Milles seisneb relatiivsusteooria

Relatiivsusteooria põhiolemus seisneb selles, et füüsikaseadused on universaalsed ning kehtivad kõikjal ühtmoodi, kuid erinevas kohas ja olukorras olevatele vaatlejaile võib asi tunduda isemoodi. Mis ühe jaoks tundub miljoni aastana, on teise jaoks kõigest pelk silmapilk. Ehk teisisõnu – kõik on suhteline ehk relatiivne.

Erirelatiivsusteooria

Einsteini relatiivsusteooria on jagatud kaheks – erirelatiivsusteooria ja üldrelatiivsusteooria. Erirelatiivsusteooria loodi varem ning selle põhiseisukohaks on, et valguse kiiruse väärtus on kõigi vaatlejate jaoks konstantne, kirjutas LiveScience.

Einsteini mõtted põhinesid suurel määral Michelsoni-Morley eksperimendil, millega tehti kindlaks, et valguse kiirus ei sõltu sellest, kas valgus liigub Maa liikumissuunas või sellele vastu. Selline järeldus tundub veider. Kui sõidame autoga teel, mis kulgeb paralleelselt raudteega, siis liigub vastutulev rong meie suhtes oluliselt kiiremini, kui samas suunas liikuv rong.

Nii ei ole aga valgusega. Einsteini sõnul tajuvad kõik vaatlejad, et valgus liigub vaakumis kiirusega 300 000 km/s, sõltumata sellest, kui kiiresti või mis suunas nad liiguvad. Selle peale küsis koomik Stephen Wright: „Kui sa oled valguse kiirusel liikuvas kosmoselaevas ja lülitad esituled sisse, kas siis nende valgus ei eemaldugi kosmoselaevast?”

Vastus on, et kosmoselaevas olijaile on kõik normaalne, valgus eemaldub neist valguse kiirusel. Kõrvaltvaatajaile on aga olukord teistsugune: juhul, kui kosmoselaev tõepoolest valguse kiirusel liikuda suudaks, tundub kõrvaltvaatajaile, et tulesid ei lülitatudki sisse. Kui aga kosmoselaev liigub vaid õige pisut valgusest aeglasemalt, tundub kõrvaltvaatajaile, et valgus roomab laternaist välja väga aeglaselt ehk aeg oleks justkui aeglustunud.

Sellised vastuolud tekivad seetõttu, et relatiivsusteooria kohaselt ei ole olemas universaalseid joonlaudu ja ajanäitajaid, mis erinevais olukordades ühtmoodi käituks. Kui valguse kiirus on tõepoolest konstantne nagu Einstein väitis, peavad aeg ja ruum olema subjektiivsed ehk erinevais olukordades tajutakse neid erinevalt.

Saja meetri pikkune kosmoselaev, mis liigub kiirusega 99,99 protsenti valguse kiirusest, tundub kõrvaltvaataja jaoks kõigest ühe meetri pikkusena. Kosmoselaeva sees viibijaile on ta aga endiselt saja meetri pikkune.

Veelgi veidram tundub ilmselt see, et ka aeg käib seda aeglasemalt, mida kiiremini me liigume. Kaksikute paradoksi all tuntakse lugu kaksikutest, kellest üks käis pea valguse kiirusel liikudes kosmosereisil, teine aga mitte. Taas kokku saades on kosmoses käinud kaksik noorem.

Ka mass sõltub liikumiskiirusest. Mida kiiremini objekt liigub, seda massiivsem ta on. Tegelikult tulebki siit välja, et mitte ükski kosmoselaev ei saavuta kunagi valguse kiirust, sest siis peaks ta mass olema lõputult suur. Valgust kandvatel osakestel ehk footonitel aga seisumassi ei ole, seetõttu saab valgus valguse kiirusel liikuda.

Relatiivsusteooriast tuleneb ka üks kuulsamaid valemeid, mille kohaselt on mass ja energia üksteiseks muundatavad. E=mc² ehk energia on massi ja valguse kiiruse ruudu korrutis.

Üldrelatiivsusteooria

Erirelatiivsusteooria oli inimeste pead juba lootusetult sassi ajanud ning sellest oleks piisanud, et Einsteinile igavene kuulsus garanteerida, kuid ta ei jäänud saavutatuga veel päris rahule. Ta tõi sisse ka kiirenduse ning leidis 1916. aastal avaldatud teoorias, et aegruum peab olema kõver.

Võtame vaatluse alla taas sama kosmoselaeva. Kui mootorid sisse lülitatakse, tajuvad pardal olijad kiirendust, mis sarnaneb gravitatsioonijõuga, mis inimesi ka Maa poole tõmbab. Einsteini sõnul ongi gravitatsiooniline kiirendus põhimõtteliselt eristamatu raketimootori tekitatud kiirendusest.

See iseenesest ei ole veel kuigi revolutsiooniline tähelepanek, kuid Einstein lisas, et massiivsete kehade lähedal peavad aeg ja ruum olema kõverad. Seda kõverust me aga gravitatsioonina tajumegi.

Üldrelatiivsusteooria ennustab mitmeid nähtusi, millest suurt osa on ka katseliselt kontrollitud. Näiteks käituvad massiivsed taevakehad nagu läätsed, painutades valgust. Relatiivsusteooria ennustas ka mustade aukude olemasolu, mille ümber on aegruumi kõverus eriti suur.

Kui kosmosesse reisinud kaksik peaks õnnetul kombel mustale augule liiga lähedale sattuma, ei saa ta oma Maal ootava kaksikõega enam kunagi kokku ning musta auku langedes venitatakse teda pikemaks nagu spagetti. Lõpp saabuks tema jaoks õnneks küll kiiresti, kuid Maalt oma õe hukku jälgivale kaksikule tundub, et see ei lõpe kunagi. Pidev langus musta augu suunas võtab tema jaoks aega rohkem, kui kogu Universum on eksisteerinud.