Magyar Katolikus Lexikon > R > relativitáselmélet


relativitáselmélet: tudományos fizikai elmélet, mely szerint a →térnek és az →időnek nem abszolút, hanem csak viszonylagos mértéke van, s e mérték függ az adott rendszer mozgásától. - A jelenségek tanulmányozásához vonatkoztatási rendszert kell választanunk. Különböző vonatkoztatási rendszerekben a fizika törvényeinek alakja akár különböző is lehet. Legegyszerűbb, ha a leíráshoz tehetetlenségi rendszert használunk. Ebben a szabad, azaz külső befolyás alatt nem lévő test nyugalomban van, v. egyenes vonalú egyenletes mozgást végez. →Galilei relativitási elve szerint a mechanika törv-ei valamennyi tehetelenségi rendszerben azonos alakúak. Nincs kitüntetett tehetetlenségi rendszer, valamennyi egyenértékű (pl. valamennyiben ugyanazt a kapcsolatot találjuk a fonálinga hossza és lengésideje között). A különböző tehetetlenségi rendszerek egyenes vonalú egyenletes mozgással mozoghatnak egymáshoz képest. Tehetetlenségi rendszerek között a sebességek a sebességösszeadás szabályával számíthatók át. Ha valaki a vonatban 4 km/óra sebességgel megy menetirányban és a vonat 60 km/óra sebességgel közeledik az állomáshoz, akkor az állomás épületéhez képest a vonaton gyalogló ember 64 km/óra sebességgel mozog. Ha viszont a fény terjedési sebességét mérjük, kiderül, hogy a légüres térben mérhető fény sebessége független a fényforrás és a megfigyelő sebességétől, mindenképpen kb. 300.000 km/sec. Azaz fényre a sebességösszeadási szabály nem teljesül. Az elektrodinamika alapegyenleteinek, a →Maxwell-egyenleteknek alakja is azt mutatja, hogy a fénysebesség állandó marad, ha egyik tehetetlenségi rendszerről egy másik, ahhoz képest v sebességgel mozgó rendszerre térünk át. E két tehetetlenségi rendszer tér- és idő-koordinátái közötti kapcsolatot a →Lorentz-transzformáció adja meg. Ha a v sebesség a fénysebességnél sokkal kisebb, akkor a Lorentz-transzformáció és a sebességösszeadási szabály jó közelítéssel azonos kapcsolatot ír le. - A fénysebesség megfigyelt állandósága vezetett a speciális ~ megszületéséhez, amit Albert →Einstein 1905: állított fel. Eszerint a természettörv-ek valamennyi tehetetlenségi rendszerben azonos alakúak. A kölcsönhatások terjedési sebessége véges, és ez a sebesség éppen a fény sebességének felel meg. Ennek a véges terjedési sebességnek az értéke a relativitási elv értelmében nem függhet vonatkoztatási rendszertől, univerzális természeti állandónak tekintendő. Azért mondjuk speciálisnak ezt a ~et, mert csak akkor érvényes, ha nincs tömegvonzás. Galilei és →Newton mechanikája az abszolút tér és idő feltételezésén alapul. Ez a mindennapjaink időszemléletének feleltethető meg. Eszerint a tér egyfajta, mindentől független háttérként létezik, és az idő is mindentől függetlenül telik. Azaz egy rúd távolsága v. egy esemény időtartama nem függhet attól, milyen módon, melyik rendszerből mérjük meg őket. Einstein speciális ~ében a fénysebesség állandósága a Lorentz-transzformáció érvényességével függ össze. Ha a Lorentz-transzformáció képleteit tanulmányozzuk, kiderül, nincs abszolút tér és abszolút idő. Mozgó rendszerben lassabban telik az idő és rövidebbek a rudak. Ezzel térbeli távolság és időtartam, tér és idő relatív fogalmakká váltak. Helyettük a fénysebesség abszolút, azaz mindentől független. A megfigyelések igazolták a speciális ~ állításait. Gyorsan mozgó bomlékony elemi részecskék hosszabb ideig élnek, valamint távolságok és tömegek is a speciális ~ szerint viselkednek. A ~ mat. leírása a három térbeli dimenzióhoz igen hasonló módon kezeli az időt. Matematikailag ez négydimenziós téridő bevezetését jelenti. A Lorentz-transzformáció négydimenziós téridőben való elforgatásokat ír le, melynek során térbeli távolságok és időtartamok ugyan változhatnak, de az ún. négydimenziós távolság változatlan marad. Nemcsak tér és idő koordinátái válnak egymáshoz rendelt négydimenziós mennyiséggé. Valamennyi fiz. alapmennyiséget négy dimenzióban kell leírni. Az energia is, mint fent az idő, egy négydimenziós mennyiség komponensévé válik. Innen közvetlenül adódik a speciális ~ egyik alapvető eredménye. Eszerint nem beszélhetünk külön anyag- és energiamegmaradásról. Csak az energia megmaradó mennyiség, az m tömegnek megfelelő energiát az E=mc2 képlet adja meg. Tömegek sugárzási, mozgási, stb. energiákká, sugárzási, mozgási energiák megfelelő feltételek mellett tömeggé alakulhatnak át. - Einstein másik nagy alkotása az 1916: közölt általános ~. Kiindulópontja az ekvivalencia-elv. Eszerint a zuhanó rendszer és a tehetetlenségi rendszerek egyenértékűek (pl. zuhanó rendszerben a szabad test lebeg, v. egyenesvonalú egyenletes mozgást végez, akárcsak tehetetlenségi rendszerben). Ezért a két rendszer belülről nem különböztethető meg egymástól. Az ekvivalencia-elvből egyszerűen következik, hogy a fény nagy tömegek közelében elgörbül. A Nap közelében haladó fény elgörbülését hamar, már az 1919-es napfogyatkozás alkalmával sikerült igazolni. Másik sikere az elméletnek a Merkur perihélium mozgásának magyarázata. Az ált. ~ szerint a négydimenziós téridő szerkezetét a benne lévő tömegek határozzák meg. Nagy tömegek görbítik a téridőt, minél nagyobbak, annál jobban. A newtoni tömegvonzás az ált. ~ kis téridőgörbületek esetén érvényes közelítése. Ha a tömegek nem túl nagyok, ill. nem vagyunk nagyon közel hozzájuk, akkor az általuk csak kismértékben elgörbített négydimenziós téridőben való mozgás leírása helyettesíthető azzal, hogy a háromdimenziós térben és az időben a newtoni tömegvonzási erő hatására történő mozgást vizsgáljuk. V.Lá.

Simonyi 1994.