Suhteellisuusteoria perustuu kahteen eri Albert Einsteinin teoriaan. Toinen niistä on Yleisen suhteellisuudenteoria ja toinen erityisen suhteellisuuden teoria.[1] Teorian mukaan fysiikan teoriat ja luonnonlait ovat aina samat riippumatta tilanteesta. Suhteellisuusteoria on vaikuttanut useisiin eri tieteen aloihin, kuten fysiikkaan ja astronomiaan.
Fysiikassa suhteellisuusteoria on vaikuttanut eniten alkeishiukkasten tieteeseen, sekä ydinvoimaan. Astronomiassa suhteellisuusteoria on mahdollistanut neutronitähtien, mustien aukkojen sekä painovoima aaltojen tutkimuksessa.
Suhteellisuusteoriaa epäiltiin pitkään, mutta se myöhemmin onnistuttiin todistamaan.
Erityisen suhteellisuuden te
Lorentz-muunnos koordinaatistossa
orian idea on peräisin 1800-luvulta, jolloin Michelsonin-Morleyn kokeen tuloksia ei osattu käsitellä. Myöhemmin Einstein päätteli kokeen lopputuloksen perusteella että valonnopeus on havaitsijasta riippumaton vakio. Einsteinin idea johti siihen, että koordinaatistolle sekä ajalle täytyi tehdä muunnos havaitsijasta riippumatta.
Muunnosyhtälöä alettiin kutsua Lorentz-muunnokseksi Hendrik Antoon Lorentzin mukaan.
Einsteinin mukaan suhteellisuusteoria kuuluu perusteorioihin. Se tarkoittaa sitä, että suhteellisuusteorian osat eivät perustu hypoteeseihin vaan empiirisesti todettuihin faktoihin.
Suhteellisuusteorian tunnettu kaava on E = mc^2, joka tarkoittaa, että energia on massa kertaa valonnopeuden neliö. Einsteinin mukaan "kappaleen massa mittaa sen energia sisällön"[2] Suhteellisuusteorian mukaan massa ja energia ovat sama aSuhteellisuusteorian mukasia, mutta ne ovat eri muodossa.
Yleinen suhteellisuusteoria
Yleisen suhteellisuusteorian kaava
Yleinesen suhteellisuuden teorian julkaisi Albert Einstein 1907 - 1915. Se on fyysikkojen kannattama yleinen painovoimaa kuvaava teoria. Yleinen suhteellisuusteoria on todistettu olevan erityisen suhteellisuusteorian laajennus.
Teorian mukaan kahden kappaleen välillä on painovoima, koska ne kaareuttavat aika-avaruutta niiden ympärilllä. Yleinen suhteellisuusteoria korvasi Isac Newtonin teorian painovoimsata, koska kokeiden mukaan yleinen suhteellisuusteoria on tarkempi.
Teorian mukaan valtavat gravitaatio kentät voivat myös hidastaa aikaa. Yleinen suhteellisuusteoria ei ole ainoa painovoimaan liittyvä teoria, mutta se on niistä yksinkertaisin.
Erityinen suhteellisuusteoria
Erityinen suhteellisuusteoria on yleisesti hyväksytty ja tutkittu teoria ajasta ja avaruudesta. Teorian kehitty Albert Einstein vuonna 1905.
Monien epäsäännöllisyydet, kuten Newtonin mekaniikkat sekä Maxwellin yhtälöt, johtivat tutkimukseen, joka johti erityisen suhteellisuusteorian luontiin.
Teoriaa kutsutaan erikoiseksi, koska se on erikoinen tapaus Einsteinin muuten toimivasta suhteellisuusteoriasta, koska siinä ei huomioida painovoimaa.
Yksi erikoisen suhteellisuuden kaavoista
Suhteellisuusteoria käytännössä
26000 kilometrin korkeudessa kiertävät satelliitit luovat navigointiverkon, joka tunnetaan nimellä GPS. Satelliittien paikannus periaate toimii satelliittien atomikellon mukaisesti. Atomikellot ovat niin tarkkoja, että niissä pitää ottaa suhteellisuusteoria huomioon. Kiertoliikkeen takia suhteellisuusteorian mukaan atomikellot jätättävät 7 mikrosekunttia päivässä verrattuna maanpällä olevaan atomikelloon, mutta koska Maan gravitaatiokenttä on heikompi satelliiteille ne saavat nopeutta lisää noin 46 mikrosekunttia päivässä, joten GPS satelliitit edistävät 38 mikrosekunttia päivässä.[3] Maanpäällä tällainen virhe on suurinpiirtein 10 kilometrin matka, mutta suhteellisuusteorian avulla virhe pystytään korjata.
Suhteellisuusteorian mukaan massa pystyy muuttumaan energiaksi. Vaikka se kuulostaa oudolta, se on melko yleinen tapahtuma.
Energian ja massan välinen vaihtokurssi on aina sama, eikä tule koskaan muuttumaan. Kaikissa hiukkasreaktioissa energia säilyy samana, joten se lasketaan samalla kaavalla E = mc^2.
Atomiytimien törmätessä E = mc^2 määrää, että uusien ytimien massat riippuvat törmäävien ytimine massoista ja liike-energioista.
Tätä periaatetta on käytetty atomipommeissa. Uraani- ja plutoniumytimien hajotessa syntyy valtavia määriä liikeenergiaa E = mc^2 perusteella. Samalla prosessissa syntyy fotoneja. Kun ketjureaktio päättyy tuloksena on aurinkoakirkkaampi tulipallo, joka todistaa suhteellisuusteorian tunvoiman.
Kaavoja
Suhteellisuusteoriaan liittyvät kaavat
E = mc^2
(E: energia
m: massa
c: valonnopeus vakiona)
m = m0 / sqrt(1 – (v / c)^2)
Lorentz-muunnos
x' = x - vt / sqrt(1 - (v^2 / c^2))
y' = y
z' = z
t' = t - ((v / c^2)x) / sqrt(1 - (v^2 / c^2))
Muuttujien x, y, z ja t derivaatat ilmaisevat miten valonnopeus on riippumaton havaitsijasta
^ Albert Einstein, Relativity: The special and general theory, 1916
^ Kari Enqvist, Suhteellisuusteoria runoilijoille, 2005, s.34
^ Kari Enqvist, Suhteellisuusteoria runoilijoille, 2005, 2. 124 - 125
kolmiuloitteinen aika-avaruus
Suhteellisuusteoria perustuu kahteen eri Albert Einsteinin teoriaan. Toinen niistä on Yleisen suhteellisuudenteoria ja toinen erityisen suhteellisuuden teoria.[1] Teorian mukaan fysiikan teoriat ja luonnonlait ovat aina samat riippumatta tilanteesta.Suhteellisuusteoria on vaikuttanut useisiin eri tieteen aloihin, kuten fysiikkaan ja astronomiaan.
Fysiikassa suhteellisuusteoria on vaikuttanut eniten alkeishiukkasten tieteeseen, sekä ydinvoimaan. Astronomiassa suhteellisuusteoria on mahdollistanut neutronitähtien, mustien aukkojen sekä painovoima aaltojen tutkimuksessa.
Suhteellisuusteoriaa epäiltiin pitkään, mutta se myöhemmin onnistuttiin todistamaan.
Erityisen suhteellisuuden te
Muunnosyhtälöä alettiin kutsua Lorentz-muunnokseksi Hendrik Antoon Lorentzin mukaan.
Einsteinin mukaan suhteellisuusteoria kuuluu perusteorioihin. Se tarkoittaa sitä, että suhteellisuusteorian osat eivät perustu hypoteeseihin vaan empiirisesti todettuihin faktoihin.
Suhteellisuusteorian tunnettu kaava on E = mc^2, joka tarkoittaa, että energia on massa kertaa valonnopeuden neliö. Einsteinin mukaan "kappaleen massa mittaa sen energia sisällön"[2] Suhteellisuusteorian mukaan massa ja energia ovat sama aSuhteellisuusteorian mukasia, mutta ne ovat eri muodossa.
Yleinen suhteellisuusteoria
Yleinesen suhteellisuuden teorian julkaisi Albert Einstein 1907 - 1915. Se on fyysikkojen kannattama yleinen painovoimaa kuvaava teoria. Yleinen suhteellisuusteoria on todistettu olevan erityisen suhteellisuusteorian laajennus.
Teorian mukaan kahden kappaleen välillä on painovoima, koska ne kaareuttavat aika-avaruutta niiden ympärilllä. Yleinen suhteellisuusteoria korvasi Isac Newtonin teorian painovoimsata, koska kokeiden mukaan yleinen suhteellisuusteoria on tarkempi.
Teorian mukaan valtavat gravitaatio kentät voivat myös hidastaa aikaa. Yleinen suhteellisuusteoria ei ole ainoa painovoimaan liittyvä teoria, mutta se on niistä yksinkertaisin.
Erityinen suhteellisuusteoria
Erityinen suhteellisuusteoria on yleisesti hyväksytty ja tutkittu teoria ajasta ja avaruudesta. Teorian kehitty Albert Einstein vuonna 1905.
Monien epäsäännöllisyydet, kuten Newtonin mekaniikkat sekä Maxwellin yhtälöt, johtivat tutkimukseen, joka johti erityisen suhteellisuusteorian luontiin.
Teoriaa kutsutaan erikoiseksi, koska se on erikoinen tapaus Einsteinin muuten toimivasta suhteellisuusteoriasta, koska siinä ei huomioida painovoimaa.
Suhteellisuusteoria käytännössä
26000 kilometrin korkeudessa kiertävät satelliitit luovat navigointiverkon, joka tunnetaan nimellä GPS. Satelliittien paikannus periaate toimii satelliittien atomikellon mukaisesti. Atomikellot ovat niin tarkkoja, että niissä pitää ottaa suhteellisuusteoria huomioon. Kiertoliikkeen takia suhteellisuusteorian mukaan atomikellot jätättävät 7 mikrosekunttia päivässä verrattuna maanpällä olevaan atomikelloon, mutta koska Maan gravitaatiokenttä on heikompi satelliiteille ne saavat nopeutta lisää noin 46 mikrosekunttia päivässä, joten GPS satelliitit edistävät 38 mikrosekunttia päivässä.[3] Maanpäällä tällainen virhe on suurinpiirtein 10 kilometrin matka, mutta suhteellisuusteorian avulla virhe pystytään korjata.
Suhteellisuusteorian mukaan massa pystyy muuttumaan energiaksi. Vaikka se kuulostaa oudolta, se on melko yleinen tapahtuma.
Energian ja massan välinen vaihtokurssi on aina sama, eikä tule koskaan muuttumaan. Kaikissa hiukkasreaktioissa energia säilyy samana, joten se lasketaan samalla kaavalla E = mc^2.
Atomiytimien törmätessä E = mc^2 määrää, että uusien ytimien massat riippuvat törmäävien ytimine massoista ja liike-energioista.
Tätä periaatetta on käytetty atomipommeissa. Uraani- ja plutoniumytimien hajotessa syntyy valtavia määriä liikeenergiaa E = mc^2 perusteella. Samalla prosessissa syntyy fotoneja. Kun ketjureaktio päättyy tuloksena on aurinkoakirkkaampi tulipallo, joka todistaa suhteellisuusteorian tunvoiman.
Kaavoja
Suhteellisuusteoriaan liittyvät kaavat
E = mc^2
(E: energia
m: massa
c: valonnopeus vakiona)
m = m0 / sqrt(1 – (v / c)^2)
Lorentz-muunnos
x' = x - vt / sqrt(1 - (v^2 / c^2))
y' = y
z' = z
t' = t - ((v / c^2)x) / sqrt(1 - (v^2 / c^2))
Muuttujien x, y, z ja t derivaatat ilmaisevat miten valonnopeus on riippumaton havaitsijasta