Relativitetsteorin

Relativitetsteorin är egentligen två teorier: den speciella relativitetsteorin och den allmänna relativitetsteorin. Det mest kända resultatet från den speciella relativitetsteorin är ekvationen för viloenergi: E = mc² världens antagligen mest kända ekvation.

Den är Albert Einsteins mest kända verk, även om det inte var den han fick Nobelpriset för - vissa hävdar att det beror på att svenska vetenskapsakademien inte förstod sig på relativitetsteorin.

Mycket kortfattat om de båda teorierna:

Albert Einstein var en pionjär inom fysikvärlden som bidragit enormt till vår förståelse av rum och tid genom sin relativitetsteori. Han själv gillade inte beteckningen utan föreslog invariansteori, som bl.a. skulle spegla ljushastighetens oföränderliga karaktär.

Att ljusets hastighet alltid uppmäts till exakt samma värde oberoende av observatörens rörelsetillstånd var känt sen tidigare, men Einstein drog slutsatser om vilka djupgående konsekvenser detta faktum har på rum och tid, begrepp som Lorentz-kontraktion och tidsdilatation (se nedan), samt ställde upp ekvationer för detta. Detta kom att kallas den speciella relativitetsteorin.

Att Newtons teori för gravitationen förutsatte ögonblicklig kommunikation mellan kroppar stod i direkt konflikt med den speciella relativitetsteorin, där inget kan färdas fortare än ljuset. Einstein utvecklade därför den allmänna relativitetsteorin, där tyngdkraften utgörs av krusningar och krökningar i rumsväven som utbreder sig med exakt ljusets hastighet.

För att förstå grundtanken i den speciella relativitetsteorin kan man begrunda följande:

• Varje observatör som rör sig med konstant hastighet kan påstå sig vara i vila.

• Varje sådan observatör har rätten att uppleva sig själv som opåverkad och att tiden för allt som rör sig, i förhållande till honom, verkar gå långsammare.

• Allt ljus rör sig alltid med ljusets hastighet, oavsett vem som mäter, och hur fort denne rör sig.

Tidsdilatation:

Föreställ dig att man tillverkar en klocka som går ut på att en foton, en ljuspartikel, studsar mellan två speglar, låt oss kalla detta en ljusklocka. Säg att varje tur och returfärd för denna foton tar 1 miljarddels sekund.

Om vi nu börjar röra oss i förhållande till klockan och låter en kamrat stanna kvar vid klockan, ser VI ur vår synvinkel att denna foton inte längre bara rör sig upp och ner, utan nu även i sidled, i ett slags zickzackmönster. Detta innebär att ur vår synvinkel får partikeln lite längre sträcka att färdas.Men (och detta är det viktiga) då ljusets hastighet är KONSTANT för ALLA OBSERVATÖRER kommer denna längre sträcka medföra att ljuset måste ta LÄNGRE TID på sig att fullborda en tur- och returresa.

Allt detta ur vårt perspektiv, förstås.

Tillika skulle vi uppleva att allt som rör sig i samma fart och riktning som ljusklockan drabbas av samma fenomen. Tänk på saken, annars skulle vår vän vid klockan märka om vi skulle ändra fart, då hans klocka plötsligt skulle hamna i otakt med ljusklockan (något som verkar bisarrt).

Vi kommer se allt som rör klockan, och vår vän, saktas in lika mycket, även hans hjärtslag och själva åldrande. Likaså kommer vår vän se detsamma drabba oss, då vi rör oss lika fort från honom som han från oss(!) Detta kan ses paradoxalt, men märk väl att för att märka denna paradox måste vi ta kontakt och se vems tid som "egentligen" går sakta. Då måste vi accelerera för att hinna ifatt vår vän, och då bryts vårt vilotillstånd. Därigenom kommer vi inte kunna hävda att vi har haft samma förutsättningar (vilotillståndet), och vi kommer att se att vår tid verkligen har saktats in till följd av detta. Detta fenomen inträffar verkligen, det är inte något som bara dyker upp som en synvilla. Om vi passerar en kamrat i rymden i hög fart, säg konstanta farten 99% av ljusets hastighet, väntar 3 år, slår på vår motor och accelererar upp i samma fart fast i riktning mot vår kamrat kommer det för oss att ta 6 år, men vår kamrat kommer att ha åldrats nära 60 år! (Siffrorna är lite osäkra, men teorin är det viktiga)

Lorentzkontraktion:

Vidare bygger relativitetsteorierna på Lorentz-transformationen. Lorentz-transformationen är ett ekvationssystem som i korthet innebär att rumsdimensionernas x, y och z koordinater går mot noll ju närmre ljusets hastighet ett föremål rör sig. Lorentz-transformationerna innehåller även variabeln t för tid, vilken också den går mot noll ju närmre ljusets hastighet föremålet rör sig. Lorentz-transformationen leder till tidsdilatation, massökning och längdkontraktion.Längdkontraktion är ett fenomen som enkelt kan härledas genom tidsdilatationen. Ett föremål blir kortare i färdriktningen då det befinner sig i rörelse. Kort uttryckt innebär detta att ett tvåhundra meter långt tåg kan få plats i en hundra meter lång tunnel om det rör sig fort nog.

Massökningen är en fiffig, och högst verklig, egenskap som ger ett vattentätt bevis för att inget kan färdas fortare än ljuset. Ju mer fart något får, desto mer energi får det. Den speciella relativitetsteorin förutspår allt våldsammare ökning av energin, och massan, ju närmare ljusets hastighet vi kommer. För att spränga ljusvallen skulle det slutligen krävas oändligt med energi, då objektet blir oändligt tungt, enligt ekvationen för kinetisk energi:Wk = (m - m0)c², där m0 = vilomassani kombination med ekvationen för relativistisk massa:m = m0/sqrt(1 - (v/c)²) (Denna formel säger att ett föremåls massa ökar explosivt då det börjar närma sig ljusfarten.)

Att ge något en oändlig energiknuff är givetvis omöjligt, och således förblir ljuset det snabbaste som finns. Ytterligare en tolkning av detta är det antagande Einstein gjorde, att en observatör i vila rör sig med ljusets hastighet, men genom tidsdimensionen. När man rör sig genom någon av de tre rumsdimensionerna blir det på bekostnad av tidsdimensionen, då man inte får lägga ytterligare rörelse på något som rör sig med ljusfarten. Eftersom resan genom tiden minskar då resan genom rummet ökar, bibehålls beloppet av rumtidsvektorn.

Einsteins fältekvationer är det centrala objektet inom den allmänna relativitetsteorin, utifrån vilket många konsekvenser och egenskaper hos naturen kan förutsägas. I dess mest kompakta form skrivs de: G = 8piTdär högerledet beskriver hur materia beter sig och vänsterledet beskriver hur rummet beter sig geometriskt.

Slutligen kan jag citera en känd fysiker som jag tyvärr glömt namnet på (har för mig att det var Planck, en av pionjärerna inom kvantmekanik):

Tycker man alla förklaringar verkar bisarra är det endast ett uttryck för att vi inte är redo att acceptera Moder Natur för det hon är: Bisarr.

Detta citat hänvisar visserligen till kvantmekaniken, en gren inom fysiken som än mer än relativitetsteorin avviker från vår vardagliga erfarenhet av naturlagarna och skakar grundvalarna för får världsuppfattning. Men då relativitetsteorin också är tämligen revolutionerande kan citatet kanske ha viss relevans även här.

Jag kan skicka privata mail i ämnet om någon känner för det (Jag har fått mycket respons på detta inlägg) :) albin.thorning@bredband.net

Länkar:

• http://gluefox.com/min/srel/srel1.htm
• http://www.certec.lth.se/dok/expfysik/1_2_01_fraga_svar.html
• http://www.kiruna.se/~akejean/kapitel5a.html

Jag vill påstå att teorin är behäftad med fel i vad avser att det är omöjligt att röra sig snabbare än ljuset. Kommer tyvärr inte på nån bra förklaring till varför den är fel, nån annan som kan? /C

Skulle vilja påstå att alla vetenskapliga teorier är (mer eller mindre) felaktiga. De är fungerande provisorier som vi använder till dess deras förutsägelser skiljer sig för mycket från det vi observerar. Då är det forskarsamhällets uppgift att justera eller hitta en helt ny teori där de nya observationerna passar in. Såvitt jag känner till finns det i nuläget inga observationer som indikerar att relativitetsteorin skulle vara otillräcklig. /Tycho Brahe

Att vi inte skulle kunna ha en fart hastighet som är större än ljusets hastighet är en vanlig missuppfattning, vi vet ännu inte (så vitt jag vet) någonting om detta. Vad som är belagt är dock att man inte kan accelerera till ljusets hastighet. Vidare så funderar man över om man inte kan resa snabbare än ljusets hastighet genom till exempel att vecka rymden, jag vet dock inte om man har gjort några framsteg inom detta./kissekatt

En partikel som har en imaginär massa skulle teoretsikt, enligt ekvationerna, färdas snabbare än ljuset. Mins inte just nu vad partikeln kallas, den som vet kan ju lägga till det. //David

I och med att kartan ständigt måste krympas vid höga hastigheter når resenären ljushastigheten vid en teoretisk hastighet av 70% av ljusets, hastigheter däröver är alltså snabbare än ljushastigheten från resenärens synpunkt. Han tycker sig alltså färdas snabbare än ljushastigheten men inte snabbare än ljuset. /C

Ljusets hastighet är den gräns för vilken information kan spridas enligt vedertagna teorier. För "överljushastighet", se ljusets hastighet, och .

Rent principiellt skulle man kunna göra förflyttningen i andra dimensioner än de fyra normala (x, y, z, t). Det räcker med att byta ut t mot en annan tidsdimension. På sådant sätt skulle man kunna ta sig från punkt A till punkt B på nolltid från en betraktares utblickspunkt, (hoppa som elektroner gör mellan olika skal). Medans själva resan inte skulle gå snabbare för det, den blir lika lång (och långsam) som tidigare fast i en annan rumtid. // SolkollOm man skulle färdas i ljusets hastighet så skulle det innebära att du inte färdades alls. Om du kunde accelerera till ljusets hastighet på 0 sekunder skulle rymden i samma ögonblick krökas ihop till ingenting medan du stod stilla.Oavsett hur stort universum egentligen är så skulle platsen inte räcka till för att du skulle kunna färdas i den hastigheten.Om man sedan lägger till accelerationen till detta så är det bara att konstatera att man kan inte färdas snabbare än ljusets hastighet.Du skulle bara stå stilla i ingenting.

Det finns idéer om ett så kallat solsegel för långa färder i rymden.Idén bygger på att man skulle haft ett gigantiskt segel av reflekterande material som får sin fart genom att fotoner knuffar seglet fram sakta men säkert.Dock hade seglet fått en konstant acceleration och därmed kunna uppnå ljusets hastighet. Accelerationen mot ljusets hastighet kan tyckas öka och öka tills vallen brister. Då skulle tiden stå helt stilla utanför farkosten.Om tiden står helt stilla utanför, hur kan du då röra dig i denna rymd? Varje partikel du stöter på skulle väga oändligt mycket på grund av sin tröghet. Ett problem till är att om tiden står stilla utanför farkosten så rör sig tiden i farkosten än saktare eftersom farkosten är i rörelse. Det skulle innebära att farkosten skulle röra sig bakåt i tiden snarare än framåt.

Dessutom en sak till.Det sägs att materia som rör sig i ljusets hastighet förvandlas till ren energi.Om man räknar med friktionen så verkar detta rimligt. Om man skulle röra sig i en sådan otrolig hastighet så skulle alla dessa små partiklar som finns i rymden (bakgrundsstrålningen) orsaka en så kraftig friktion att farkosten skulle explodera likt en atombomb.Bara det faktum att ljuset har en hastighet, och därmed inte är konstant, så innebär det att tiden inte står stilla för fotonerna.Ljusets hastighet kan alltså inte var den absoluta hastigheten.Den absoluta hastigheten har du uppnått först när det som befinner sig i absolut hastighet är konstant för oss.

Ljuset är inte konstant.

Ljusets hastighet är bara en gräns vi satt eftersom det verkar så ouppnåeligt.

Givetvis kan det vara så att det kanske händer något när man passerar ljusvallen, men det innebär inte att det är den absoluta hastigheten.

Dock stämmer nog teorierna om vad som händer när man rör sig i ljusets hastighet, men inte för ljusets hastighet utan för den absoluta hastigheten.Världen skulle stå stilla för det som rör sig i den absoluta hastigheten.

Redigera?

Artikeln skriven 2009-01-17 av Learning4sharing

Inga kategorier för denna artikel än...

Intresserad av fler artiklar?

Max Planck
Niels Bohr
Svartkroppsstrålning
Relativitetsteorin
Teologi
Experiment
Fika
Rökpaus
Medicin