SRT, TOE – nende lühendite all peitub termin "relatiivsusteooria", mis on tuttav peaaegu kõigile. Kõike saab seletada lihtsas keeles, isegi geeniuse ütlusi, nii et ärge heitke meelt, kui te ei mäleta kooli füüsikakursust, sest tegelikult on kõik palju lihtsam, kui tundub.
Teooria sünd
Niisiis, alustame kursusega "Relatiivsusteooria mannekeenidele". Albert Einstein avaldas oma töö 1905. aastal ja see tekitas teadlaste seas segadust. See teooria kattis peaaegu täielikult palju lünki ja ebakõlasid eelmise sajandi füüsikas, kuid lisaks pööras see ruumi ja aja idee pea peale. Kaasaegsetel oli raske uskuda paljusid Einsteini väiteid, kuid katsed ja uuringud kinnitasid vaid suure teadlase sõnu.
Einsteini relatiivsusteooria selgitas lihtsate sõnadega, millega inimesed olid sajandeid võidelnud. Seda võib nimetada kogu kaasaegse füüsika aluseks. Kuid enne kui jätkame relatiivsusteooriast rääkimist, peaksime seda tegematäpsustada tingimuste küsimust. Kindlasti on paljud populaarteaduslikke artikleid lugedes kohanud kahte lühendit: SRT ja GRT. Tegelikult tähendavad need mõnevõrra erinevaid mõisteid. Esimene on erirelatiivsusteooria ja teine tähistab "üldist relatiivsusteooriat".
Lihts alt keeruline
SRT on vanem teooria, millest sai hiljem GR osa. See võib arvestada ainult ühtlase kiirusega liikuvate objektide füüsilisi protsesse. Üldteooria võib kirjeldada, mis juhtub kiirendavate objektidega, ja selgitada ka seda, miks gravitoniosakesed ja gravitatsioon eksisteerivad.
Kui valguse kiirusele lähenemisel on vaja kirjeldada liikumist ja mehaanika seaduspärasusi, aga ka ruumi ja aja suhet – seda saab teha erirelatiivsusteooria abil. Lihtsam alt öeldes saab seda seletada järgmiselt: näiteks sõbrad tulevikust kinkisid sulle kosmoselaeva, mis suudab lennata suurel kiirusel. Kosmoselaeva ninas on kahur, mis suudab footonitega tulistada kõike, mis ees on.
Laeva suhtes laskumisel lendavad need osakesed valguse kiirusel, kuid loogiliselt võttes peaks paigal seisev vaatleja nägema kahe kiiruse (footonid ise ja laev) summat. Aga ei midagi sellist. Vaatleja näeb footoneid liikumas kiirusega 300 000 m/s, nagu oleks laeva kiirus null.
Asi on selles, et ükskõik kui kiiresti objekt liigub, on valguse kiirus selle jaoks konstantne väärtus.
Seeväide on aluseks hämmastavatele loogilistele järeldustele nagu aeglustumine ja aja moonutamine, olenev alt objekti massist ja kiirusest. Paljud ulmefilmid ja sarjad põhinevad sellel.
Üldrelatiivsusteooria
Mahukamat üldrelatiivsusteooriat saab seletada lihtsate sõnadega. Alustuseks peaksime arvestama asjaoluga, et meie ruum on neljamõõtmeline. Aeg ja ruum on ühendatud sellises "subjektis" nagu "ruumi-aja kontiinum". Meie ruumis on neli koordinaattelge: x, y, z ja t.
Kuid inimesed ei suuda nelja dimensiooni otseselt tajuda, nagu ka kahemõõtmelises maailmas elav hüpoteetiline lame inimene ei suuda üles vaadata. Tegelikult on meie maailm vaid neljamõõtmelise ruumi projektsioon kolmemõõtmeliseks ruumiks.
Huvitav fakt on see, et üldise relatiivsusteooria järgi kehad liikumisel ei muutu. Neljamõõtmelise maailma objektid on tegelikult alati muutumatud ja liikumisel muutuvad ainult nende projektsioonid, mida me tajume aja moonutamise, suuruse vähenemise või suurenemisena jne.
Liftikatse
Relatiivsusteooriat saab lihtsal viisil selgitada väikese mõtteeksperimendi abil. Kujutage ette, et olete liftis. Kabiin hakkas liikuma ja sa olid kaaluta olekus. Mis juhtus? Põhjuseid võib olla kaks: kas lift on seeskosmoses või on vabalanguses planeedi gravitatsiooni mõjul. Kõige huvitavam on see, et kaaluta oleku põhjust on võimatu välja selgitada, kui pole võimalust liftikabiinist välja vaadata, st mõlemad protsessid näevad välja ühesugused.
Võib-olla jõudis Albert Einstein pärast sarnase mõtteeksperimendi läbiviimist järeldusele, et kui need kaks olukorda on üksteisest eristamatud, siis tegelikult keha gravitatsiooni mõjul ei kiirenda, see on ühtlane liikumine mis on massiivse keha (antud juhul planeetide) mõjul kõverdunud. Seega on kiirendatud liikumine vaid ühtlase liikumise projektsioon kolmemõõtmelisse ruumi.
Illustreeriv näide
Veel üks hea näide teemal "Relativity for Dummies". See ei ole täiesti õige, kuid see on väga lihtne ja selge. Kui venitatud kangale asetada mõni ese, moodustab see selle alla "läbipainde", "lehtri". Kõik väiksemad kehad on sunnitud vastav alt ruumi uuele kumerusele oma trajektoori moonutama ja kui kehal on vähe energiat, ei pruugi ta sellest lehtrist üldse üle saada. Kuid liikuva objekti enda seisukohast jääb trajektoor sirgeks, nad ei tunneta ruumi kumerust.
Gravity "alandatud"
Üldrelatiivsusteooria tulekuga on gravitatsioon lakanud olemast jõud ja on nüüd rahul aja ja ruumi kõveruse lihtsa tagajärje positsiooniga. Üldrelatiivsusteooria võib tunduda fantastiline, kuid see töötabversioon ja katsetega kinnitatud.
Paljud uskumatuna näivad asjad meie maailmas on seletatavad relatiivsusteooriaga. Lihtsam alt öeldes nimetatakse selliseid asju üldrelatiivsusteooria tagajärgedeks. Näiteks massiivsetelt kehadelt lähed alt lendavad valguskiired on painutatud. Pealegi on paljud kaugest kosmosest pärit objektid üksteise taga peidus, kuid tänu sellele, et valguskiired käivad ümber teiste kehade, on meie pilgule (täpsem alt teleskoobi pilgule) kättesaadavad näiliselt nähtamatud objektid. See on nagu läbi seinte vaatamine.
Mida suurem on gravitatsioon, seda aeglasem alt liigub aeg objekti pinnal. See ei kehti ainult massiivsete kehade kohta, nagu neutrontähed või mustad augud. Aja dilatatsiooni mõju on täheldatav isegi Maal. Näiteks satelliitnavigatsiooniseadmed on varustatud kõige täpsemate aatomkelladega. Nad on meie planeedi orbiidil ja aeg tiksub seal veidi kiiremini. Sajad sekundid päevas annavad tulemuseks kuni 10 km vea Maal teekonna arvutamisel. See on relatiivsusteooria, mis võimaldab meil selle vea arvutada.
Lihtsam alt öeldes võib öelda järgmist: Üldrelatiivsusteooria on paljude kaasaegsete tehnoloogiate aluseks ja tänu Einsteinile leiame pizzeria ja raamatukogu võõras piirkond.
