Теоријата на релативноста, развиена од Алберт Ајнштајн, е еден од најреволуционерните концепти во физиката. Оваа теорија фундаментално го промени нашето разбирање за времето, просторот и гравитацијата. Таа е поделена на два дела: Специјална теорија на релативноста и Општа теорија на релативност.
Специјална теорија на релативноста
Специјалната теорија на релативноста, предложена од Ајнштајн во 1905 година, е фокусирана на однесувањето на објектите во инерцијалните референтни рамки, кои се перспективи кои се движат со постојани брзини. Оваа теорија воведе два клучни принципи: принципот на релативност и постојаноста на брзината на светлината.
Принцип на релативност
Принципот на релативност вели дека законите на физиката се исти во сите инерцијални референтни рамки. Тоа значи дека без разлика дали сте во мирување или се движите со постојана брзина, законите на физиката не се менуваат. Интересна последица на овој принцип е неможноста да разликувате дали се движите или мирувате без да гледате надвор од вашата референтна рамка.
Постојаност на брзината на светлината
Ајнштајновата теорија тврди дека брзината на светлината во вакуум е константна и не е под влијание на движењето на изворот на светлина или набљудувачот. Оваа брзина е приближно \(299,792\) километри во секунда ( \(c\) ). Ова ја носи идејата дека времето и просторот се релативни концепти. Истиот настан може да се случи во различни времиња и локации во зависност од состојбата на движење на набљудувачот.
Проширување на времето
Еден од најфасцинантните резултати на Специјалната теорија на релативноста е временското проширување. Овој ефект значи дека времето минува со различни стапки за набљудувачите во различни инерцијални рамки. Формулата што го опишува временското проширување е: \( t' = \frac{t}{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}} \) каде \(t'\) е временскиот интервал мерено од набљудувачот во движење, \(t\) е временскиот интервал што го мери неподвижен набљудувач, \(v\) е брзината на набљудувачот што се движи и \(c\) е брзината на светлината. Оваа равенка покажува дека како што се приближува \(v\)\(c\) , \(t'\) станува значително поголемо од \(t\) , што покажува дека времето се забавува за набљудувачот што се движи.
Контракција на должината
Контракцијата на должината е уште еден интригантен исход. Предметите изгледаат пократки во насока на движење кога набљудувач ги гледа во движење во однос на објектот. Формулата за контракција на должината е: \( L' = L \sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}} \) каде \(L'\) е должината што ја мери движечкиот набљудувач, \(L\) е должината што ја мери стационарниот набљудувач, \(v\) е брзината на движечкиот набљудувач и \(c\) е брзината на светлината. Ова покажува дека должината на објектот се намалува како што неговата брзина се приближува до брзината на светлината.
Еквивалентност на маса-енергија
Најпознатата равенка што произлегува од Специјалната теорија на релативноста е \(E=mc^2\) , изразувајќи ја еквивалентноста маса-енергија. Тоа значи дека масата може да се претвори во енергија и обратно. Равенката одигра клучна улога во развојот на нуклеарната енергија и разбирањето на производството на енергија кај ѕвездите.
Општа теорија на релативноста
Во 1915 година, Ајнштајн ја прошири својата теорија за да ги вклучи забрзувањето и гравитацијата, што доведе до Општата теорија на релативноста. Оваа теорија обезбеди нова рамка за разбирање на гравитацијата не како сила помеѓу масите, туку како искривување на време-просторот предизвикано од масата.
Искривување на време-просторот
Општата теорија на релативноста сугерира дека масивните објекти како планетите и ѕвездите предизвикуваат искривување на просторот-времето околу нив. Ова искривување на време-просторот, пак, го насочува движењето на предметите, кои ги доживуваме како сила на гравитација. Присуството на маса го искривува простор-времето, а патеката што ја следат објектите во овој закривен простор-време е она што го гледаме како гравитациони орбити.
Гравитациско временско проширување
Гравитациското временско проширување е предвидување на Општата теорија на релативноста. Во него се наведува дека времето минува со различни стапки во региони со различен гравитациски потенцијал. Колку сте поблиску до масивен објект, како планета или ѕвезда, толку побавно минува времето во споредба со регион подалеку од масата. Овој ефект е потврден со експерименти кои го споредуваат текот на времето за часовниците на површината на Земјата и во орбитата.
Експериментална потврда
Теоријата на релативноста е потврдена преку бројни експерименти и набљудувања. Еден од најпознатите тестови беше набљудувањето на свиткување на светлината од гравитацијата за време на затемнувањето на Сонцето во 1919 година, што го поддржа предвидувањето на Ајнштајн дека светлината ќе се свитка кога ќе помине во близина на масивен објект како Сонцето. Друга потврда доаѓа од Глобалниот систем за позиционирање (GPS), кој ги разгледува и Специјалната и Општата теорија на релативноста. На GPS сателитите влијае и брзината со која се движат (Специјална релативност) и послабото гравитационо поле во споредба со површината на Земјата (Општо релативност). Прилагодувањата за овие релативистички ефекти се неопходни за системот да обезбеди точни податоци за локацијата. Теоријата на релативноста длабоко влијае на нашето разбирање за универзумот, од однесувањето на атомите до динамиката на галаксиите. И покрај неговата навидум апстрактна природа, неговите принципи се клучни во технологиите што ги користиме секој ден и продолжуваат да го водат истражувањето на космосот.
