Relativiteitsteory
Mei relativiteitsteory wurde yn de natuerkunde twa teoryen fan Albert Einstein oantsjutten:
It sintrale idee fan relativiteitsteory is dat de wetten fan de meganika, of de natuerkunde yn it algemien, net ôfhinklik wêze meie fan de snelheid dy't in waarnimmer hat foar oare waarnimmers oer. Galileo Galilei hie om 1600 al in fyzje op dit prinsipe. Iuwen letter waarden de spesjale en de algemiene relativiteitsteory ûntwikkele.
Relativiteitsteory fan Galilei
bewurkje seksjeDe relativiteitsteory fan Galilei giet út fan it prinsipe: De wetten fan de meganika bine itselde foar waarnimmers yn twa stelsels dy't ienpearich (in beweging dy't gjin fersnelling of fertraging ken) ten opsichte fan elkoar bewege. Sokke stelsels wurde ynertsiaalstelsels. Oars sein: it is foar dyselfde twa waarnimmers ûnmooglik om oan de hân fan de wetten fan de meganika te bepalen wa fan beiden in absolute beweging útfiert of mooglik stilstiet. Dit hat as direkt gefolch dat der allinnich relative en gjin absolute snelheden besteane – fandêr de namme relativiteitsprinsipe.
Yn de relativiteitsteory fan Galilei binne koördinatestelsels dy't ienpearich ten opschte fan elkoar bewege, relativeare troch: Stel dat ten opsichte fan it stelsel S de snelheid fan in oar stelsel S' lyk is oan v, en dat de nulpunten fan beide stelsels op tiidstip t = 0 gearfalle. As wy posysjes yn S mei r oantsjutte en yn S' mei r', jildt nei ferrin fan in tiid t:
De klassike mechanica neffens de wetten fan Newton naam dit relativiteitsprinsipe oer fan Galileo Galilei.
Spesjale relativiteitsteory
bewurkje seksjeDe spesjale relativiteitsteory waard ûntwikkele yn 1905 troch Albert Einstein. Dizze teory giet út fan twa postulaten:
- De wetten fan de natuerkunde (ynklusyf dy fan de elektrodynamika) binne itselde foar waarnimmers yn ynertsjaalstelsels dy't ienpearich ten opsichte fan elkoar bewege.
- De ljochtsnelheid yn fakuüm is in universele konstante, ofwol: waarnimmers yn ynertsjaalstelsels mjitte foar de ljochtsnelheid yn fakuüm altyd 299.792.458 m/s, ûnôfhinklik fan harren ûnderlinge (relative) beweging.
It earste postulaat leunt in feite ticht oan by it basisidee fan relativiteitsteory fan Galilei. It twadde postulaat wie (yn de tiid fan Einstein) in hielendal nij prinsipe, mei (ûndanks syn formele ienfâld) bysûnder fierrikkende gefolgen. Om dizze twa basisideeën mei elkoar te fersoenen, binne der spesjale transformaasjes, de saneamde Lorentztransformaasjes, nedich om plak en tiid fan de iene waarnimmer om te rekkenjen yn plak en tiid fan de oare. Hjirút folget dat plak en tiid mei elkoar ferbûn binne. Krekt-en-gelyk binne elektryske en magnetyske fjilden (E en B) foar ferskillende waarnimmers yn elkoar om te rekkenjen mei Lorentztransformaasjes.
It artikel fan Einstein ferskynde yn 1905 ûnder de titel Zur Elektrodynamik bewegter Körper (oer de elektrodynamika fan bewegende lichems). De teory hat as postulaat dat de ljochtsnelheid yn fakuüm itselde is foar alle waarnimmers. Dit wie yn oerienstimmming mei de resultaten fan it eksperimint fan Michelson en Morley, dêr't de wittenskip op dat stuit wat mei oan wie. Yn dizze eksperiminten wie oantoand dat der gjin absolút stilsteand medium, de eter, bestiet, dat as drager fan ljochtweagen fungeare soe.
De spesjale relativiteitsteory is ek folslein yn oerienstimming mei de Wetten fan Maxwell foar it elektromagnetisme. Magnetisme is it relativistysk effekt fan elektrisiteit. Stel dat in waarnimmer in stilsteande elektryske lading sjocht en dus in elektrysk fjild. In oare waarnimmer yn ienpearige beweging ten opsichte fan de earste sjocht dan in bewegende lading, dus in elektryske stroom, dus in magnetysk fjild.
Ut de spesjale relativiteit folget ek Einstein syn ferneamde formule E = mc², dy't de lykweardichheid fan massa en enerzjy útdrukt. De teory drukt ek út dat romte en tiid ferskiningen fan deselde romte-tiid mei fjouwer diminsjes binne: de tiid spilet de rol fan de fjirde diminsje. Tagelyk is relatyf: twa ferskynsels dy't foar in waarnimmer tagelyk barre, kinne har foar in oare waarnimmer op ferskillende tiden foardwaan. De teory foarseit dat de lingte ferkoarte, de saneamde lingtekntraksje of Lorentzkontraksje, en de tiid trager rint, de saneamde tiiddilataasje, neffens de Lorentzfaktor, neigeraden de snelheid de ljochtsnelheid nadert. Dit is ûnder mear yn syngroatrons oantoand en ek mei muonen út kosmyske strieling. Dit iepent de prinsipiële mooglikheid om te tiidreizgjen, mear bepaald nei de takomst. Sjoch hjirfoar de twillingparadoks. De ljochtsnelheid is de heechst mooglike snelheid: dieltsjes dy't sneller as ljocht bewege soene, tachyons, soenen ferskate paradoksen feroarsaakje.
Algemiene relativiteitsteory
bewurkje seksjeDe algemiene relativiteitsteory waard foarsteld troch Albert Einstein yn in rige lêzingen foar de Prusyske Akademy fan Wittenskippen yn 1915.
Dizze teory giet út fan it postulaat, dat waarnimmers dy't yn rêst yn in lykmjittich swiertekrêftfjild binne lykweardich binne mei oare waarnimmers dy't in konstante (unifoarme) fersnelling ûnderfine.
Dizze feralgemiening fan it relativiteitsprinsipe giet yn de mande mei in nije teory fan de swiertekrêft. Yn dizze teory wurdt swiertekrêft net langer as in krêft sjoen lykas dat by de Wetten fan Newton it gefal wie, mar as in mjitkundige eigenskip fan de romte sels. In massa lûkt de romte om him hinne krom, wêrtroch't it liket oft de massa oare massa's oanlûkt. Neffens Newton is de swiertekrêft sneller as it ljocht. As bygelyks de moanne samar ferdwine soe, soe te sjen wêze dat earst de tijen har weromlutsen en dan pas dat de moanneskiif fan de himel ferdwûn.
Einstein foarsei sa de ôfbûging fan ljocht fan in stjer troch de sinne. Arthur Eddington seach dit by de sinnefertsjustering op it eilân Prinsipe op 29 maaie 1919. Hoewol't fotoanen gjin rêstmassa besitte, binne se neffens de relaasje E = hν fan Max Planck in foarm fan enerzjy. Omreden E = mc² binne enerzjy en massa ekwifalint en lûkt it swiertekrêftfjild fan de sinne ljoccht oan. Hy freklearre sa ek de baan fan de planeet Merkurius, dy't gjin ellips beskriuwt lykas de Wetten fan Kepler oanjouwe, mar in roazet. Hy foarsei ek dat heger steande klokken hurder rinne, wat mei atoomklokken yndie oantoand is.