A relativitás elve
A fizikában a relativitás elve az a követelmény, hogy a fizika törvényeit leíró egyenletek minden vonatkoztatási rendszerben azonosak legyenek.
Kr. e. 300-ban Arisztotelész görög filozófus úgy gondolta, hogy a nehéz tárgyak gyorsabban esnek, mint a nem nehéz tárgyak. Arisztotelész természettudománya 2000 éven át volt a legnépszerűbb a nyugati gondolkodásban.
1600-ban Galileo Galilei olasz csillagász bebizonyította, hogy minden tárgy ugyanolyan gyorsulással esik. Ezért minél hosszabb ideig mozog egy tárgy állandó gyorsulással, annál nagyobb a végsebessége. Továbbá, ha különböző tömegű tárgyakat nyugalomból (a kezdeti sebesség nulla) ugyanolyan magasságból, vákuumban leejtünk, akkor tömegüktől függetlenül mind ugyanolyan sebességgel csapódnak a földbe. Galilei kísérleti felfedezései és a Newton által matematikailag kidolgozott mozgástörvények adták a modern tudomány alapját.
Galilei relativitáselmélete kimondja, hogy "mechanikai eszközökkel lehetetlen megmondani, hogy mozgunk-e vagy nyugalomban maradunk". Ha két vonat ugyanolyan sebességgel halad ugyanabba az irányba, akkor az egyik vonaton utazó utas nem lesz képes észrevenni, hogy valamelyik vonat mozog. Ha azonban az utas egy fix vonatkoztatási keretet, egy fix pontot, például a Földet veszi alapul, akkor képes lesz észrevenni bármelyik vonat mozgását. Egy másik dolog, ha valaki a Földön áll, nem fogja tudni észrevenni, hogy az mozog.
Ez az elv csak megfigyelésből származik. Ha például repülőgépen utazunk állandó sebességgel, végigsétálhatunk a repülőgép belsejében anélkül, hogy bármi különöset észrevennénk.
Gyakorlati szempontból ez azt jelenti, hogy Newton mozgástörvényei minden inerciarendszerre érvényesek, vagyis a nyugalmi rendszerekre, illetve a nyugalmi rendszerhez képest állandó sebességgel mozgó rendszerekre. Ez a tehetetlenségi törvény: a nyugalomban lévő test nyugalomban marad, a mozgásban lévő test pedig egyenes vonalú mozgást folytat, hacsak külső erő nem hat rá. A Galilei-féle koordinátarendszer az, ahol a tehetetlenségi törvény érvényesül. Galilei és Newton mechanikai törvényei Galilei koordinátarendszerében érvényesek. Ha K egy Galilei-koordinátarendszer, akkor minden más K' rendszer is Galilei-koordinátarendszer, ha K-hez képest nyugalomban van, vagy a tehetetlenségi törvény szerint mozog. K' viszonylatában Galilei és Newton mechanikai törvényei ugyanúgy érvényesek, mint K-hez viszonyítva.
Ha K'K-hoz képest egy olyan koordinátarendszer, amely a tehetetlenség törvénye szerint mozog, és nincs benne forgás, akkor a természeti törvények K'-ban ugyanazoknak az általános elveknek engedelmeskednek, mint K-ban. Ezt a megállapítást a relativitás elvének nevezzük.Más szóval, ha egy m tömeg nyugalomban van vagy állandó gyorsulással mozog (az állandó gyorsulás lehet nulla, amely esetben a sebesség állandó marad) egy K Galilei-koordinátarendszerhez képest egy egyenes vonalban, akkor egy második K' koordinátarendszerhez képest is nyugalomban van vagy állandó gyorsulással mozog egy egyenes vonalban, feltéve, hogy a tehetetlenségi törvény érvényes a K' rendszerben (más szóval, feltéve, hogy ez egy Galilei-koordinátarendszer).
Ha tehát egy állandó sebességgel mozgó rendszerben akarunk megfigyelni egy hatást, akkor közvetlenül alkalmazhatjuk a Newton-törvényeket. Ha a mozgó rendszer felgyorsul (vagy mi gyorsulunk fel hozzá képest, például ha a Földről nézzük a csillagokat), akkor képzeletbeli erőket kell bevezetnünk a hatás ellensúlyozására.
Ezeket a fiktív erőket centrifugális erőnek és coriolis erőnek nevezzük.
Newton mozgástörvényei mechanikailag pontosak a fénysebességhez képest lassú sebességek esetén. A fénysebességet megközelítő sebességek esetén Einstein speciális relativitáselméletének felfedezéseit kell alkalmazni.
A fizikusok a világegyetemben zajló mechanikai folyamatok leírására a tömeget, a hosszúságot és az időt használják. Galilei és Newton fizikájában ezek a mennyiségek az egész világegyetemben azonosak.
Einstein speciális relativitáselméletével ezek a mennyiségek megváltozhatnak.
Kapcsolódó oldalak
- Általános relativitáselmélet
- Speciális relativitáselmélet
Kérdések és válaszok
K: Mi a relativitás elve?
V: A relativitás elve azt állítja, hogy a fizika törvényeit leíró egyenletek minden vonatkoztatási rendszerben azonosak.
K: Ki javasolta először ezt az elvet?
V: Arisztotelész görög filozófus javasolta először ezt az elvet i. e. 300-ban.
K: Mit bizonyított Galileo Galilei?
V: Galileo Galilei bebizonyította, hogy minden tárgy ugyanolyan gyorsulással esik, függetlenül a tömegétől.
K: Hogyan szülte meg Galilei felfedezései a modern tudományt?
V: Galilei felfedezései és Newton matematikailag kidolgozott mozgástörvényei adták a modern tudomány születését.
K: Mit jelent, ha két vonat azonos sebességgel halad ugyanabban az irányban?
V: Ha két vonat azonos sebességgel halad ugyanabban az irányban, akkor az egyik vonaton utazó utas nem fogja észrevenni, hogy valamelyik vonat mozog. Ha azonban egy fix vonatkoztatási keretet vesznek alapul (például a Földet), akkor képesek lesznek észrevenni a vonat mozgását.
K: Hogyan érvényesek Newton törvényei, amikor a sebesség megközelíti a fénysebességet?
V: Amikor a sebességek megközelítik a fénysebességet, akkor Einstein speciális relativitáselméletét kell alkalmazni Newton mozgástörvényei helyett, mivel ezek a törvények mechanikai szempontból csak a fénysebességhez képest lassú sebességek esetén maradnak pontosak.
