La fizika relativeco kutime ampleksas du interelateitajn teoriojn de Albert Einstein:
speciala teorio de relativeco kaj ĝenerala relativeco.
Speciala teorio de relativeco validas por elementaj partikloj kaj iliaj interagoj, priskribante ĉiujn iliajn fizikajn fenomenojn krom gravito.
Ĝenerala relativeco klarigas la leĝon de gravitado kaj sian rilaton al aliaj fortoj de naturo.
Ĝi validas por la kosmologia kaj astrofizika sfero, inkluzive de astronomio.
#000001
La teorio transformis teorian fizikon kaj astronomion dum la 20-a jarcento, anstataŭante 200-jaraĝan teorion de mekanikistoj kreitan ĉefe fare de Isaac Newton.
Ĝi lanĉis konceptojn inkluzive de spactempo kiel unuigita unuo de spaco kaj tempo, relativeco de samtempeco, kinemata kaj gravita tempodilatiĝo, kaj longokuntiriĝo.
En la kampo de fiziko, relativeco plibonigis la sciencon de elementaj partikloj kaj iliajn fundamentajn fortojn, kune kun montrado en la atomaĝo.
Kun relativeco, kosmologio kaj astrofiziko antaŭdiris specialajn astronomiajn fenomenojn kiel ekzemple neŭtronaj steloj, nigraj truoj, kaj gravitajn ondojn.
#000002
Testoj de speciala teorio de relativeco
#000003
Einstein evoluigis ĝeneralan relativecon inter 1907 kaj 1915, kun kontribuoj de multaj aliajn post 1915.
La fina formo de ĝenerala relativeco estis publikigita en 1916.
#000005
La esprimo "fizika relativeco" estis bazita sur la esprimo "parencteorio" ( germane:
Relativtheorie ) uzis en 1906 fare de Planck, kiu emfazis kiel la teorio uzas la principon de relativeco.
En la diskutsekcio de la sama papero, Alfred Bucherer uzita por la unuan fojon la esprimo "fizika relativeco" ( germane:
#000006
De la 1920-aj jaroj, la fizikkomunumo komprenis kaj akceptis specialan teorion de relativeco.
Ĝi rapide iĝis signifa kaj necesa ilo por teoriuloj kaj eksperimentistoj en la novaj kampoj de atoma fiziko, nuklea fiziko, kaj kvantuma mekaniko.
#000007
, Ĝenerala relativeco ne ŝajnis esti same utile, preter farante negravajn ĝustigojn al prognozoj de Newtonian-gravitadoteorio.
Ĝi ŝajnis oferti malgrandan potencialon por eksperimenta testo, kiam la plej multaj el ĝiaj asertoj estis sur astronomia skalo.
Ĝia matematiko de ĝenerala relativeco ŝajnis malfacila kaj plene komprenebla nur de malmulto de homoj.
Ĉirkaŭ 1960, ĝenerala relativeco iĝis centra al fiziko kaj astronomio.
Novaj matematikaj teknikoj por apliki al ĝenerala relativeco fluliniajn kalkulojn kaj igitaj ĝiaj konceptoj pli facile bildigis.
Ĉar astronomiaj fenomenoj estis malkovritaj, kiel ekzemple kvazaroj (1963), la 3-kelvin mikroondo-jonigfona radiado (1965), pulsaroj (1967), kaj la unuaj nigratruaj kandidatoj (1981), [3] la teorio klarigis iliajn atributojn, kaj mezurado de ili plue konfirmis la teorion.
#000008
Speciala teorio de relativeco estas teorio de la strukturo de spactempo.
Ĝi estis lanĉita en la 1905 artikolo de Einstein " En la Electrodynamics of Moving Bodies (Elektrodinamiko de Moving Bodies) " (ĉar la kontribuoj de multaj aliaj fizikistoj vidas Historion de speciala teorio de relativeco).
Speciala teorio de relativeco estas bazita sur du postulatoj kiuj estas malkongruaj en klasika mekaniko:
#000009
La leĝoj de fiziko povas atendi la samaj ĉiujn observantojn uniformita moviĝo unu relative al la alia ( principo de relativeco).
La lumrapideco en vakuo estas la sama por ĉiuj observantoj, nekonsiderante ilia relativa decidpropono aŭ de la decidpropono de la lumfonto.
#000010
La rezulta teorio traktas eksperimento pli bone ol klasikaj mekanikoj.
Ekzemple, postulato 2 klarigas la rezultojn de la Michelson-Morley-eksperimento.
Krome, la teorio havas multaj surpriziĝante kaj kontraŭintuiciajn sekvojn.
#000011
Relativeco de samtempeco: Du okazaĵoj, samtempaj por unu observanto, eble ne estas samtempaj por alia observanto se la observantoj estas en relativa moviĝo.
Tempodilatiĝo: Movi horloĝojn estas mezurita por tiktaki pli malrapide ol la senmova" horloĝo de observanto.
Longokuntiriĝo: Objektoj estas mezuritaj por esti mallongigitaj en la direkto kiun ili movas kun respekto al la observanto.
Maksimuma rapideco estas finhava: Neniu fizika objekto, mesaĝo- aŭ kampolinio povas vojaĝi pli rapide ol la lumrapideco en vakuo.
La efiko de Gravity povas nur vojaĝi tra spaco ĉe la lumrapideco, ne pli rapide aŭ tuje.
E = Mc 2 , energio kaj tumoro estas ekvivalentaj kaj ŝanĝeblaj.
Relativista maso, ideo utiligita fare de kelkaj esploristoj.
#000012
La difina kvalito de speciala teorio de relativeco estas la anstataŭigo de la galileaj transformoj de klasika mekaniko de la lorencaj transformoj.
(Vidu ekvaciojn de Maxwell de elektromagnetismo).
#000013
Ĝenerala relativeco estas teorio de gravitado evoluigita fare de Einstein en la jaroj 1907-1915-a La evoluo de ĝenerala relativeco komenciĝis kun la ekvivalentprincipo, sub kiu la statoj de akcelita moviĝo kaj estaĵo ĉe ripozo en gravitkampo (ekzemple, kie starado sur la surfaco de la Tero) estas fizike identaj.
La rezulto de tio estas tiu libera falo estas inercimoviĝo: objekto en libera aŭtuno falas ĉar tio estas kiel objektoj moviĝas kiam ekzistas neniu forto esti penita sur ili, anstataŭe de tio ŝuldiĝanta al la forto de gravito kiel estas la kazo en klasika mekaniko.
Tio estas malkongrua kun klasika mekaniko kaj speciala teorio de relativeco ĉar en tiuj teorioj inercimovantaj objektojn ne povas akceli kun respekto al unu la alian, sed objektoj en libera aŭtuno faras tion.
Solvi tiun malfacilecon Einstein unue proponis ke spactempo estas kurba.
En 1915, li elpensis la Einstein kampoekvaciojn kiuj ligas la kurbecon de spactempo kun la maso, energio, kaj ajnan impeton ene de ĝi.
#000014
Kelkaj el la sekvoj de ĝenerala relativeco estas:
#000015
Teknike, ĝenerala relativeco estas teorio de gravitado kies difina trajto estas sia uzo de la Einstein kampoekvacioj.
La solvoj de la kampoekvacioj estas metrikaj tensoroj kiuj difinas la topologion de la spactempo kaj kiel objektoj moviĝas inerci.
#000017
Einstein deklaris ke la fizika relativeco apartenas al klaso de "principo-teorioj".
Kiel tian, ĝi utiligas analizan metodon, kio signifas ke la elementoj de tiu teorio ne estas bazitaj sur hipotezo sed sur empiria eltrovaĵo.
Observante naturprocezojn, ni komprenas iliajn ĝeneralajn karakterizaĵojn, elpensas matematikajn modelojn por priskribi kion ni observis, kaj de analiza signifas ke ni deduktas la necesajn kondiĉojn kiuj povas esti kontentigitaj.
Mezurado de apartaj okazaĵoj devas kontentigi tiujn kondiĉojn kaj egali la konkludojn de la teorio.
#000018
Relativeco estas malpruvebla teorio: faras prognozojn ke povas esti testita per eksperimento.
Koncerne specialan teorion de relativeco, tiuj inkludas la principon de relativeco, la konstantecon de la lumrapideco, kaj tempodilatiĝon.
La prognozoj de speciala teorio de relativeco estis konfirmitaj en multaj testoj ĉar Einstein publikigis sian artikolon en 1905, sed tri eksperimentoj kondukis inter 1881 kaj 1938 estis kritikaj al ĝia validumado.
Tiuj estas la Michelson-Morley-eksperimento, la Kennedy-Thorndike-eksperimento, kaj la Ives-Stilwell-eksperimento.
Einstein venis la lorencaj transformoj de unuaj principoj en 1905, sed tiuj tri eksperimentoj permesas al la transformoj esti induktitaj de eksperimenta indico.
#000019
Ekvacioj de Maxwell - la fundamento de klasika elektromagnetismo - priskribas lumon kiel ondon kiu movoj kun karakterizaĵrapideco.
La moderna projekcio estas ke lumo bezonas neniun komunikilon de dissendo, sed Maxwell kaj siajn samtempulojn estis fervora ke lumondoj estis disvastigitaj en medio, analoga al sono disvastiganta en aero, kaj ondetoj disvastigantaj sur la surfacon de lageto.
Tiu hipoteza medio estis nomita la lumporta etero, ĉe ripozo relative al la "fiksaj steloj" kaj tra kiu la Tero moviĝas.
La parta etero de Fresnel trenanta hipotezon ekskludis la mezuradon de unuaordaj (v/c) efikoj, kaj kvankam observaĵoj de duaordaj efikoj ( v2 / C2) estis eblaj en principo, Maxwell opiniis ke ili estis tro malgrandaj por esti detektitaj kun tiam-aktuala teknologio.
#000020
La Michelson-Morley eksperimento estis dizajnita por detekti duaordajn efikojn de la "etervento" - la decidpropono de la etero relative al la tero.
Michelson dizajnis instrumenton nomitan la Michelson-interferometro por plenumi tion.
La aparataro estis pli ol sufiĉe preciza por detekti la atendatajn efikojn, sed li akiris nulrezulton kiam la unua eksperimento estis farita en 1881, [14] kaj denove en 1887.
Kvankam la malsukceso detekti eterventon estis seniluziiĝo, la rezultoj estis akceptitaj fare de la scienca komunumo.
En provo savi la eterparadigmon, FitzGerald kaj Lorentz sendepende kreis ad hoc hipotezon en kiu la longo de materialkorpoj ŝanĝiĝas laŭ ilia decidpropono tra la etero.
Tio estis la origino de FitzGerald-Lorentz kuntiriĝo, kaj ilia hipotezo havis neniun idean bazon.
La interpreto de la nulsekvo de la Michelson-Morley eksperimento estas ke la revenira vojaĝdaŭro por lumo estas izotropa (sendependa de direkto), sed la rezulto sole estas ne sufiĉe por rabati la teorion de la etero aŭ konfirmi la prognozojn de speciala teorio de relativeco.
#000021
Dum la Michelson-Morley-eksperimento montris ke la rapideco de lumo estas izotropa, ĝi diris nenion koncerne kiel la signifo de la rapideco ŝanĝiĝis (se entute) en malsamaj inercikadroj.
La Sciit-Thorndike eksperimento estis dizajnita farendaĵo ke, kaj unue estis farita en 1932 fare de Roy Kennedy kaj Edward Thorndike.
Ili akiris nulrezulton, kaj finis ke "ekzistas neniu efiko ...
se la rapideco de la sunsistemo en spaco ne estas ne pli ol proksimume duona kiu de la tero en sia orbito".
Tiu ebleco laŭsupoze estis tro simila por disponigi akcepteblan klarigon, tiel de la nulsekvo de ilia eksperimento estis finite ke la revenirtempo por lumo estas la sama en ĉiuj inercireferencaj kadroj.
#000022
La Ives-Stilwell eksperimento estis aranĝita fare de Herbert Ives kaj G.R. Stilwell unue en 1938 [21] kaj kun pli bona precizeco en 1941.
Estis dizajnite por testi la transversan efikon de Doppler - la ruĝenŝoviĝon de lumo de kortuŝa fonto en direkto perpendikulara ĝis ĝia rapideco - kiu estis antaŭdirita de Einstein en 1905.
La strategio estis kompari observitajn doplerajn ŝanĝojn kun kio estis antaŭdirita de klasika teorio, kaj serĉi Lorentz-faktor ĝustigon.
Tia ĝustigo estis observita, de kiu estis finita ke la frekvenco de kortuŝa atomhorloĝo estas ŝanĝita laŭ speciala teorio de relativeco.
#000023
Tiuj klasikaj eksperimentoj estis ripetitaj multajn fojojn kun pliigita precizeco.
Aliaj eksperimentoj inkludas, ekzemple, relativistan energion kaj impetpliiĝon ĉe altaj rapidecoj, tempodilatiĝo de movado de partikloj, kaj modernaj serĉoj por Lorentz-malobservoj.
#000024
Ĝenerala relativeco ankaŭ estis konfirmita multajn fojojn, la klasikaj eksperimentoj estantaj la perihelioprecesio de la okulkavo de Merkuro, la deklino de lumo proksime de la suno, kaj la gravita ruĝenŝoviĝo de lumo.
Aliaj testoj konfirmis la ekvivalentprincipon kaj framtrenadon.
#000025
Longe de estanta simple de teoria intereso, relativitistaj efikoj estas grava praktika inĝenieristiko koncernas.
Satelit-bazita mezurado devas preni en raportorelativistajn efikojn, ĉar ĉiu satelito estas en moviĝo relative al Terligita uzanto kaj estas tiel en malsama referenca kadro sub la fizika relativeco.
GPS kiel ekzemple GP, GLONASS, kaj la venonta Galileo, devas respondeci pri ĉiuj la relativistaj efikoj, kiel ekzemple la sekvoj de la gravitkampo de la Tero, por labori kun precizeco.
Tio ankaŭ estas la kazo en la alt-precizeca mezurado de tempo.
Instrumentoj intervalantaj de elektronaj mikroskopoj ĝis partikloakceleratoroj ne funkcius se relativistaj konsideroj estus preterlasitaj.
#000026
Duoble speciala teorio de relativeco
#000027
Diskreta tempo kaj kontinua tempo
#000035