|
Rieth József: Világom - Háttérismeret Tartalomjegyzékhez < Világképem < (Anyagelőtti, Planck-időszak, Sugárzás-időszak) A speciális relativitáselmélet a fizikának Albert Einstein által 1905-ben megalkotott ága, mely feloldja a Maxwell-elméletbeli állandó fénysebesség és a Newtoni-mechanika sebesség-összeadása közötti ellentétet. Azért speciális, mert nem foglalja magában a gravitációt; azt csak tíz évvel későbbi munkájában sikerül belefoglalnia az általános relativitáselméletbe. Galilei megállapította a két, egymáshoz képest egyenes vonalú, egyenletes mozgást végző vonatkoztatási rendszer közötti transzformáció törvényeit, melyeket ma Galilei-transzformációnak nevezünk. Az általános relativitási elvnek, amennyiben igaz, van egy fontos következménye: nem létezik abszolút nyugvó vonatkoztatási rendszer, azaz abszolút tér. A Maxwell-elmélet 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 Michelson–Morley-kísérlet (l. demo) 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. A fénysebesség állandóságának elve az éterfogalommal összekapcsolva ellentmondani látszik az 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. A speciális relativitáselméletet Einstein a következő két fő feltételezésre alapozta:
Ha a két állítást összevetjük, akkor ez egyenértékű azzal az állítással, hogy a fény terjedéséhez semmilyen közegre (a korábban feltételezett éterre) nincs szükség. Egyik inerciarendszerből a másikba ugyanúgy kell a téridőkoordinátákat transzformálni függetlenül a fénytől, vagy az egyéb körülményektől. A megfelelő transzformációs szabály megkapható pusztán az első axiómából (meg olyan alapvető axiómákból, amit implicite felhasználunk, de pont azért, mert olyan alapvető, nem gondolunk rá, hogy lehetne másképp, úgy mint például: a tér homogén, a tér izotrop, az idő homogén). A transzformációs szabály függvényegyenlet megoldásaként áll elő, amiben lesz egy a természetre jellemző, sebesség dimenziójú, c-vel jelölt állandó, amit méréssel lehet meghatározni. Ennek a nak az értéke megegyezik a nulla nyugalmi tömegű részecskék (például foton) sebességével, ami a fényre az elektrodinamika relativisztikusan kovariáns egyenleteinek felírásával, majd megoldásával igazolható. A mozgó viszonyítási rendszerekben történő számításokhoz nyilvánvalóan szükségünk van egy módszerre, mely segítségével átszámolhatjuk az egyes pontok koordinátáit az egyik rendszerből a másikba. Kezdetnek tekintsünk egy K, és egy K-hoz képest az x tengely mentén pozitív irányba v sebességgel mozgó K’ t, amelyeket célszerű okból úgy veszünk fel, hogy az x-tengelyek egybeesnek, az y és y’, valamint z és z’ tengelyek pedig egymással párhuzamosak. A probléma tehát, hogy meg kell határozni azt a műveletet, melyet az {x, y, z, t} koordinátákon elvégezve megkapjuk az {x’, y’, z’, t’} koordinátákat, így a K rendszerben felírt egyenletek a megfelelő transzformáció után K’ rendszerben is helyesek lesznek. A klasszikus mechanika tapasztalatai szerinti azok az egyenlőségek lesznek igazak, melyeket egyébként Galilei-féle transzformációnak nevezünk. Egyáltalán nem magától értetődő, hogy a koordináták helyes átszámításához éppen a Lorentz-transzformáció a megfelelő. Már az elmélet felállítása előtt Hendrik Lorentz és mások észrevették, hogy az elektromágneses tér függ a megfigyelő mozgásától. Például az egyik megfigyelő egy pontban nem észlel mágneses teret, míg a hozzá képest mozgó igen. Lorentz egy olyan éterelméletet javasolt, melyben a tárgyak és a megfigyelők, melyek az éterhez képest mozognak fizikailag megrövidülnek (Lorentz–Fitzgerald-kontrakció) és számukra az idő megnyúlik (idődilatáció). A Lorentz-transzformáció, amelyet a holland fizikus már korábban bevezetett, továbbra is érvényben marad, de Einstein elvetette, hogy valamilyen közeg („éter”) rövidülne-hosszabbodna meg. A speciális relativitáselméletnek több olyan következménye van, mely a hétköznapi ember számára szokatlannak tűnik:
A speciális relativitáselmélet csak akkor pontos, ha a gravitációs hatások figyelmen kívül hagyhatóak, különben az általános relativitáselméletet kell alkalmaznunk. Nagyon kicsiny méretek esetén, a Planck-hossz tartományában és alatta, lehetséges, hogy a speciális relativitáselmélet nem érvényes a kvantumgravitációs jelenségek miatt. Mégis a makroszkopikus jelenségek leírására az erős gravitációs terektől eltekintve a speciális relativitáselméletet a fizikus közösség általánosan elfogadta, és azokat a kísérleti eredményeket, amelyek ellentmondanak neki széles körben megismételhetetlen mérési hibának tartják. A speciális relativitáselmélet matematikailag önkonzisztens, és összhangban van a modern fizikai elméletekkel, melyek közül a jelentősebbek a kvantumtérelmélet, a húrelmélet és az általános relativitáselmélet (elhanyagolható gravitációs tér esetén). A speciális relativitáselmélet határeseteit tekintve tartalmazza a Newtoni mechanikát, ahol a sebességek és gravitációs hatások megfelelően kicsik ahhoz, hogy az klasszikus törvényekkel is leírható legyen. Az energiát hívják nyugalmi energiának. A tömeg csak az energia egy másik formája. A relativitáselméletben kétféle tömeg szerepel, az egyik az invariáns tömeg vagy másképp nyugalmi tömeg, amely minden rendszerből nézve azonos. Ezt jelöltük eddig kis m-mel. Egy másik tömegdefiníció a relativisztikus tömeg. Mivel a γ növekszik a sebességgel, a relativisztikus tömeg is. Ez a definíció néhány szempontból kényelmes. Részben ezzel az energia és impulzus képletét egyszerűbben írhatjuk fel: Ez minden vonatkoztatási rendszerben érvényes. Nyugalmi helyzetben a kétféle tömeg megegyezik. Tartalomjegyzékhez < Világképem < Anyagelőtti --------------------------------------- http://hu.wikipedia.org/wiki/Speci%C3%A1lis_relativit%C3%A1selm%C3%A9let http://hu.wikipedia.org/wiki/Michelson–Morley-kísérlet http://phil.elte.hu/leszabo/terido/2007-2008-1/Michelson-Morley-demo.html
|