Den allmänna relativitetsteorin, eller geometrodynamiken med ett lämpligare namn, är den enda möjliga uppsättningen av lagar som innefattar två
viktiga konstateranden; nämligen att information inte fortplantar sig med oändlig hastighet samt att en observatör
som befinner sig i en enda punkt inte kan känna skillnad mellan acceleration och gravitation. Denna tillåter samma
lagar som till vardags tillämpas på Jorden att fungera även på de mest extrema platserna i Universum. Denna
superba teori är verket av i stort sett en enda person - nämligen Albert
Einstein (1879-1955) - som därigenom har skaffat sig anseendet att vara en av
historiens absolut största vetenskapsmän.
Relativitetsteorin har blivit en mytomspunnen teori som anses vara mycket svår att
lära sig. Detta mycket p g a de begrepp som man måste förstå om rumtidens struktur, tensoralgebran som beskriver storheter
väldigt kompakt samt att geometrodynamiken är en olinjär och kopplad teori. Fram till år 1939, då
Robert Oppenheimer (1904-1967) studerade kollapsen av en stjärna till ett
svart hål, var relativitetsteorin mest en lekplats för matematiker. John Wheeler
(1911-2008) tog geometrodynamiken ett steg vidare från år 1952 då han började syna teorins mest extrema fall och gick från att
vara de svarta hålens främsta motståndare till att bli dess främsta förespråkare.
|
En sammanfattning av relativitetsteorin
-
Relativitetsteorin bygger på två huvudprinciper som gör att fysik - till skillnad från Newtons
mekanik - kan beskrivas korrekt på makroskopiska avstånd även vid de mest extrema omständigheter; den
ena principen utgör grunden för den speciella relativitetsteorin och den andra för den allmänna
relativitetsteorin.
-
Den speciella relativitetsteorins huvudprincip är att information inte kan fortplantas med oändlig
hastighet utan är uppåt begränsad till ljusets hastighet i vakuum.
-
Den allmänna relativitetsteorins huvudprincip är ekvivalensprincipen som säger att man inte kan
känna någon skillnad mellan acceleration och gravitation om man befinner sig på ett enda ställe.
-
Att information inte kan fortplantas med oändlig hastighet leder till att tidpunkten för en
händelse inte uppfattas som samtidig för observatörer som inte befinner sig på samma ställe. En
matematisk fyrdimensionell rumtid måste användas som beskriver förhållandet mellan tidpunkt och plats.
-
För varje observatör definieras var sitt koordinatsystem - kallade inertialramar - som är i
vila relativt observatören. Fysikens lagar för objekt som är i vila relativt en specifik
inertialram är identiska för objekt i alla inertialramar där detta gäller.
-
Förhållandet mellan två inertialramar beskrivs matematiskt av lorentztransformationen. Som en
direkt konsekvens av relativa hastigheter mellan två inertialramar fås genom denna de mest kända
relativita effekterna; nämligen tidsdilatation, massökning och längdförkortning.
-
Insikten att acceleration och gravitation är särskiljbara globalt eftersom att en kropp som är i vila
lokalt accelereras relativt en annan kropp som också är i vila lokalt leder till att krökningen hos
rumtiden kan beräknas.
-
Till följd av ineritalramarna och ekvivalensprincipen så inses att ingen plats i (ett matematiskt)
universum är mer priviligerad än någon annan.
-
Den enda matematiska geometrin som är platt lokalt och krökt globalt är Riemanngeometrin. Ett
fåtal antaganden i kombination med denna geometri leder snart till Einsteins fältekvationer.
-
Till skillnad från Newtons mekanik där bara materia i rummet växelverkar genom krafter så inbegriper
Einsteins relativitetsteori även en ömsesidig påverkan mellan rummet och materian (mera korrekt
stress-energin) i det där materian rör sig utmed sina geodeter i det krökta rummet samt materien
kröker rummet.
-
Likt en elektriskt laddad partikel utsänder elektromagnetisk strålning när den accelereras så utsänder
en massa gravitationsstrålning när den accelereras som sprider sig likt ringar på vatten. Vågorna
från gravitationsstrålningen kan detekteras med gravitationsvågsdetektorer från de starkaste
interaktionerna i Universum, de mellan svarta hål.
-
Teorins kanske viktigaste förutsägelse är att Universum är dynamiskt, ett faktum som ledde till
Big Bang teorin. Den andra stora förutsägelsen hos geometrodynamiken är existensen och egenskaperna
hos svarta hål.
-
För att använda fältekvationerna, där geometrin och energin beror på varandra, krävs
begynnelsevillkor. Av de tio funktionerna hos den fundamentala metriken måste sex stycken
specificeras. De övriga fyra beror endast på valet av koordinatsystem.
-
Relativitetsteorin är numera den teori vars korrekthet har bestämts med störst noggrannhet genom
experiment. Joseph Taylor och Russell Hulse fick
1993 års Nobelpris i fysik
för att ha upptäckt samt studerat dubbelpulsaren PSR 1913+16 och kommit fram till att den förutspådda
gravitationsstrålningen överrensstämmer med
en del på 10-15
med strålningen som leder till den observerade ökningen av dubbelpulsarens periodtid till följd av denna
energiminskning.
-
År 2015 hade noggranheten ökat så pass mycket, till 10-21, att det var möjligt att detektera
gravitationsvågor från två svarta hål som kolliderade. Rainer Weiss, Barry Barish och Kip Thorne fick
2017 års Nobelpris i fysik
för väsentliga bidrag till LIGO detektorn och observationen av gravitationsvågor.
|
|
© Copyright 1996- |
|
Copyright © www.kosmologika.net. Materialet får skrivas ut och användas för personligt bruk. Användning i undervisningssyfte eller kommersiella syften är ej tillåten utan tillstånd - läs mer här: https://www.kosmologika.net/Copyright.html.