Suhteellisuusteoriassa

Suhteellisuusteoria on fysiikan joukko teorioita, jotka kuvaavat tilan, ajan ja liikkeen suhteellisuutta sekä niiden vaikutuksia havaintoihin. Se jakautuu kahteen pääosa-alueeseen: erityiseen suhteellisuusteoriaan ja yleiseen suhteellisuusteoriaan. Teorian kulmakivet ovat havaitsijoiden tilasta riippumattomat lait ja valon nopeuden vakiuden periaate.

Erityinen suhteellisuusteoria, julkaistu Albert Einsteinin toimesta vuonna 1905, perustuu kahteen postulaattiin: fysiikan lait ovat identtisiä kaikissa inertiaalissa viitekehyksissä, ja valon nopeus tyhjiössä on sama kaikille havaitsijoille riippumatta valon lähteen tai sen havaitsevan olion liiketilasta. Näiden periaatteiden seurauksena havaitsijat voivat kohdata ilmiöitä kuten aika- ja pituuden dilataatio sekä simultaanisuuden suhteellisuus. Massasta ja energiasta muodostuu E=mc^2, joka kuvaa massan ja energian equivalenssia.

Yleinen suhteellisuusteoria käsittelee gravitaation luonnetta. Sen keskeinen periaate on equivalence-principle, jonka mukaan paikallisesti inertiaalinen liike on kytköksessä vapaa-makasiin ja gravitaatioon. Gravitaatio tulkitaan tilan ja ajan geometrian kaareutumisena: massa-energy aiheuttaa spacetimen kaarevuutta, jota kuvaavat Einsteinin kenttäyhtälöt. Tämä teoria ennustaa muun muassa ajan dilataation gravitaation vaikutuksesta, valon taipumisen massiivisen kappaleen läheisyydessä, gravitaatioaallon kulkua ja mustien aukkojen sekä laajenevan universumin ilmiöitä.

Empiirisiä todisteita ja sovelluksia ovat muun muassa Michelson–Morleyn kokeet, gravitaatioläheteet, tähtivalon taipuminen, gravitaatioaallot sekä yleinen sovellettavuus GPS-satelliittijärjestelmissä. Suhteellisuusteoria on perusta modernille kosmologialle ja keskustelluille havainnoille ajasta, tilasta ja gravitaatiosta.