Suhteellisuuden

Suhteellisuus on modernin fysiikan peruskäsite, joka kuvaa aikaa, tilaa, liikettä ja gravitaatiota havaitsijan tilasta riippuen. Siihen kuuluu kaksi päähaaraa: erityinen suhteellisuusteoria ja yleinen suhteellisuusteoria.

Erityinen suhteellisuusteoria (1905) esittää, että luonnon lait ovat samat kaikissa inertiaalijärjestelmissä ja että valon nopeus on vakio riippumatta havaitsijasta. Näistä seuraa aikadilataatio, pituuskutistuma sekä massan muutos liikkeen mukana sekä massan ja energian ekvivalenssi, E=mc^2. Teoria muodostaa käsitteet aika-avaruudesta, joissa aika ja avaruus ovat kytköksissä toisiinsa.

Yleinen suhteellisuusteoria (1915) laajentaa ajatuksen gravitaatioon geometrisella tavalla: massat ja energia saavat aikaan kaareutumisen aika- ja tilakudussa, ja kappaleet seuraavat tämän geometrian mukaista liikettä. Kenttäyhtälöt määrittelevät, miten massan energian jakaantuminen muuttaa avaruus‑aikaa. Newtonin lait ovat tässä pienissä nopeuksissa ja heikoissa kentissä hyvä npseudosuhde.

Käytännön vahvistus ja sovellukset: kokeelliset ja tähtitieteelliset havainnot tukevat molempia suhteellisuuden tasoja, kuten valon taipumista massan ohi, aikadilataatiota ja pituuskutistumaa hiukkasissa ja atomikelloissa, sekä gravitaatiolinsinöintiä ja GPS-järjestelmän tarvittavia korjauksia.

Suhteellisuusteoriat ovat muuttaneet käsitystämme ajasta, tilasta ja gravitaatiosta sekä muodostaneet perustan modernille kosmologialle ja teknologialle.