S U H T E E L L I S U U S T E O R I AN P Ä Ä P I I R T E I T Ä

Transkriptio

1 S U H T E E L L I S U U S T E O R I AN P Ä Ä P I I R T E I T Ä (ks. esim a) Suppeamman suhteellisuusteorian perusolettamukset (Einsteinin suppeampi suhteellisuusteoria v. 1905) - 1. Suppeampi suhteellisuusperiaate o fysiikan lait ovat samat jokaisessa tasaisella nopeudella liikkuvassa koordinaatistossa eli inertiaalikoordinaatistossa luonnon lait (fysiikan lait) eivät riipu havaitsijan nopeudesta - 2. Valonnopeuden nopeuden invarianssi (vakioisuus, muuttumattomuus) o valon nopeus tyhjiössä on aina vakio eli valon nopeus ei riipu valolähteen tai havaitsijan liiketilasta ts. valon nopeus c on invariantti kaikissa inertiaalijärjestelmissä aika ja paikka ovat suhteellisia käsitteitä, jotta riippuvat liiketilasta - seurauksia: : lorentzin kontraktio, ajan dilataatio, valon nopeuden saavuttamattomuus, massan kasvu, E = mc 2 - suhteellisuusteoriasta seuraa klassinen fysiikka (Newtonin mekaniikka), kun nopeus v on pieni (v < 0,1 c) - suurilla nopeuksilla (v 0,1 c) on käytettävä suhteellisuusteoriaa b) Yleisen suhteellisuusteorian pääpiirteitä (Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria v. 1915) - Yleinen en suhteellisuusperiaate o kaikki matemaattisesti säännölliset koordinaatistot (esim. kiihtyvässä liikkeessä olevat koordinaatistot) ovat yhdenvertaisia fysikaalisten ilmiöiden kuvailussa - suppeamman suhteellisuusteorian laajennus, teoria painovoimasta - 4-ulotteinen aika-avaruuskoordinaatisto avaruuskoordinaatisto (x, y, z, t) - -avaruudessa aika ja avaruus punoutuvat toisiinsa dynaamiseksi näyttämöksi, jonka paikalliseen muotoon (käyristymiseen) massa ja energia vaikuttavat - massa ja energia kaareuttaa aika-avaruutta painovoima = avaruuden käyristyminen - avaruuden käyristyminen määrittää kappaleiden liikkeen ja kappaleiden liike avaruuden käyristymisen (takaisinkytkentä): avaruuden käyristyminen kappaleiden liike - massaenergia määrittää avaruuden geometrian Einsteinin kenttäyhtälöt: - Einsteinin kenttäyhtälöt kuvaavat massan ja energian aiheuttamaa aika-avaruuden kaareutumista

2 - TODISTEITA/ILMIÖITÄ/SEURAUKSIA/SOVELLUKSIA: - suhteellisuusteoria on perusta alkuräjähdysteorialle (Riemannin epäeuklidinen geometria) - painovoimaa ja kiihtyvyyttä ei voi erottaa toisistaan (ekvivalenssiperiaate eli vastaavuusperiaate) - vapaassa putoamisliikkeessä henkilö ei tunne painoaan - painovoima johtuu massojen ja energian aiheuttamasta avaruuden kaareutumisesta kaareutuminen määrää taivaankappaleiden liikkeet - painovoimaa ei siis varsinaisesti ole olemassa, vaan se selitetään aika-avaruuden kaareutumisena - pyörimisliikkeellä voidaan saada aikaan keinotekoinen painovoima! - hidas massa (inertiaalimassa) = painava massa (painovoimamassa eli gravitaatiomassa) - massaenergia avaruusajan geometria - gravitaatioaallot (?) - gravitaatiovuorovaikutuksen välittäjähiukkanen: gravitoni (? ei vielä havaittu?) - kiihtyvässä liikkeessä olevat massat lähettävät gravitaatioaaltoja - tähtien räjähdykset, kaksoistähdet gravitaatioaallot painovoimatähtitiede - mustat aukot (= raskaan tähden äärettömän tiheitä jäännöksiä, jotka ovat syntyneet tähtien luhistuessa painovoiman vaikutuksesta ja joista valokaan ei pääse pois) - planeettojen radat, esim. Merkuriuksen perihelin (rataellipsin) kiertyminen - valon taipuminen gravitaatiokentässä - (valon taipuminen Auringon gravitaatiokentässä; Eddington v. 1919) - galaksit taittavat kaukaisten kvasaarien valoa gravitaatiolinssit, mikrolinssit - ajan hidastuminen suuren nopeuden johdosta ja gravitaatiokentässä - kolme punasiirtymää: 1) Doppler-punasiirtymä (tähti etääntyy), 2) kosmologinen punasiirtymä (avaruus laajenee) ja 3) gravitaatiopunasiirtymä (valon noustessa gravitaatiokentässä sen aallonpituus kasvaa) säteilyssä tapahtuu punasiirtymä, kun se nousee massiivisen kappaleen pinnalta ylöspäin - aika hidastuu liikkeen takia (suppea suhteellisuusteoria) - aika hidastuu gravitaatiokentässä eli painovoimakentässä, esim. suurimassaisen kappaleen pinnalla - ajan hidastuminen (aikadilataatio) on todettu esim. atomikelloja kierrätettäessä maapallon ympäri ja myoni-alkeishiukkasten havainnoissa maanpinnalla - myös tutkasäde viivästyy sen kulkiessa Auringon läheltä

3 - suhteellisuusteoria on otettava huomioon esimerkiksi: o planeettojen liikkeissä o satelliittipaikannuksessa o satelliitti atomikelloissa o hiukkaskiihdyttimissä, jne. - yleinen suhteellisuusteoria ei ole yhteensopiva kvanttimekaniikan kanssa yleinen suhteellisuusteoria + kvanttifysiikka kvanttigravitaatio?? R s = 2GM 2 c musta aukko musta aukko madonreikä - madonreiät?? aikakone?? aikamatkailu?? ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^