldrelatiivsusteooria. Esimene loodi varem, ning selle põhiseisukohaks on, et valguskiiruse väärtus kõigi vaatlejate jaoks on konstantne . Einsteini tegi kindlaks, et valguse kiirus ei sõltu sellest, kas valgus liigub Maa liikumissuunas või sellele vastu. Tema sõnul tajuvad kõik vaatlejad, et valgus liigub vaakumis kiirusega 300 000 km/s, sõltumata sellest, kui kiiresti või mis suunas nad liiguvad. relatiivsusteooria kohaselt ei ole olemas universaalseid joonlaudu ja ajanäitajaid, mis erinevais olukordades ühtmoodi käituks. Kui valguse kiirus on tõepoolest konstantne nagu Einstein väitis, peavad aeg ja ruum olema subjektiivsed ehk erinevais olukordades tajutakse neid erinevalt. Aeg on ruumidimensioon ning ruum on ajadimensioon.Einstein kinnitab,et universum koosneb tegelikult aja-ruumi ühtsest tervikust,aegruumist:ruum ja aeg sõltuvad vastastikku teineteisest, kumbagi ei saa eraldi esile tuua. Mõlemaid tuleb võtta kui matemaatilise reaalsuskäsitluse kooskõlalisi liikumisaspekte. Maailm ei ole kolmedimesiooniline - see koosneb kolmest ruumidimensioonist ning neljandast , ajadimensioonist. Nii erirelatiivsusteoorias kui ka üldrelatiivsusteoorias moodustavad aeg ja ruum terviku, mida nimetatakse aegruumiks.
Näituseks saja meetri pikkune kosmoselaev, 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 . Kaksikute paradoksi all tuntakse lugu kaksikutest, kellest üks käis pea valguse kiirusel liikudes kosmosereisil, teine aga mitte. Taas kokku saades on kosmoses käinud kaksik noorem.Sellest sõltuvalt on aegruum kõver.
Tuues oma mängu ka kiirenduse avaldas Einsteini 1916 aastal teooria sai nimeks üldrelatiivsusteooria. Näitena võiks taas kosmoselaeva kasutada: 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. Iseenesest ei ole see veel revolutsiooniline tähelepanek, kuid Einstein lisas , et massiivsete kehade lähedal peavad aeg ja ruum olema kõverad. Sedasama kõverust tajumegi me gravitatsioonina.
Kui kosmosesse reisinud kaksik peaks õnnetul kombel mustale augule liiga lähedale sattuma, ei saa ta oma Maal ootava kaksikvennaga enam kunagi kokku ning musta auku langedes venitatakse teda pikemaks nagu spagetti . Lõpp saabuks tema jaoks õnneks küll kiiresti, kuid Maalt oma venna hukku jälgivale kaksikule tundub, et see ei lõpe kunagi. Pidev langus musta augu suunas võtab tema jaoks aega rohkem, kui kogu Universum on eksisteerinud. Aegruumi kui mateeria eksisteerimise universaalsuse tõttu on relatiivsusteooria väga üldine ja kõik teised füüsikaseadused peavad sellega ühtima.