Magyarország nyitólapja
nyitólapomnak
kedvenceimhez
Az oldal ismertetése
A speciális relativitáselmélet vagy a speciális relativitás elmélete a fizikának Albert Einstein által 1905-ben kiadott elmélete, mely feloldja a Maxwell-elméletbeli állandó fénysebesség és - Fizika magazin
részletek »

Speciális relativitáselmélet

A fizika a legszélesebb értelemben vett természettudomány, mely az anyag tulajdonságait és kölcsönhatásait vizsgálja. A magazin a fizika ismertebb fogalmait, definícióit és a legújabb kutatási eredményeit gyűjti össze olvasmányos formában.
Fizika magazin
Itt vagy: Fizika magazin » Hír olvasása
Oszd meg másokkal
Speciális relativitáselmélet
Speciális relativitáselmélet
A speciális relativitáselmélet vagy a speciális relativitás elmélete a fizikának Albert Einstein által 1905-ben kiadott elmélete, mely feloldja a Maxwell-elméletbeli állandó fénysebesség és a Newtoni mechanika sebességösszeadása közötti ellentétet. Azért speciális, mert tisztán inerciarendszerekkel foglalkozik, amelyekben érvényesül a tehetetlenség elve, míg az általános relativitáselmélet gyorsuló koordinátarendszerekkel is.
Előzményei, háttere

Galilei relativitási elve
Galilei régi gondolata, hogy az egymáshoz képest egyenletesen mozgó megfigyelők számára a mechanika törvényei azonosak. Azt állította, hogy semmilyen mechanikai kísérlettel nem lehet különbséget tenni a két rendszer között. Arisztotelész világképén túllépve azt állította, hogy csak a valamihez viszonyított mozgásoknak van jelentésük, nem létezik egy kitüntetett vonatkoztatási rendszer, amelyhez minden mást mérnünk kell. Ezek alapján megállapította a két, egymáshoz képest egyenes vonalú egyenletes mozgást végző vonatkoztatási rendszer közötti transzformáció törvényeit, melyeket ma Galilei-transzformációnak nevezünk.
Hirdetés

Galilei maga arra mutatott rá, hogy a sima tengeren haladó hajó belsejében végzett kísérletekből nem lehet megmondani, hogy a hajó halad-e, vagy áll. Ez a probléma számára elsősorban azért volt fontos, mert ezzel cáfolta a Föld tengely körüli forgásával szemben a korában hangoztatott bizonyítékot: a Föld már csak azért sem foroghat a tengelye körül, mert ekkor egy toronyból leejtett kő nem a torony tövében érne földet. Galilei ezzel szemben azt állította, hogy ilyenkor a kő - csakúgy mint a hajó esetében - együtt mozog a toronnyal. Ma már tudjuk, hogy Galilei gondolatmenete a toronyra vonatkozóan nem egészen helyes, hiszen forgó rendszerben az inerciaerőket is figyelembe kell venni, amelyek valóban kismértékben eltérítik pályájukon az eső testeket. A hajó esetében viszont teljes mértékben igaza volt.

A speciális relativitás elve
A speciális relativitás elve Galilei elvének kiterjesztése a mechanika törvényeiről minden fizikai törvényre, azaz eszerint nemcsak mechanikai, hanem semmilyen fizikai kísérlettel nem lehet különbséget tenni az inerciarendszerek között. Az elv Einstein általi kimondásához a Michelson-Morley-kísérlet vezetett, amelynek eredeti célja a Földnek a feltételezett abszolut nyugvó éterhez viszonyított sebességének meghatározása lett volna. A megdöbbentő eredmény szerint azonban a Föld sebessége az éterhez képest nem változik a Nap körüli keringése során. A korabeli feltételezés szerint ugyanis a fény sebessége az éterhez képest lett volna állandó. Einstein elvetette az éter fogalmát, viszont feltételezte, hogy a fény minden inerciarendszerben minden irányban ugyanazzal a c fénysebességgel mozog. Ez ellentmondott a sebesség-összeadás klasszikus elméletének és a Galilei-transzformációnak, de meg tudta magyarázni a Lorentz-transzformációt és számos más klasszikusan értelmezhetetlen kísérleti eredményt.

Más megfogalmazással a természettörvények valamennyi inerciarendszerben azonosak. Az őket kifejező egyenletek változatlanok maradnak, ha egy inerciarendszerről áttérünk egy másikra. Azaz egy bizonyos természettörvényt különböző inerciarendszerekben tér- és időkoordinátákkal kifejező egyenletek azonos alakúak.

A speciális relativitás elvének van egy fontos következménye: nem létezik abszolút nyugvó vonatkoztatási rendszer, azaz abszolút tér. Az abszolút tér fogalma az emberi szemlélet számára kényelmes kategória, amelynek feladása nem könnyű. Newton szerint - filozófiai okokból - szükségünk van az abszolút tér és az abszolút idő fogalmára. Pontosabban, bizonyos fizikai jelenségek magyarázatához fel kell tételeznünk az abszolút sebesség, illetve gyorsulás fogalmát, ezt pedig csak úgy érthetjük meg, ha feltesszük, hogy létezik abszolút tér és idő.

Az általános relativitás elve
A relativitási elvek további kiterjesztése az általános relativitás elve, amely azonban már nem a speciális, hanem az általános relativitáselmélet alapelve. Eszerint a fizikai törvények szempontjából nemcsak az inerciarendszerek, hanem minden vonatkoztatási rendszer egyenértékű. Szabatosabban az általános természettörvények megfogalmazására minden Gauss-féle koordinátarendszer elvileg egyenértékű.

Maxwell-elmélet
A 19. század elejétől a fényt, az elektromosságot és a mágnességet egy egységes elmélet, a Maxwell-elmélet írja le. Ez az elmélet azt is megmutatta, hogy a gyorsuló töltések elektromágneses sugárzást bocsátanak ki, mely a fény sebességével terjed. Ezek az egyenletek az ún. éter fogalmán alapultak, melyben a fény sebessége nem változik, ha a forrás mozog hozzá képest, ez összhangban van a mechanikai hullámokkal. Ezzel ellentétben, ha a megfigyelő mozog az éterhez képest, akkor a fény sebességének változnia kell a számára. A fizikusok megpróbálták megmérni, hogy a Földdel együtt történő mozgásunk hogyan befolyásolja az általunk mért fénysebességet. A leghíresebb kísérlet a Michelson-Morley-kísérlet volt. Bár az eredmény hihetetlen volt akkoriban, megállapította, hogy a fény sebessége nem függ a megfigyelő mozgásától, és a Maxwell-egyenletek szerint nem függ a forrás sebességétől sem: a fény sebessége invariáns (változatlan) minden megfigyelő számára.

Axiómái
A fénysebesség állandóságának elve az éterfogalommal összekapcsolva ellentmondani látszik a speciális - és általános - relativitás elvének, miután egy olyan lehetőséget vet fel, hogy a viszonyítási rendszerek mozgása az éterhez képest kimutatható. A két elv azonban önmagában nem zárja ki egymást. Megkísérelhetjük tehát azt, hogy feltételezzük, hogy a fénysebesség állandóságának elve és az általános relativitás elve egyszerre érvényes, és megvizsgáljuk, az ebből adódó modell helyesen írja-e le a kísérleti eredményeket.

A speciális relativitáselméletet Einstein a következő két fő feltételezésre alapozta:
  1. Minden fizikai jelenségnek, és így a jelenség leírását megadó elmélet matematikájának azonosan kell kinéznie minden inerciarendszerben.
  2. A vákuumbeli fénysebesség, melyet általában c-vel jelölnek, állandó, bármely inerciarendszerből is mérjük meg és bármelyik irányban, függetlenül a fény frekvenciájától, a detektor, illetve a fényforrás mozgási sebességétől.


Ha a két állítást összevetjük, akkor ez egyenértékű azzal az állítással, hogy a fény terjedéséhez semmilyen közegre (a korábban feltételezett éterre) nincs szükség.

Az első axióma (Galilei után) szemléletesen azt jelenti, hogy egy hajó belsejében, ahol nincsenek ablakok, semmilyen kísérlettel nem tudjuk eldönteni, hogy a hajó áll, vagy egyenes vonalú egyenletes sebességgel halad. Ha például kirakunk egy akváriumot benne halakkal, azok mindkét esetben ugyanúgy mozognak, nem tömörülnek fel az üvegedény elején vagy a végén.

A második axióma már közel sem ilyen természetes. Az ember ösztönösen nem érzi, hogy a mozgó autó fényszórójából ugyanolyan gyorsan jön a fény, mint az állóéból.

Következményei
A speciális relativitáselméletnek több olyan következménye van, mely a hétköznapi ember számára szokatlannak tűnik:
Amennyiben a kölcsönhatások terjedésének van maximális sebessége, akkor a speciális relativitás elvéből következik, hogy ez a maximális érték minden inerciarendszerben ugyanaz az érték. Történetesen a vákuumbeli fénysebesség. Nyilvánvaló, hogy ha létezik ilyen maximális sebessége a kölcsönhatások terjedésének, akkor semmilyen test nem mozoghat ennél a sebességnél gyorsabban, ugyanis ellenkező esetben egy ilyen gyorsabban mozgó test olyan új kölcsönhatást valósítana meg, amely terjedési sebessége felülmúlná a kölcsönhatások terjedési sebességének maximumát.

Két esemény között eltelt idő függ attól, hogy melyik rendszerből nézzük. Két egymáshoz képest mozgó rendszerből nézve eltérő értéket kapunk. (Lásd Lorentz-transzformáció) Ha azonban a két esemény közelebb van egymáshoz a térben, mint amekkora távolságot a fény a bekövetkezésük közötti időintervallum alatt meg tud tenni, akkor ez az időkülönbség egyetlen rendszerben sem válhat nullává, és az események időbeli sorrendje sem fordulhat meg. Ezek az ún. időszerűen elválasztott események, amelyek esetén a kauzalitás avagy okság így nem sérül, amenynyiben ok-okozati összefüggés is állt fenn a két esemény között. Ha két esemény egy vonatkoztatási rendszerben időszerűen elválasztott, akkor minden vonatkoztatási rendszerben az.

Két esemény, amely az egyik rendszerből nézve egyidejű, a másikból nézve eltérő idejű lehet, azaz nincs abszolút egyidejűség. Ilyenkor is előfordulhat, hogy egyik rendszerből nézve két esemény bekövetkezésének sorrendje ellentétes, mint egy másik rendszerből nézve. Ezekben az esetekben úgynevezett térszerűen elválasztott eseményekről beszélünk. Ezek olyan események, amelyek egymástól mérve nagyobb távolságra következnek be, mint amekkora távolságot a fény a bekövetkezésük közötti időintervallum alatt meg tud tenni. A kauzalitás ebben az esetben sem sérül, hiszen térszerűen elválasztott események nem lehetnek egymással ok-okozati kapcsolatban, hiszen a kettejük közötti kölcsönhatás nem érheti el a másikat annak bekövetkezése előtt. Ha két esemény egy vonatkoztatási rendszerben térszerűen elválasztott, akkor minden vonatkoztatási rendszerben az.

Egy tárgy méretei (például hossza) más az egyik rendszerben, mint a másikban.
Az ikerparadoxon két ikerről szól, melyek közül az egyik a Földön marad, a másik közel fénysebességgel utazgat. Amikor az utazó visszatér, észreveszi, hogy a testvére jobban megöregedett (számára több idő telt el) mint ő.

A létra paradoxonban egy hosszú létra szerepel, mely közel fénysebességgel mozog, ezért befér egy kisebb garázsba, mint a saját hossza.
Szólj hozzá a cikkhez
Címkék - Speciális relativitáselmélet, Maxwell-elmélet, énysebesség, Newtoni mechanika
Nyomtatás
Oldalajánló
Vissza a hírekhez
Szólj hozzá
- 2013-04-30 07:12:09
Szólj hozzá a cikkhez

Új hozzászólás küldéséhez be kell jelentkezned oldalunkra.

Bejelentkezés
Regisztráció
Eddigi hozzászólások
Még nem érkezett hozzászólás a cikkhez
Tuti menü