Relatiwiteitsteorie

in Wikipedia, die vrye ensiklopedie
Spring na: navigasie, soek
’n Voorstelling van ruimtetyd wat gekrom is volgens algemene relatiwiteit.

Die relatiwiteitsteorie omvat twee teorieë deur Albert Einstein: spesiale relatiwiteit en algemene relatiwiteit.[1]

Die belangrikste begrippe van die relatiwiteitsteorieë is:

  • Die grootte van lengte, massa en tyd is relatief en hang af van die posisie en bewegingsnelheid van die waarnemer.
  • Die snelheid van lig is nogtans onveranderlik, dus dieselfde vir alle waarnemers.
  • Ruimtetyd: Ruimte en tyd moet saam en in verhouding tot mekaar beskou word.

Oorsig[wysig]

Die relatiwiteitsteorie het in die 20ste eeu ’n groot invloed gehad op teoretiese fisika en sterrekunde. Toe dit die eerste keer gepubliseer is, het dit die 200 jaar oue meganikateorie vervang wat hoofsaaklik deur Isaac Newton geskep is.[2][3][4]

In fisika het relatiwiteit die wetenskap van elementêre deeltjies en hul basiese wisselwerkings verbeter, en dit het die kerntydperk ingelui. Dit het ook daartoe gelei dat buitengewone astronomiese verskynsels voorspel is soos neutronsterre, swartkolke en swaartekraggolwe.[2][3][4]

Twee teorieë[wysig]

Die relatiwiteitsteorie het meer as ’n enkele nuwe fisikateorie verteenwoordig. Daar is ’n paar redes.

  • Eerstens is spesiale relatiwiteit in 1905 gepubliseer, en die finale vorm van algemene relatiwiteit in 1916.[2]
  • Tweedens het spesiale relatiwiteit betrekking op elementêre deeltjies en hul wisselwerkings, terwyl algemene relatiwiteit die kosmologiese en astrofisiese terreine, insluitende sterrekunde, raak.[2]
  • Derdens is spesiale relatiwiteit teen 1920 in die fisikawêreld aanvaar. Dit het ’n belangrike en noodsaaklike middel geword vir teoretici in die nuwe velde van atoom- en kernfisika en kwantummeganika. Daarteenoor het algemene relatiwiteit aanvanklik nie baie bruikbaar gelyk nie. Dit is beskou as net ’n manier om klein veranderings te maak aan voorspellings van die Newtonse swaartekragteorie.[2]
  • Laastens het die werking van algemene relatiwiteit baie moeilik gelyk. Daar is geglo net ’n paar mense ter wêreld kon dit heeltemal verstaan.

Omstreeks 1960 het belangstelling in algemene relatiwiteit toegeneem en dit was belangrik vir die proses om algemene relatiwiteit ’n onontbeerlike deel van fisika en sterrekunde te maak. Nuwe wiskundige tegnieke het berekenings in ’n groot mate verbeter. Verder het die ontdekking van eksotiese sterrekundige verskynsels, waarop algemene relatiwiteit toepaslik was, gehelp om die gewildheid daarvan te laat toeneem. Dié verskynsels sluit in kwasars (1963), kosmiese agtergrondstraling (1965), pulsars (1967) en die ontdekking van die eerste swartkolk-kandidate (1981).[2]

Die twee teorieë hou verband met mekaar. Spesiale relatiwiteit is van toepassing op alle fisiese verskynsels behalwe swaartekrag. Algemene relatiwiteit verskaf die wet van swaartekrag asook die verband tussen swaartekrag en die ander natuurkragte.[5]

Spesiale relatiwiteit[wysig]

Die spesiale relatiwiteitsteorie is in 1905 deur Albert Einstein ontwikkel en is in Annalen der Physik bekend gemaak in die artikel "Die Elektrodinamika van Bewegende Liggame". Die teorie gaan uit van die volgende twee veronderstellings:

  • Die wette van die natuurkunde (insluitend dié van die elektrodinamika) is dieselfde vir waarnemers in inersiestelsels wat eenparig ten opsigte van mekaar beweeg.
  • Die ligsnelheid in ’n vakuum is ’n universele konstante: 299 792 458 m/s vir alle waarnemers in inersiestelsels, onafhanklik van hul onderlinge (relatiewe) beweging.

Die eerste veronderstelling sluit aan by ’n grondidee van die relatiwiteitsteorie wat reeds in 1600 by Galileo Galilei ontstaan het. Die tweede veronderstelling was (in Einstein se tyd) ’n heel nuwe beginsel, met besonder verreikende gevolge ondanks die eenvoud daarvan. Om dié twee basisidees met mekaar te versoen, is spesiale transformasies, die sogenaamde Lorentz-transformasies, nodig om plek en tyd van die een waarnemer om te reken in plek en tyd van die ander. Hieruit volg dat plek en tyd met mekaar verbind is. Net so kan elektriese en magneetvelde (E en B) vir verskillende waarnemers omgereken word met Lorentz-transformasies.

Uit die spesiale relatiwiteit volg ook Einstein se beroemde formule E = mc2, wat die gelykwaardigheid van massa en energie uitdruk. Volgens die teorie is ruimte en tyd ook verskynsels van dieselfde ruimtetyd met vier dimensies: tyd is die vierde dimensie. Gelyktydigheid is relatief: twee verskynsels wat vir een waarnemer lyk of dit gelyktydig plaasvind, kan vir ’n ander waarnemer lyk of die een voor die ander gebeur. Die teorie voorspel dat die lengte verkort (die sogenaam lengte-inkrimping) en tyd traer verloop (die sogenaamde tyduitrekking) namate die snelheid die ligsnelheid nader. Dit open in beginsel die moontlikheid van tydreise, meer bepaald na die toekoms.

Algemene relatiwiteit[wysig]

Die algemene relatiwiteitsteorie is in 1915 deur Einstein voorgestel in ’n reeks lesings voor die Pruisiese Akademie van Wetenskappe.

Hierdie teorie gaan uit van die veronderstelling dat waarnemers wat hulle in rus in ’n gelykmatige swaartekragveld bevind, gelykwaardig is met ander waarnemers wat ’n konstante versnelling ondervind.

Dié veralgemening van die relatiwiteitsbeginsel gaan saam met ’n nuwe teorie van swaartekrag. Hierin word swaartekrag nie meer beskou as ’n krag soos in die wette van Newton nie, maar as ’n meetkundige eienskap van die ruimte self. ’n Massa trek die ruimte rondom hom krom, waardeur dit lyk of die massa ander massas aantrek. Volgens Newton sou swaartekrag vinniger as lig wees. As die maan byvoorbeeld skielik sou verdwyn, sou ’n mens eers sien dat die getye terugtrek voordat jy sien die maan is weg – en dit is onmoontlik volgens spesiale relatiwiteit.

So het Einstein die afbuiging van lig van ’n ster deur die son voorspel. Hoewel fotone geen rusmassa besit nie, is hulle volgens die verhouding E = hν van Max Planck ’n vorm van energie. Vanweë E = mc2 is energie en massa gelyk en trek die son se swaartekragveld lig aan.

GPS[wysig]

Die relatiwiteitsteorie word dikwels in moderne elektronika gebruik, soos die Globale posisioneringstelsel (GPS). GPS-stelsels bestaan uit drie aspekte: die ruimte-, beheer- en gebruikerkomponent. Die ruimtekomponent bestaan uit satelliete wat in spesifieke wentelbane geplaas word. Die beheerkomponent bestaan uit ’n stasie waarheen alle data van die ruimtekomponent gestuur word. Baie relatiwiteitseffekte vind plaas in GPS-stelsels. Aangesien elk van die komponente in ’n ander verwysingstelsel is, moet al die relatiwiteitseffekte in aanmerking geneem word sodat die stelsel noukeurig werk. Die horlosies van die GPS-stelsels moet gesinchroniseer word. In die stelsels moet die swaartekragveld van die aarde in ag geneem word. Daar is relatiwiteitseffekte in die satelliet in die ruimte wat in ag geneem moet word. GPS-stelsels werk met sulke noukeurigheid danksy die relatiwiteitsteorie. [6]

Verwysings[wysig]

  1. Einstein A. (1916), Relativity: The Special and General Theory, New York: H. Holt and Company 
  2. 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 Will, Clifford M (1 Augustus 2010). "Relativity". Grolier Multimedia Encyclopedia. URL besoek op 2010-08-01. 
  3. 3,0 3,1 Will, Clifford M (1 Augustus 2010). "Space-Time Continuum". Grolier Multimedia Encyclopedia. URL besoek op 2010-08-01. 
  4. 4,0 4,1 Will, Clifford M (1 Augustus 2010). "Fitzgerald–Lorentz contraction". Grolier Multimedia Encyclopedia. URL besoek op 2010-08-01. 
  5. Einstein, Albert, "Time, Space, and Gravitation", 28 November 1919.
  6. http://relativity.livingreviews.org/Articles/lrr-2003-1/download/lrr-2003-1Color.pdf

Eksterne skakels[wysig]