Görelilik ilkesi

Görelik teorisi ya da basitçe fizikte görelilik genellikle Albert Einstein'ın iki teorisini kapsar. Bunlar özel görecelik ve genel göreceliktir.

Genel görelilikte açıklanan üç boyutlu uzayzaman eğriliği analojisinin İki boyutlu uzay üzerinde bir izdüşümü

Görecelik teorileri tarafından tanıtılan kavramlar şunları içerir;

• Çeşitli miktardaki ölçümler gözlemcilerin hızlarına göredir. Özellikle alan sözleşmeleri ve zaman genişlemesidir.
• Uzayzaman: Uzay ve zaman birlikte ve birbirlerine göre düşünülmelidir.
• Işığın hızı değişmez yani tüm gözlemciler için aynıdır. ‘’Görelilik teorisi’’ dönemi ‘’göreli teorisi’’ ifadesine dayanıyordu. ’’Göreli teorisi’’ ifadesi 1906 yılında teorinin, görelilik ilkesini nasıl kullanıldığını vurgulayan By Max Planck tarafından kullanıldı.

Aynı bildirinin tartışma bölümünde Alfed Bucherer ilk kez ‘’görelilik teorisi’’ ifadesini kullandı.

Kapsamı

Görelilik teorisi 20. yüzyıl boyunca teorik fizik ve astronomiye dönüştü. İlk yayınlandığında, görelilik Isaac Newtontarafından öncelikle oluşturulan 200 yıllık mekanik teorisinin yerine geçti.

Fizik alanında, görelik temel parçacıklar ve onların temel etkileşimlerinin bilimini geliştirdi ve nükleer çağla birlikte yol gösterdi. Kozmoloji ve astrofizik, görelilik ile birlikte, nötron yıldızları, kara delikler ve yer çekimsel dalgalar gibi olağanüstü astronomik olayları tahmin etti.

İki teori görüşü

Görelilik teorisi, birden fazla yeni fiziksel teorinin temsilcisi oldu. Bunun için bazı açılamalar var. İlk olarak, özel görelilik 1905 yılında yayımlandı ve genel göreliliğin son şekli 1916 yılında yayımlandı.

İkincisi; genel görelilik, kozmolojik ve astrofizik alanında uygulanabilirken özel görelilik temel parçacıklar ve bunların etkileşimleri için de geçerlidir.

Üçüncü olarak özel görelilik 1920 yılında fizik topluluğunda kabul edildi. Bu teori hızla atom fiziği, nükleer fizik ve kuantum mekaniğinin yeni alanlarda teorisyenler ve deneyselciler için önemli ve gerekli bir araç oldu. Bunun aksine, genel göreliliğin yararlı olduğu saptanamamıştır. Çoğu uygulamanın astronomik ölçeklerde olduğu gibi deneyselciler için az uygulanabilir olduğu ortaya çıktı. Sadece Newton'cu kütleçekim teorisi tahminlerine küçük düzeltmeler yapmaya sınırlı görünüyordu.

Son olarak genel görelilik matematiğinin çok zor olduğu ortaya çıktı. Sonuç olarak, dünyada az sayıda insanın bu teorini detaylarına tam olarak anladığını düşünüyordum ama bu Richard Feynman tarafından çürütülmüştür. Ardından 1960'larda fizik ve astronomi genel görelik merkezi yapımıyla sonuçlanan kritik bir ilgi canlanması oluştu. Genel görelilik çalışmalarının büyük ölçüde gelişmiş hesaplamaları için yeni matematiksel teknikler uygulandı. Bundan itibaren fiziksel ayırt edilebilir kavramlar matematiksel karmaşıklıkta izole edilmiştir. Ayrıca genel görelilik ile ilgili olan egzotik astronomik olayların keşfi, bu katolizin canlanmasına yardımcı oldu. Astronomik olaylar kuazarların (1963), arka plan 3-kelvin mikrodalga radyasyon (1965), pulsarların (1967) ve ilk kara delik adaylarının keşfini (1981) de içerir.

Görelilik teorisi hakkında

Einstein, görelik teorisin ‘’ teoriler prensibi’’ adı verilen bir sınıfa ait olduğun belirtti. Analitik bir yöntem kullanılır. Bunun anlamı bu teoriyi oluşturan unsurlar hipoteze bağlı değildir ama deneysel keşfe bağlıdır. Deneysel keşif doğa süreçlerin genel özelliklerini anlamaya yol açar. Matematiksel modeller daha sonra gözlenen doğa süreçleri açıklamak için geliştirilmiştir. Bu nedenle analitik araçlarla sahip olunması gereken gerekli koşullar saptanır. Ayrı olayların bu şartları karşılaması gerekir. Deneyim sonuçlara uygun olmalıdır.

Özel görelilik teoremi ve genel görelilik kuramı birbirine bağlanır. Aşağıda belirtildiği gibi özel görelilik kuramı yerçekimi hariç tüm fiziksel olaylara uygulanır. Genel teori yerçekimi kanunu ve diğer doğa güçlerine olan ilişkisini sağlar.

Özel görelilik

Özel görelilik uzay zamanı yapısının bir teorisidir. Özel görelilik klasik mekaniğin çelişkili olan iki önermesine dayanmaktadır.

1. Fizik kanunları bir diğerine göre tek biçimli bir hareketle tüm gözlemciler için aynıdır.
2. Bir boşlukta ışık kaynağının hareketi ya da bunların birbirine göre hareketi ne olursa olsun ışık hızı tüm gözlemciler için aynıdır.

Elde edilen teori deneyde klasik mekanikten daha iyi sonuçlar veriyor. Örneğin, varsayım 2, Michelson-Morley deneyinin sonuçlarını açıklar. Ayrıca teori pek çok şaşırtıcı ve beklenenin aksine sonuçlara sahiptir. Bunlar:

• Eş zamanlı görelilik: Eğer gözlemciler bağıl hareketli ise Bir gözlemci için Eş zamanlı ii olay Başka bir gözlemci için aynı anda olmayabilir.
• Zaman genişlemesi: Hareketli saatler bir gözlemcinin durağan saatinden daha yavaşken ölçülür.
• Bağıl kütle
• Uzunluk daralmas: Nesneler gözlemciye göre hareket ediyorsa, nesnelerin kısaltılması ölçülür
• Kütle enerji denkliği: E= em, enerji ve kütle eşitlenebilir ve dönüşebilir
• Sonlu maksimum hız: Hiçbir fiziksel nesne mesaj ya da çizgi ışığın boşluktaki hızından daha hızlı olamaz.

Genel görelilik

Genel görelilik, 1907-1915 yılları arsında Einstein tarafından geliştirilen bir yerçekimi teorisidir. Genel Göreliliğin geliştirilmesi denklik ilkesiyle başladı bu sonuç serbest düşmenin eylemsizlik hareketi olduğunu söyler. Bir nesne serbest düşüş yaptığında ona uygulanan bir kuvvet olmamasına rağmen düşer, bu klasik mekanikte olduğu gibi yerçekimi kuvvetinden kaynaklanır. Bu klasik mekanik ve özel görelilik ile uyumsuzdur, çünkü bu teorilerde eylemsizlik hareketli nesnelere birbirine göre hızlandırmıyorlar ama nesneler serbest düşüş halindeler. Einstein bu problemi çözmek için uzay zamanına eğmeyi önerdi. 1915 yılında Einstein kütle, enerji ve momentumla birlikte uzay zamanı eğriliğini içeren alan denklemlerine geliştirdi.

Genel görelilik sonuçlarından bazıları şunlardır:

• Saatler derin yerçekimsel kuyularda daha yavaş çalışır. Buna yerçekimsel zaman genişlemesi denir.
• Evren genişliyor ve bunun uzak kısımları ışık hızından daha hızlı bir şekilde bizden uzaklaşır.

Teknik olarak genel görelilik, Einstain alan denklemlerin kullanımı olan bir yerçekimi teorisidir. Alan denklemlerinin çözümlerini nesnelerin eylemsizlik hareketinin nasıl olduğunu ve özel topolojisini tanımlayan metrik transörlerdir.

Deneysel kanıtlar

Özel görelilik testleri

Michelson–Morley deneyinin bir diyagramıdır.

Tüm çürütülebilir bilimsel teoriler gibi, görelilik deneyle test edebilir tahminler yapar. Özel görelilik durumu; görelilik ilkesini ışık hızının sürekliliğini ve zaman genişlemesini de içerir. Özel görelilik tahminleri Einstein tarafından 1905 yılından beri yayınlanan bildirilerde sayısız testlerle doğrulandı. Ancak 1881 ve 1938 yılları arasında yapılan 3 test doğruluğu için kritikti. Bunlar Michelson–Morley, Kennedy–Thorndike ve Ives–Stilwell deneyleridir. Einstein, 1905 yılında ilk prensiplerden Lorentz dönüşümlerini türetti.

Maxwell denklemleri klasik elektromanyetizma temeli karakteristik hız ile hareket eden bir ışık gibi tanımlanır. Modern görüş ışığın iletim için ortama gerek olmadığını savunuyor fakat Maxwell ve onun çağdaşları ışık dalgalarının sesin havada yayıldığı gibi bir ortamda yayıldığına inanıyordu. Bu varsayımlar ortama ışık saçan eter denir.Michelson-Morley deneyi eter rüzgarı yani eterin yeryüzüne göre hareketinin ikinci dereceden etkilerini tespit etmek için tasarlanmıştır. Michelson bunu gerçekleştirmek için Michelson interferometre denen bir enstrüman tasarlanmıştır. Cihaz beklenen etkileri saptamak için yeterince doğru oldu ama Michelson ilk kez 1881 yılında yaptığı ve 1887 yılında tekrarladığı deneylerden boş bir sonuç elde etti. Bir eter rüzgarını algılamakta başarısızlık, hayal kırıklığına neden olmasına rağmen, sonuçlar bilimsel topluluk tarafından kabul edildi Eter paradigmasını kurtarmak için bir girişimde Fitzgerald ve Lorentz maddelerin uzunluğunun eter yoluyla harekete göre değiştiğini savunan bir hoc hipotezi yarattı. Bu Fitz Gerald-Lorentz daralmasının kökeni oldu ve onların hipotezi teorik bir temele sahip değildi. Michelson –Morley deneyinin sıfır sonucunun yorumu, ışığın gidiş dönüş seyahat süresinin izotropik olmasıdır Fakat sonuç eter teorisini hesaplama ya da özel görelilik tahminlerini doğrulamak için yeterli değildi.

Kennedy–Thorndike deneyi girişim saçaklar ile gösterilmektedir.

Michelson-Morley deneyi ışığın hızının izotropik olduğunu gösterirken, bu hızın büyüklüğünün farklı eylemsiz çevrelerde nasıl değiştiği hakkında hiçbir şey söylemez. Kennedy-Thorndike deneyi bunu yapmak için tasarlanmıştır ve ilk olarak 1932 yılında Roy Kennedy ve Edward Thorndice tarafından yapılmıştır. Onlar boş bir sonuç elde etti ve uzayda güneş sisteminin hızı dünyanın kendi yörüngesindeki hızının yaklaşık yarısı kadar fazla olmadığı sürece hiçbir etkisi olmadığı sonucuna vardılar. Bu olasılığın kabul edilebilir bir açıklama için çok tesadüfi olduğu düşünülüyordu, böylece kendi deneylerinin kendi sıfır sonucundan ışığın gidiş dönüş süresinin tüm eylemsiz referanslar için aynı olduğu sonucuna varılmıştır.

Ives-Stilwell deneyi, Herbert Ives ve GR. Stilwell tarafından ilk kez 1938 yılında yapılmış ve 1941 yılında daha iyi doğruluğa sahip bir sonuç elde edilmiştir. Bu Einstein tarafından 1905 yılından tahmin edilen enine Dopler kaymalarının klasik teorinin öngördüklerini karşılaştırmak ve bir Lorentz faktör düzeltmesine bakmaktı.

Bu klasik deneyler artan hassasiyetle birçok kez tekrarlandı. Diğer deneyler yüksek hızda göreli enerji ve momentum artışı hareketli parçacıkların zaman genişlemesi ve Lorentz ihlallerinin modern araştırmaları gibi deneyleri içerir.

Genel görelilik testleri

Genel görelilik birçok kez doğrulanmıştır. Diğer testler eşdeğerlik ilkesini doğrulamıştır.

Tarihi

Özel görelilik tarihi Albert A, Michelson, Hendrik Lorentz; Henri Poincare ve başkaları tarafında bulunan birçok teorik sonuca ve deneysel bulgulara sahiptir. Albert Einstein tarafından önerilen özel görelilik teorisi Max Planc, Hermam Minkowski ve diğerlerinin sonraki çalışmaları sayesinde sonuçlandı. Genel görelilik 1907 ve 1915 yılları arasında Albert Einstein tarafından geliştirilen bir yerçekimi teorisidir. Ayrıca 1915’ten sonra birçok bilim adamı da katkıda bulunmuştur.

Günlük uygulamaları

Görelik teorisi Küresel konumlama sistemi GPS gibi birçok modern elektronikte kullanılmaktadır. GPS sistemleri üç bileşenden oluşmaktadır. Bunlar kontrol bileşeni, uzay bileşeni ve kullanıcının bileşenidir. Uzay bileşeni belirli yörüngelere yerleştirilen uydulardan oluşur. Kontrol bileşeni tüm verilerin gönderildiği ir istasyondan oluşur. GPS sisteminde birçok göreli etki meydana gelir. Bileşenlerin her biri farklı bir referans çerçevesinde olduğu için, tüm relavistik etkilerin hesaplanması gerekir böylece GPS hassasiyetle çalışır.

GPS sistemi kullanılan saatlerin senkronize edilmesi gerekir. GPS sistemlerinde, Dünya’nın yerçekimsel alanının hesaba alınması gerekir. Uzayda olan uydu için de göreli etkiler vardır GPS sistemleri, Görelilik teorisi nedeniyle böyle hassas çalışmaktadır.

Azınlık görüşler

Eistein’ın çağdaşları her seferinde yeni teorileri kabul etmezdi. Ancak şimdi görelik teorisi modern fiziğin bir dönüm noktası olarak kabul edilir. Einstein’ın modern anlayış göreliliğin yaratıcısı olduğunun kabul edilmesine rağmen bazıları bunu için diğerlerinin itibar hak ettiğine inanıyorlardı.