Çfarë është teoria e relativitetit?

Relativiteti është dy teori të ndërlidhura: relativiteti special , i cili shpjegon marrëdhënien midis hapësirës, ​​kohës, masës dhe energjisë; dhe relativiteti i përgjithshëm , i cili përshkruan se si graviteti përshtatet në përzierje. Albert Einstein i propozoi këto teori duke filluar nga viti 1905. Në vitet 1920, ato u pranuan gjerësisht nga fizikantët.

Relativiteti special përfshin dy ide kryesore. Së pari, shpejtësia e dritës në vakum është e njëjtë për çdo vëzhgues, pavarësisht nga vendndodhja ose lëvizja e vëzhguesit, ose nga vendndodhja ose lëvizja e burimit të dritës. Së dyti, ligjet e fizikës janë të njëjta për të gjitha kornizat e referencës që nuk po përshpejtohen apo ngadalësohen në raport me njëri-tjetrin. Një kornizë referimi mund të mendohet si një mjedis në të cilin një vëzhgues është në pushim.

Për shembull, kur vozitni në rrugë, makina juaj mund të konsiderohet si korniza juaj e referencës. Ju jeni në pushim në lidhje me makinën tuaj dhe gjithçka në të. Megjithatë, nëse një kornizë referimi është duke lëvizur në lidhje me një tjetër, ato dy korniza referencë kanë secili një këndvështrim të ndryshëm për kohën dhe hapësirën. Tre dimensionet e hapësirës dhe një dimension i kohës, si dhe mënyra se si ne i masim ato përbëjnë atë që fizikanët e quajnë vazhdimësi hapësirë-kohë.

Ekuacioni më i famshëm i Ajnshtajnit përshkruan marrëdhënien midis energjisë, masës dhe shpejtësisë së dritës. Ai thotë se energjia (E) është e barabartë me masën (m) herë shpejtësinë e dritës (c) në katror (2), ose E=mc 2 . Do të thotë se masa dhe energjia janë të lidhura dhe mund të ndryshohen nga njëra në tjetrën. Masa është në thelb sasia e materialit që përmban një objekt (i cili dallohet nga pesha, që është forca e gravitetit mbi një objekt). Masa ndryshon në varësi të objektit. Në të kundërt, shpejtësia e dritës është një konstante – është e njëjtë kudo në univers.

Shpejtësia e dritës është tepër e lartë. Për shkak se shpejtësia e dritës është në katror në ekuacionin e Ajnshtajnit, sasi të vogla të masës përmbajnë sasi të mëdha energjie. Një tjetër rezultat i teorisë së relativitetit special është se ndërsa një objekt lëviz më shpejt, masa e tij e vëzhguar rritet. Kjo rritje është e papërfillshme në shpejtësitë e përditshme. Por ndërsa një objekt i afrohet shpejtësisë së dritës, masa e tij e vëzhguar bëhet pafundësisht e madhe. Si rezultat, kërkohet një sasi e pafundme energjie për të bërë një objekt të lëvizë me shpejtësinë e dritës. Për këtë arsye, është e pamundur që ndonjë lëndë të udhëtojë më shpejt se shpejtësia e dritës.

Relativiteti special përshkruan se si funksionon universi për objektet që nuk përshpejtohen, të quajtura korniza referimi inerciale. Megjithatë, ai nuk përfshin gravitetin. Kjo është pjesë e teorisë së relativitetit të përgjithshëm . Para Ajnshtajnit, pikëpamja tradicionale ishte se graviteti ishte një forcë e padukshme që i bashkonte gjërat. Në vend të kësaj, relativiteti i përgjithshëm thotë se graviteti është mënyra se si masa shtrembëron hapësirën dhe kohën. Sa më e madhe të jetë masa, aq më shumë i shtrembëron gjërat. Imagjinoni që universi është një fletë gome e mbuluar me objekte me pesha të ndryshme, secila e ulur në një depresion të lakuar të formuar nga pesha e atij objekti; objektet më masive do ta përkulin fletën më shumë. Relativiteti i përgjithshëm është arsyeja pse yjet, të cilët janë tepër masivë, përkulin shtegun e dritës. Vrimat e zeza, me sasi të mëdha të masës në një hapësirë ​​të vogël, e përkulin hapësirën aq shumë saqë në fakt bllokojnë dritën.

Relativiteti special dhe ai i përgjithshëm bashkohen për të treguar se si koha matet ndryshe në korniza të ndryshme referimi, të quajtur zgjerimi i kohës. Ky efekt ndodh sepse kornizat e ndryshme të referencës e perceptojnë ndryshe kohën dhe hapësirën . Le të shohim një shembull: muoni . Muonet janë grimca nënatomike që krijohen kur rrezet kozmike godasin atmosferën e Tokës. Ata prishen pas vetëm 2.2 mikrosekondash. Edhe pse muonët udhëtojnë me shpejtësinë e dritës, ato kalbet aq shpejt sa nuk duhet të arrijnë në sipërfaqen e Tokës. Por shumë e bëjnë. Për një vëzhgues, korniza referencë e të cilit qëndron në sipërfaqen e Tokës, një muon duhet të udhëtojë vetëm 0,4 milje në jetën e tij prej 2,2 mikrosekonda. Por për shkak se muonet udhëtojnë aq afër shpejtësisë së dritës, nga korniza e tyre e referencës koha kalon për ta rreth 40 herë më ngadalë se sa shihet nga një vëzhgues i tokës. Kjo do të thotë, nga këndvështrimi ynë në Tokë, një muon ka një jetëgjatësi prej afër 90 mikrosekonda, gjatë së cilës mund të udhëtojë 16 milje. Ky efekt njihet si zgjerimi i kohës.

Në përputhje me relativitetin, pasi përshpejtuesit e grimcave shpejtojnë grimcat nënatomike, ata gjithashtu i bëjnë ato grimca tepër masive .
Satelitët e sistemit të pozicionimit global ( GPS ) fluturojnë në orbita të ndryshme rreth Tokës. Këto orbita janë korniza të ndryshme referimi, kështu që GPS duhet të marrë në konsideratë relativitetin e veçantë për të na ndihmuar të lundrojmë.

Si teori themelore të fizikës, relativiteti special dhe i përgjithshëm mbështet të gjithë punën e mbështetur nga Zyra e Shkencës e Departamentit të Energjisë. Relativiteti është veçanërisht i rëndësishëm për kërkimin e programeve të Fizikës Bërthamore të Zyrës së Shkencave të DOE dhe të Fizikës së Energjisë së Lartë. Për më tepër, relativiteti është thelbësor për shumë prej objekteve shkencore që mbështet Zyra e Shkencës e DOE. Për shembull, pajisjet e përdoruesit të përshpejtuesit të grimcave të DOE , të cilat i shpejtojnë grimcat nënatomike afër shpejtësisë së dritës, duhet të marrin në konsideratë relativitetin.