Splhej.wz.cz - Referáty a čtenářský deník - domů
Autor(asi): JIM    |    Zobrazit obrázky k referátu    Tisk Vytisknout referát

Teorie relativity (obecná)


Obecná teorie relativity

Dvoudimenzionální znázornění zakřivení časoprostoru. Přítomnost hmoty mění geometrii časoprostoru a tato (zakřivená) geometrie je chápána jako gravitace.

Obecná relativita nebo obecná teorie relativity je základní fyzikální teorie gravitace formulovaná Albertem Einsteinem, která opravila a rozšířila Newtonův koncept gravitace, především v makroskopickém měřítku planet a hvězd.

Obecnou relativitu lze chápat také jako rozšíření speciální relativity. Starší teorie poskytuje správný popis elektrodynamiky a šíření světla v inerciálních vztažných soustavách a opravuje nepřesnosti Newtonovy mechaniky při vysokých rychlostech. Obecná relativita navíc hraje mezi fyzikálními teoriemi jedinečnou roli v tom smyslu, že vykládá gravitační pole jako geometrický fenomén. Přesněji řečeno předpokládá, že libovolný objekt s vlastní hmotností zakřivuje ?prostor,? ve kterém se nachází, a toto zakřivení se projevuje jako gravitace. Abychom pochopili tuto rovnost, není dobré uvažovat, že by gravitace způsobovala nebo byla způsobována zakřivením časoprostoru, ale spíše, že gravitace je zakřivení časoprostoru. Teorie od svého formulování v roce 1915 dodnes přežila všechny experimenty pokoušející se o její falzifikaci.

Základní principy

Obecný princip relativity:

+Fyzikální zákony jsou stejné pro všechny pozorovatele.
+Princip obecné kovariance: Fyzikální zákony mají stejnou formu nezávisle na vztažné soustavě.
+Volné testovací částice se pohybují po geodetikách.
+Princip lokální lorentzovské invariance: Pro všechny volné pozorovatelky platí lokálně zákony speciální teorie relativity.
+Časoprostor je obecně zakřivený.
+Zakřivení časoprostoru je udáváno rozložením energie a hybnosti v časoprostoru: Tento fakt v OTR popisuje Einsteinův gravitační zákon.

Časoprostor jako zakřivená lorentzovská varieta

V obecné relativitě se používá širší zavedení časoprostoru, než ve speciální teorii relativity. V obecné teorii relativity je časoprostor:
zakřivený: má neeukleidovskou geometrii. Oproti tomu ve speciální relativitě je časoprostor plochý.
lorentzovský: Metrika časoprostoru musí mít smíšenou signaturu, což je stejné jako ve speciální relativitě.
čtyřrozměrný: aby byly zastoupeny jak tři prostorové rozměry tak čas. Toto je rovněž převzaté ze speciální relativity.

Zakřivení časoprostoru (způsebené přítomností hmoty a hybnosti) si lze názorně představit např. následujícím způsobem. Umístíme-li těžký předmět (např. bowlingovou kouli) na trampolínu, vznikne v ní prohlubeň, která povrch trampolíny zakřivuje. Obdobně přítomnost velkého množství hmoty zakřivuje ve svém blízkém okolí časoprostor. Je-li přitom těleso hmotnější, zakřivuje časoprostor ve větším rozsahu a více (srovneme v naší analogii s trampolínou např. zakřivení způsobené bowlingovou koulí a tenisovým míčkem). Obdobně zakřivení závisí na hustotě (kulička ze železa zakřiví trampolínu více než stejná kulička z plastu.) Pokud cvrnkneme do takto vzniklého důlku malou kuličku správnou rychlostí, bude v něm ?obíhat? kolem bowlingové koule. To je analogické s obíháním planet v gravitačním poli.

Je zde rovněž patrná skutečnost, že obecná relativita neuvažuje s působením síly na dálku, jako u Newtonovy teorie gravitace, ale že testovací částice reaguje na zakřivení časoprostoru tak, aby se pohybovala po nejpřímější dráze (specielně skutečnost, že je dráha nejpřímější z analogie vidět není, to je pravda jen v časoprostoru se smíšenou signaturou metriky) a zakřivení časoprostoru zpětně reaguje na rozložení hmoty.

Vysoká škola manažerské informatiky a ekonomiky Praha.