Mitä on suhteellisuusteoria?

Korjataanpa suhteellisuusteorian kartion päälle vielä toinen lusikka – ihanaa Mustametsän makua saksalaissyntyisen fyysikon Albert Einsteinin ansiosta. Kuten äsken mainitsimme, Galilein suhteellisuusteoria oli rikki senkin jälkeen, kun se oli saanut muutaman nipistyksen Newtonin fysiikasta. Tutkijat oppivat, että valo kulkee vakionopeudella, jopa ylinopeutta kulkevassa junassa.

Sentähden Einstein esitti erityisen suhteellisuusteorian, joka kiteytyy tähän: Fysiikan lait ovat samat kaikissa inertiaalikehyksissä, ja valon nopeus on sama kaikille havaitsijoille. Olitpa sitten hajonneessa koulubussissa, ylinopeutta ajavassa junassa tai jonkinlaisessa futuristisessa rakettialuksessa, valo liikkuu samalla nopeudella, ja fysiikan lait pysyvät vakiona. Jos oletetaan, että nopeus ja suunta ovat vakioita eikä olisi ikkunaa, josta voisi kurkistaa sisään, et pystyisi sanomaan, kummassa näistä kolmesta aluksesta matkustat.

Mutta erityissuhteellisuusteorian seuraukset vaikuttavat kaikkeen. Pohjimmiltaan teoria ehdotti, että etäisyys ja aika eivät ole absoluuttisia.

Nyt on kolmannen jäätelökauhan aika, ja se on jälleen yksi muhkea annos Einsteinilta. Kutsutaan sitä saksalaiseksi suklaaksi. Vuonna 1915 Einstein julkaisi yleisen suhteellisuusteoriansa ottaakseen painovoiman huomioon relativistisessa näkemyksessä maailmankaikkeudesta.

Keskeinen muistettava käsite on ekvivalenssiperiaate, jonka mukaan yhteen suuntaan vetävä painovoima vastaa kiihtyvyyttä toiseen suuntaan. Tämän vuoksi kiihtyvä hissi antaa tunteen lisääntyneestä painovoimasta noustessa ja vähentyneestä painovoimasta laskeutuessa. Jos painovoima on ekvivalentti kiihtyvyyden kanssa, se tarkoittaa, että painovoima (kuten liike) vaikuttaa ajan ja avaruuden mittauksiin.

Tämä tarkoittaisi, että riittävän massiivinen kohde, kuten tähti, vääristää aikaa ja avaruutta painovoimansa avulla. Einsteinin teoria siis muutti itse painovoiman määritelmän voimasta aika-avaruuden vääristymäksi. Tutkijat ovat havainneet sekä ajan että avaruuden painovoiman aiheuttamaa vääristymistä, mikä tukee tätä määritelmää.

Näin se tapahtuu: Tiedämme, että aika kuluu nopeammin kiertoradalla kuin maapallolla, koska olemme verranneet maapallon kelloja kauempana planeetan massasta olevien kiertoratasatelliittien kelloihin. Tutkijat kutsuvat tätä ilmiötä painovoiman aiheuttamaksi ajanlaajenemiseksi. Samoin tutkijat ovat havainneet suorien valonsäteiden kaartuvan massiivisten tähtien ympärillä, mitä kutsumme gravitaatiolinssiksi.

Mitä suhteellisuusteoria siis tekee meille? Se tarjoaa meille kosmologisen kehyksen, jonka avulla voimme tulkita maailmankaikkeutta. Sen avulla voimme tutkia taivaan mekaniikkaa, ennustaa mustien aukkojen olemassaolon ja kartoittaa maailmankaikkeutemme kaukaisia alueita.

Tutustu alla oleviin linkkeihin oppiaksesi vielä enemmän kosmologiasta.

Muutamia hyviä linkkejä