Fandom

Math Wiki

Teoria relativității

1.029pages on
this wiki
Add New Page
Comments0 Share

Ad blocker interference detected!


Wikia is a free-to-use site that makes money from advertising. We have a modified experience for viewers using ad blockers

Wikia is not accessible if you’ve made further modifications. Remove the custom ad blocker rule(s) and the page will load as expected.

Blue atom.png

Teoria relativității este o teorie care stabileşte interdependenţa între spațiu, timp şi materia în mișcare, aplicabilă atât în cazul vitezelor relativ mici de deplasare ale corpurilor, cât şi, ceea ce îi este caracteristic, în cazul vitezelor relativ foarte mari, comparabile cu viteza luminii.


Teoria Relativităţii a lui Albert Einstein constă din două porţiuni majore: teoria relativităţii restrânse (sau relativitatea specială) şi relativitatea generalizată.

Relativitatea restrânsă descrie fenomenele care devin observabile la viteze comparabile cu viteza luminii, în sisteme de referinţă inerţiale (adică sisteme de referinţă care se deplasează unele faţă de altele la viteze constante). Pe de altă parte, relativitatea generală se ocupă de sistemele de referinţă neinerţiale (care au o mişcare accelerată), descriind fenomenele apărute în preajma câmpurilor gravitaţionale foarte puternice (în jurul corpurilor cereşti masive, cum ar fi stelele şi planetele). Această din urmă teorie stabileşte o legătură între gravitaţie şi curbura spaţiului, concept pe care îl vom lămuri ceva mai târziu.

Ideea de bază a acestor două teorii este că timpul şi distanţele unui eveniment măsurate de doi observatori au, în general, valori diferite, dar se supun totdeauna aceloraşi legi fizice. Când doi observatori examinează configuraţii diferite, şi anume deplasările lor, una în raport cu cealaltă, aplicând regulile logice, se constată că legile fizice au în mod necesar o anumită formă.

Ce este relativitatea specială? Edit

Relativitatea restrânsă, formulată în 1905, s-a născut din observaţia că transformarea care permite schimbarea unui sistem referenţial, transformarea lui Galilei, nu este valabilă pentru propagarea undelor electromagnetice, care sunt dirijate de [[ecuaţiile lui Maxwell]]. Pentru a putea împăca mecanica clasică cu electromagnetismul, Einstein a postulat faptul că viteza luminii, măsurată de doi observatori situaţi în sisteme referenţiale inerţiale diferite, este totdeauna constantă (ulterior a demonstrat că acest postulat este de fapt inutil, pentru că viteza constantă a luminii derivă din formele legilor fizice).

Ideea de plecare a acestei teorii este că viteza este relativă, depinzând de mişcarea observatorului, cel raportat la care este stabilită. De pildă, pentru un observator aflat într-o gară, un tren care se apropie de staţie are o anumită viteză de deplasare, care se modifică în timp, dar relativ la pasagerii săi, trenul pare a sta pe loc. De asemenea, Pământul pare a sta pe loc pentru noi toţi, dar dacă am trăi pe Lună am avea o cu totul altă impresie.

În prima sa teorie majoră, Einstein postulează că lumina se deplasează la viteză constantă, indiferent de starea de mişcare şi viteza observatorului care încearcă să determine valoarea cu care lumina, deci undele electromagnetice, călătoreşte prin diverse medii. Indiferent cât de repede se mişcă un observator, în orice situaţie lumina se va mişca faţă de el cu o viteză de aproximativ 300000 de km/s (în vid sau aer, şi cu valori mai mici prin alte medii). Viteza luminii în vid este şi viteza maximă cu care un corp se poate deplasa, o limită superioară a vitezelor posibil de atins, stabilită de paradigma einsteiniană. Einstein descrie şi felul în care mişcarea afectează trecerea timpului, explicând faptul că nici rata de trecere a timpului nu este o constantă universală, ci depinde de starea de mişcare (vezi articolul despre dilatarea timpului şi paradoxul gemenilor).

De asemenea, marele fizician ne explică tot în cadrul teoriei relativităţii restrânse şi celebra relaţie dintre energie şi masă: E=mc^2 \!.

La momentul publicării teoria nu a putut fi susţinută de verificări experimentale, fiind foarte criticată pe atunci în special de adepţii mecanicii newtoniene, ale cărei baze erau drastic contrazise de ideile lui Einstein. Termenul de specială, sau restrânsă, asociat numelui teoriei, face trimitere la faptul că Einstein a tratat doar nişte cazuri particulare în cadrul ei, cele în care obiectele se deplasează cu viteze constante. Completările ulterioare vor lua forma relativităţii generalizate.


Aceasta l-a condus la revizuirea conceptelor fundamentale ale fizicei teoretice, cum sunt timpul, distanţa, masa, energia, cantitatea de mişcare, cu toate consecinţele care derivă. Astfel, obiectele în mişcare apar mai grele şi mai dense pe direcţia lor de mişcare, pe când timpul se scurge mai lent la ceasurile aflate în mişcare. O cantitate de mişcare este acum asociată vitezei luminii, viteza luminii în vid devenind viteză limită atât pentru obiecte, cât şi pentru informaţii. Masa şi energia devin echivalente. Două evenimente care par simultane unui observator, apar în momente diferite altui observator care se deplasează în raport cu primul. Relativitatea restrânsă nu ţine cont de efectele gravitaţiei, elementul central al formulării ei matematice sunt transformările lui Lorenz.

Ce este relativitatea generalizată Edit

Relativitatea generală a fost formulată de Einstein în 1916. Această teorie utilizează formulele matematice ale geometriei diferenţiale şi a tensorilor pentru descrierea gravitaţiei. Spre deosebire de relativitatea restrânsă, legile relativităţii generale sunt aceleaşi pentru toţi observatorii, chiar dacă aceştia se deplasează de o manieră neuniformă, unii faţă de ceilalţi.

Relativitatea generală este o teorie geometrică, care postulează că prezenţa de masă şi energie conduce la "curbura" spaţiului, şi că această curbură influenţează traiectoria altor obiecte, inclusiv a luminii, în urma forţelor gravitaţionale. Această teorie poate fi utilizată pentru construirea unor modele matematice ale originei şi evoluţiei Universului şi reprezintă deci unul din instrumentele cosmologiei fizice.


Dacă relativitatea specială a impresionat o bună parte a comunităţii ştiinţifice la începutul secolului XX, relativitatea generalizată a reprezentat o nucă foarte tare pentru majoritatea celor care au încercat să-i pătrundă subtilităţile. Foarte puţini au înţeles implicaţiile teoriei la acea vreme şi nici până astăzi nu sunt foarte mulţi cei care se pot lăuda cu faptul că au înţeles în totalitate despre ce vorbea Einstein în această a doua mare teorie a sa.

Relativitatea generalizată descrie relaţiile dintre masă şi mişcare. Potrivit lui Einstein, pe măsură ce un corp accelerează, timpul trece mai încet pentru acesta, iar masa sa creşte.

Materia schimba geometria spatiului.png

Materia schimbă geometria spaţiului, iar gravitaţia este efectul acestei geometrii curbe.

Curbarea luminii venita de la o stea.jpg

Lumina venită de la o stea distantă urmează curbura spaţiului la trecerea pe lângă Soare

Un alt aspect foarte important al teoriei este cel care ne învaţă că obiectele masive deformează spaţiul, curbându-l în preajma lor. Einstein a prezis că obiectele masive, deformând structura spaţiului, practic sunt capabile să schimbe traiectoria de mişcare a luminii, curbând-o. Eclipsa solară din 1919 a fost ocazia perfectă pentru a verifica ideile einsteiniene despre felul în care obiectele masive determină curbarea spaţiului din jurul lor.


Pe timpul nopţii, locaţia unei stele este simplu de stabilit pe cer. Ziua însă, atunci când Soarele se află în apropierea unei stele a cărei poziţie este cunoscută şi bine stabilită conform hărţilor stelare, poziţia stelei depărtate pare a se schimba. Sau cel puţin aşa susţinea teoria lui Einstein, care ţinea cont de faptul că, la trecerea prin câmpul gravitaţional extrem de puternic al Soarelui, razele de lumină venite dinspre o stea depărtată vor urma traiectoria spaţiului curb din jurul acestuia, dând impresia că steaua şi-a schimbat poziţia cunoscută conform observaţiilor nocturne.


A fost nevoie ca Einstein să aştepte o eclipsă solară şi iniţiativa unui astrofizician, sir Arthur Stanley Eddington, care, cu ocazia eclipsei solare din 1919, a putut observa şi surprinde pe peliculă fotografică felul în care lumina vine de la steaua depărtată şi pare a se curba sub influenţa câmpului gravitaţional al Soarelui, confirmând astfel teoria lui Einstein. Verificarea experimentală a ideilor sale i-a adus instantaneu faimă şi recunoaşterea meritelor din partea comunităţii ştiinţifice internaţionale lui Einstein.

Povestea acestei curajoase întreprinderi a lui Eddington, reprezentantul unei şcoli care la vremea respectivă susţinea cu tărie modelul newtonian al Universului, a fost dramatizată de BBC cu mare succes în 2008. Filmul se numeşte, sugestiv, "Einstein and Eddington".

Vezi şi Edit

Resurse Edit

Also on Fandom

Random Wiki