Kookas.fi
  1. Etusivu
  2. Tiede
  3. Filosofia
  4. Einsteinin suhteellisuusteorian perusajatukset

Einsteinin suhteellisuusteorian perusajatukset

Kappaleiden liikkuessa meille normaaleilla nopeuksilla, vielä äänen nopeudellakin, niihin liittyvät ilmiöt noudattavat kutakuinkin tarkasti normaalia Newtonin mekaniikkaa. Näillä nopeuksilla suhteellisuusilmiöt ovat niin vähäisiä, että niillä ei ole merkitystä. Nopeuksien kasvettua lähelle valonnopeutta, joka on noin 3 x 108m/s, Newtonin mekaniikka ei enää selitä tapahtumia tarkasti. Meille niin normaalit totuudet ajasta, avaruudesta ja energiasta muuttuvat täysin toisenlaisiksi.

Peruslähtökohdat

Einsteinin suhteellisuusteorian peruslähtökohtina on kaksi ajatusta:

  1. Fysiikan lait ovat samanlaisia kaikissa erillisissä koordinaatistoissa
  2. Valo liikkuu samalla nopeudella suhteessa kaikkiin tarkkailijoihin.
Ensimmäinen ajatus on helposti ymmärrettävissä. Mikä tahansa fysiikan laki toimii samalla tavalla riippumatta siitä, missä koordinaatistossa toimitaan, tai liikkuuko kyseinen koordinaatisto tasaisella nopeudella suhteessa johonkin toiseen koordinaatistoon. Kahtena erillisenä koordinaatistona voidaan pitää esimerkiksi maapalloa ja maapallon pinnalla liikkuvaa junaa. Kummassa tahansa voi ihminen seistä paikallaan omasta koordinaatistostaan katsoen ja molemmissa koordinaatistossa esine putoaa kädestä suoraan jalkojen juureen. Tasaisella nopeudella liikkuvassa junassa oleva ihminen ei pysty millään tekemällään fysikaalisella kokeella päättelemään liikkuuko juna vai onko juna paikallaan. Ilmiön kokee helpoimmin silloin kun on pysähtyneessä junassa asemalla ja katsoo ikkunasta viereisellä raiteella olevan junan kylkeä. Liikkeelle lähdön tapahtuessa tärinättä ja hyvin hitaasti, on vaikea näkemällä sanoa, kumpi junista liikkuu.

Valon nopeus on jo ihmisen käsityskyvyn rajoilla eikä arkielämässä sen kanssa jouduta tekemisiin. Seuraava esimerkki vaatiikin mielikuvituksen käyttöönottoa. Kuvitellaan, että ihminen tarkkailee taivaalla lentävää avaruusalusta, joka etenee puolella valonnopeudella. Avaruusaluksessa oleva avaruuslentäjä sytyttää kulkusuuntaan olevan valonheittimen ja avaruusaluksen koordinaatistosta käsin katsottuna valo etenee avaruudessa valonnopeudella. Jokamiehen maalaisjärjellä ajateltuna valo etenee maan koordinaatistosta katsottuna puolitoistakertaisella valonnopeudella. Valo ei kuitenkaan voi milloinkaan edetä valonnopeutta suuremmalla nopeudella ja näin ollen maasta tarkkailevan ihmisen näkökulmasta valon etenemisnopeus on valonnopeus.

Kaikki liike on siis suhteellista

Millään keinolla ei ole voitu todistaa absoluuttista liikettä. Ei myöskään ole olemassa jotakin tiettyä ainutkertaista paikallaan olevaa koordinaatistoa, johon suhteessa kaikki muu liikkuu. Kaikki liike tapahtuu siis aina suhteessa johonkin toiseen ja mikäli vertailukohtaa ei ole olemassakaan ei liikettä voida todentaa.