Základy speciální teorie relativity vypracoval Albert Einstein v roce 1905 na základě zkoumání vztahu mezi prostorovými charakteristikami, časem a některými dynamickými veličinami, jako jsou energie a hybnost. Speciální teorie relativity je založena na experimentálně zjištěném poznatku – tzv. Michelsonův experiment, že při měření rychlosti světla ve vakuu vzhledem k libovolné inerciální soustavě vždy naměříme tutéž hodnotu rychlosti světla c, bez ohledu na to, že se nacházíme na planetě, která se pohybuje vesmírem poměrně velkou rychlostí. To je jev, který není v souladu s naší běžnou zkušeností.

STR

Na počátku minulého století Michelsonův experiment způsobil vrásky na čele mnoha vědcům. Newtonova představa vesmíru vzala za své a svět přestal být takovým, za jaký byl vždy považován. Z Michelsonova experimentu vyplynulo, že v rozporu s představami klasické fyziky a zdravého selského rozumu je rychlost světla c ve vakuu stejná nezávisle na směru vzhledem k pohybu Země.

Albert Einstein rozřešil tento problém prostě tím, že postuloval princip o stálosti rychlosti světla ve vakuu c: Ve všech inerciálních vztažných soustavách má rychlost světla ve vakuu c stejnou velikost, a to ve všech směrech a nezávisle na vzájemném pohybu světelného zdroje a pozorovatele (2 postulát STR).

Rozpory spojené s touto skutečností vyřešil předpokladem, že neexistuje žádný jev, který by dokazoval rovnoměrný a přímočarý pohyb vztažné soustavy. To znamená, že neexistuje žádný absolutní pohyb vůči nějaké absolutní vztažné soustavě. Existuje pouze relativní pohyb jedné vztažné soustavy vůči druhé.

Všechny inerciální vztažné soustavy jsou rovnocenné, platí v nich stejné fyzikální zákony a neexistuje žádná zvláštní absolutní fyzikální soustava, z níž by bylo možno konat absolutní měření rychlosti okolních těles (1 postulát STR). Naměřená hodnota rychlosti libovolného tělesa má smysl pouze vzhledem k soustavě, v níž byla měřena.

Z důvodu nečekaného výsledku Michelsonova experimentu musela být klasická Galileova transformace souřadnic nahrazena tzv. Lorentzovou transformací souřadnic. Z ní vyplývá, že při rychlostech blízkých rychlosti světla ve vakuu c (cca 300 000 km/s) se začnou objevovat relativistické efekty, které zcela změní realitu, jak ji známe.

Představme si, že někdo někdy dokáže sestrojit fotonovou raketu, která se bude pohybovat rychlostí blízkou rychlosti světla ve vakuu c. Kosmická loď pohybující se touto rychlostí by nám připadala ve směru pohybu zkrácená, mnohem hmotnější než v klidu, a všechny hodiny na palubě této lodi by šly pomaleji než hodiny na Zemi.

spaceships, aliens, space, fantasy, sky, moon, nature, planet - space, night, space exploration
https://www.pxfuel.com/en/free-photo-xdusl

Kdyby současně dvě takové kosmické lodi startovaly ze Země do opačných koutů vesmíru a krátce po startu by dosáhly rychlosti blízké rychlosti světla c vzhledem k Zemi, pozorovatel na Zemi by mohl soudit, že se od sebe vzdalují rychlostí rovnou takřka 2c. Přesto oba kapitáni těchto lodí by svorně tvrdili, že se vzdalují jak od Země, tak od sebe navzájem skoro stejnou rychlostí @ c. To je zajímavý paradox plynoucí z STR.

Z STR pochází rovněž nejslavnější Einsteinova rovnice popisující vztah mezi hmotností a energií:

Einstein, Fyzik, Vědci, Teorie Relativity, Genius, Věda
https://pixabay.com/cs/photos/einstein-fyzik-vědci-4129246/

Einsteinova speciální teorie relativity vážně otřásla základy karteziánsko-newtonovské vědy. Zbourala zastaralá paradigmata a mechanistické představy o podstatě vesmíru. Ještě vážnější zásah do klasických představ o vesmíru však způsobila Einsteinova obecná teorie relativity, jež ukázala, že prostor je těsně spjat s hmotou v něm obsaženou a je jí zakřivován.

V roce 1916 dokončil Albert Einstein obecnou teorií relativity (OTR). Podle této teorie jsou geometrické vlastnosti prostoru přímo určeny rozložením a pohybem hmoty. Hmota zakřivuje prostor a ovlivňuje plynutí času. Čas se stává čtvrtým rozměrem. To znamená, že žijeme v zakřiveném prostoročase a vzdálenosti jsou určeny prostoročasovým intervalem mezi dvěma body v tomto prostoru. Vesmír podle obecné teorie relativity může být konečný a uzavřený.

https://pixabay.com/cs/photos/einstein-fyzik-vědci-4129246/

Obecná teorie relativity je založena na předpokladu ekvivalentnosti gravitačních sil a sil působících při zrychlení. Kosmonaut, jenž se nachází v uzavřené raketě na místě, které je pro něho neznámé, nerozliší, zda ho k podlaze tlačí přitažlivá síla nějaké hvězdy nebo planety nacházející se pod ním, nebo zda ho k podlaze tlačí setrvačné síly vyvolané zrychleným pohybem jeho rakety.

Speciální teorie relativity popisovala fyzikální zákony pouze pro inerciální vztažné soustavy a neumožňovala důsledný popis gravitace. Obecná teorie popisuje i fyzikální procesy v neinerciálních vztažných soustavách (soustavy se zrychleně se pohybujícími tělesy) a v gravitačním poli. Obecný princip relativity říká, že všechny fyzikální zákony mají stejný tvar v libovolné vztažné soustavě.

https://pxhere.com/cs/photo/1206493

Základním přínosem obecné teorie relativity je poznání, že prostor a čas tvoří sjednocené prostoročasové kontinuum. Neexistuje nic než prázdný prostoročas, veškerá hmota, pole i náboje jsou projevem geometrických a topologických vlastností prázdného prostoru.

Gravitace, jak vyplývá z důsledků obecné teorie relativity, má velmi zajímavou vlastnost a to, že lokalizace její energie není možná. Energie gravitačního pole je jevem globálním, nikoliv lokálním, a fyzikální význam mají (a to ještě ne vždy!) pouze integrální hodnoty energie, hybnosti a momentu hybnosti. Energetické gravitační pole je soustavou lokálních oblastí bez gravitace a energie.

Einsteinova teorie relativity změnila náš pohled na fyzikální realitu. Prostor a čas už nejsou čímsi, co existuje samo o sobě nezávisle na přítomnosti hmoty. Prostor a čas už není neměnný. Přítomnost hmoty a rychle se pohybujících objektů ho zakřivuje, činí ho elastickým. Prostor a čas získává tvar, který se velmi odlišuje od toho, jak ho známe ze zkušenosti.

albert einstein,tongue,sticking out tongue,portrait,1950-1959,1951,adult,profesor,teacher,iq,oil,painting,art,man,men,people,albert einstein, oil painting,free pictures, free photos, free images, royalty free, free illustrations, public domain
https://www.needpix.com/photo/download/1490799/alberteinstein-tongue-stickingouttongue-portrait-1950-1959-1951-adult-profesor-teacher
Speciální a obecná teorie relativity

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *