Mi a relativitás elmélet (köznapi nyelven megfogalmazva, illetve a mindennapi élet valamely eseményével szemléltetve, már, ha ez lehetséges)?

A speciális relativitáselméletre linkelek egy elég jó jegyzetet, ezt középiskolás matek tudással eltudod ovlasni [link]

Az általános relativitáselmélet már keményebb dió, a matekját nem egyszerű olvasni egy hétköznapi embernek. Lényegében olyan mennyiségeket vezet be amivel a téridő geometriáját írja le, és a geometriai mennyiségek és az anyag között van egy kapcsolat (Einstein-egyenlet) ami a következő dióhéjban: az anyag megmondja a térnek hogyan görbüljön, a téridő megmondja az anyagnak hogyan mozog. A lényeg hogy a gravitációt a klasszikus fizika azonnali hatásként tételezte fel, az általános relativitás elmélet már nem, geometriaként kezeli, az anyag mindig egyenesvonalú egyenletes mozgást végez ha nem hat rá semmi, a gravitáció pedig annyi tesz hogy a görbületen mozog. Ezzel az elmélettel már a gravitáció is fénysebességgel terjedhet.

A spec rel pedig pont a fénysebesség körüli paradoxonokat teszi helyre. Két egymással szembemenő autó nem úgy látja a másikat mint ha a sebességük összege lenne (ha fénysebesség közeli sebességük van) hanem egy transzformációt kell végrehajtani és azt látják, ez le van írva a jegyzetben.

[link]

Ezek az elméletek sok minden mást is állítanak persze, és nagyon messze menő következtetéseket lehet belőlük levonni. Ráadásul mindkettő bizonyított tény ma már. Ezekről is olvashatsz a neten.

Köznapi nyelven arról van szó, hogy elfogadjuk az alábbi két egyszerű állítást:

1. a fénysebesség állandó,

2. az egymáshoz képest egyenes vonalú egyenletes mozgást végző koordináta rendszerrel fizikailag ekvivalensek.

- téridő: az idő nem abszolút valami., és a tér és idő nem függetlenek egymástól. Bármi, ami befolyásolja a teret, befolyásolja az időt is. Bármi, ami a teret másnak láttatja, másnak láttatja az időt is.

- tömeg = energia. A tömeg átalakítható más energiafajtákká. És minden energia kiváltja a tömeggel kapcsolatos hatásokat: a tehetetlenséget és a gravitációt.

Ez a két hatás ugyanaz, és a dolgok tehetetlen tömege abból következik, hogy önmaguk körül eltorzítják a téridőt (ami által lassabban haladnak), ugyanúgy ahogy a gravitáció más tárgyak körül eltorzítja a téridőt (és így más tárgyak az ő irányukba gyorsabban haladnak).

- a sebesség nem növekedhet a végtelenségig (ahogy Newtonnál), hanem egy konkrét határértékhez tart, amit soha nem érhet teljesen el tömeggel bíró test és nem léphet át semmilyen test; ennek a neve c.

A részecskék vagy tömegtelenek és folyamatosan c-vel haladnak, mint a fény, vagy visszafogja őket a saját nyugalmi tömegük.

A fény a rezgésének hullámhossza révén hordozhat energiát, ezért hat rá a gravitáció is.

Minél nagyobb két tárgy között a relatív sebesség, annál inkább számolni kell vele, hogy a tér összehúzódik, az idő tágul.

- az invariancia/relativitás elve: két viszonyítási pont között nem lehet különbséget tenni, hogy melyik az elsődleges. Ha valami X sebességgel távolodik tőled, vagy te távolodsz valamitől X sebességgel, a két názőpont között semmilyen különbség nem létezik, és ugyanez igaz a gyorsulásra is. A gravitáció maga is gyorsulás és gravitációt tapasztaló vagy gyorsuló test között semmilyen különbséget nem lehetséges tenni.

Kb. ennyi? Némelyik az elvek közül korábbi tudósok érdeme (Galileié az eredeti invarianciaelv például), de Einstein tovább alkalmazta és bővítette őket.

Erre a kérdésre nehéz röviden válaszolni, mivel olyan szempontok kellenek hozzá, amelyek egy laikusnak nem sokat mondanak.

A relativitáselmélet alapvetően két részből tevődik össze, amelyek persze nem függetlenek egymástól.

A speciális relativitáselmélet lényege annak észrevétele, hogy azzal ellentétben, hogy korábban azt hitték, hogy az inerciarendszerek (vagyis amelyekben igazak Newton törvényei) csak mechanikai értelemben egyenértékűek, valójában minden fizikai jelenség szempontjából azok, beleértve a fény terjedését leíró elektrodinamikát is (meg az azóta felfedezett gyenge és erős kölcsönhatásokat). Ez maga után vonja azt a tényt, hogy a fény véges sebességgel terjed, és ez minden inerciarendszerben ugyanakkora, vagyis a fénysebesség véges volta miatt az addig megszokott tér- és időfogalmunkat meg kellett változtatni úgy, hogy ez összeférjen a fénysebesség állandóságával. Ennek a gondolatak a matematikai kibontása a speciális relativitáselmélet idődilatációstul, Lorentz-kontrakcióstul, ikerparadoxonostul, meg ami ezekből a mozgások dinamikájával és az elektromágnesességgel kapcsolatban következik.

Az általános relativitáselmélet a speciális elmélet alapgondolatának további bővítése, amely szerint a természeti törvények leírása szempontjából nemcsak az inerciarendszerek, hanem bármely vonatkoztatási rendszer egyenertékű, tehát a gyorsulók is. Ez egy elég merész lépés volt Einsteintől, mivel a vak is látja, hogy egy gyorsuló rendszer tök más, mint egy nem gyorsuló: fellépnek benne inerciaerők (pl. kanyarodó vagy fékező buszban), hogy lehetne hát ez egyenrangú egy olyannal, amiben nem történik semmi ilyesmi?

Erre a válasz az, hogy a leírásba bele kell vonni a gravitációt, amelyhez Einstein számára az analógiát az ekvivalencia elv szolgáltatta a zuhanó kontra álló lifttel. Ez már matematikailag sokkal keményebb dió volt, mert ehhez azt az árat kellett fizetni, hogy a gravitáció mint olyan, puszta geometriává vált, amely eltorzítja a speciális relativitáselméletben bevezetett, ott még síknak tekinthető téridő szerkezetét, és ebben a torz, görbült téridőben történik aztán minden más, amivel a fizika még foglalkozik: testek mozgása, elekromágneses terek terjedése, stb. Azaz a téridő szerkezeti, geometriai leírása megjelenik olyan egyenletekben is, amelyek korábban csak az adott fizikai jelenséggel foglalkoztak, és ezáltal az egész nagyon bonyolult lesz.

Viszont mindez igaznak bizonyult nagy távolságokon és nagy tömegek jelenlétében, amelyek gravitációja kimutatható. Legalábbis 100 éve ezt még nem cáfolta semmi (az általános relativitáselmélet épp idén 100 éves). Ami a kis méreteket és a kvantumelmélettel való kapcsolatát illeti, ez még tisztázatlan, és nincs ellentmondásmentes átmenet a kettő között.