Teorie relativity
Obsah boxu
Šablona:Infobox "Teorie relativity" Teorie relativity je soubor dvou fyzikálních teorií, speciální teorie relativity (STR) a obecná teorie relativity (OTR), které formuloval Albert Einstein na počátku 20. století. Tyto teorie zásadně změnily naše chápání časoprostoru, gravitace, energie a hmoty a nahradily Newtonovu mechaniku v oblastech vysokých rychlostí a silných gravitačních polí.
---
Speciální teorie relativity (STR)
Speciální teorie relativity byla publikována Einsteinem v roce 1905 v jeho článku "K elektrodynamice pohybujících se těles". Založena je na dvou základních postulátech:
- 1. Princip relativity: Fyzikální zákony jsou stejné ve všech inerciálních soustavách (tj. soustavách, které se pohybují konstantní rychlostí bez zrychlení).
- 2. Princip stálosti rychlosti světla: Rychlost světla ve vakuu je stejná pro všechny pozorovatele, bez ohledu na jejich pohyb nebo pohyb zdroje světla.
Důsledky STR
Z těchto dvou postulátů vyplývají překvapivé a protiintuitivní důsledky:
- Dilatace času: Čas plyne pomaleji pro objekty, které se pohybují vysokou rychlostí vzhledem k pozorovateli.
- Kontrakce délky: Délka objektů se zkracuje ve směru jejich pohybu při vysokých rychlostech.
- Relativistická hmotnost: Hmotnost objektu roste s jeho rychlostí.
- Rovnost hmoty a energie: Slavná rovnice $E=mc^2$ (kde $E$ je energie, $m$ je hmotnost a $c$ je rychlost světla) ukazuje, že hmota a energie jsou dvě formy téže entity a mohou se navzájem přeměňovat. To má zásadní důsledky pro jadernou energii a jaderné zbraně.
- Časoprostor: STR sjednotila prostor a čas do čtyřrozměrného kontinua zvaného časoprostor.
---
Obecná teorie relativity (OTR)
Obecná teorie relativity, publikovaná Einsteinem v roce 1915, rozšiřuje STR tím, že zahrnuje gravitaci. OTR nepovažuje gravitaci za sílu, ale za projev zakřivení časoprostoru způsobeného přítomností hmoty a energie.
Základní principy OTR
- Princip ekvivalence: Nelze rozlišit mezi silami způsobenými gravitací a silami způsobenými zrychlením. (Např. být v zrychlujícím výtahu je ekvivalentní bytí v gravitačním poli.)
- Zakřivení časoprostoru: Přítomnost hmoty a energie způsobuje, že se časoprostor zakřivuje. Objekty se pohybují po "nejrovnějších" drahách v tomto zakřiveném časoprostoru, což se projevuje jako gravitace.
Důsledky OTR
- Gravitační dilatace času: Čas plyne pomaleji v silnějších gravitačních polích.
- Gravitační rudý posuv: Světlo se "protahuje" (posouvá k červenému konci spektra) při úniku ze silného gravitačního pole.
- Gravitační čočka: Světlo z vzdálených galaxií se ohýbá kolem masivních objektů (jako jsou kupy galaxií), což působí jako čočka a vytváří více obrazů nebo zdeformované obrazy vzdálených objektů.
- Černé díry: Předpovězené objekty s tak extrémně silným gravitačním polem, že z nich nemůže uniknout ani světlo.
- Gravitační vlny: Vlny v časoprostoru generované zrychlenými masivními objekty (např. srážka černých děr). Byly experimentálně detekovány v roce 2015.
- Expanze vesmíru: OTR přirozeně předpovídá, že vesmír se buď rozpíná, nebo smršťuje. Pozorování potvrdila jeho rozpínání.
---
Ověření Teorie relativity
Obě teorie byly mnohokrát experimentálně ověřeny s vysokou přesností:
- Měření gravitační dilatace času na GPS: Hodiny na GPS satelitech se musí korigovat podle teorie relativity, jinak by systém nefungoval přesně.
- Ohýbání světla Sluncem: Pozorování zatmění Slunce v 1919 Arthurem Eddingtonem potvrdilo předpověď OTR.
- Přesné dráhové parametry Merkuru: OTR přesně vysvětlila anomálie v oběžné dráze Merkuru, které Newtonova mechanika nedokázala.
- Detekce gravitačních vln: Přímá detekce gravitačních vln projektem LIGO v 2015 byla velkým triumfem OTR.
---
Pro laiky
Představte si Teorii relativity jako dva záhadné brýle, které nám dal Albert Einstein, abychom lépe viděli, jak funguje čas a prostor ve vesmíru.
Ty první brýle, Speciální teorie relativity, nám ukazují, že čas a prostor nejsou tak pevné, jak si myslíme. Když se pohybujete velmi rychle, čas pro vás plyne pomaleji a věci se ve směru vašeho pohybu zkracují! A taky, že hmota a energie jsou vlastně jen dvě podoby téhož – jako dvě strany jedné mince. To je to slavné $E=mc^2$.
Ty druhé brýle, Obecná teorie relativity, nám zase ukazují, jak funguje gravitace. Ne, není to jen nějaká neviditelná síla, která všechno přitahuje (jako to říkal Isaac Newton). Einstein zjistil, že těžké objekty (jako planety nebo hvězdy) ohýbají samotný prostor a čas kolem sebe, jako kdyby jste na napnutou plachtu položili bowlingovou kouli. A právě to ohýbání nám dává pocit gravitace. Proto planety obíhají hvězdy – ne proto, že by je nějaká síla táhla, ale proto, že se pohybují po "rovných" cestách v tom ohnutém časoprostoru.
Zní to složitě, ale díky těmto teoriím dnes víme, jak funguje GPS ve vašem telefonu (musí počítat s relativitou!), chápeme černé díry a víme, že vesmír se rozpíná.
---
Externí odkazy
---