Görelilik kuramı

Uzay zaman bükümünün üç boyutlu benzeşiminin iki boyutlu izdüşü genel izafiyette tanımlanır.

İzafiyet teorisi fizikte genellikle Albert Einstein nın teorilerinden özel göreliliğini ve genel izafiyeti kapsamaktadır. 

İzafiyet teorisinin tarafından tanıtılan konseptler şunları içerir:

- Çeşitli değerlerin ölçümleri gözlemlenen hizlara bağlıdır. Özellikle uzay daralması ve zaman genişlemesi.

 - Uzay –zaman: uzay ve zaman birlikte ve birbirine bağlı olarak düşünülmelidir.

Kapsam

20.yy da izafiyet teorisi teorik fizik ve astronomiye dönüştürülmüş. İlk yayınlandığında izafiyet 200 yıllık Newton tarafından yaratılan mektanin teorisinin yerine geçti.

Fizik alanında izafiyet, temel parçaçık bilimi ve onun temel etkileşimi geliştirdi. Kozmoloji ve astrofizik, nötron yıldızlar, kara delik ve ağırlık dalgaları gibi sıra dışı astronomik fenomenlerin izafiyet yardımıyla tahmin edilmesini sağladı.

İki Teori

İzafiyet teorisi, yeni fiziksel teoriden daha fazlasıyla temsil edilir. Birçok açıklama var bunun için. Ilki 1905 de yayımlandı ve izafiyet teorisinin son hali 1916 da.

  İkincisi, özel izafiyet temel parçacığa ve onun etkileşimlerine uygulanır. Fakat genel izafiyet kozmolojik ve astrofiziksel aleme uygulanır.

   Üçüncü özel görelilik fizik aleminde 1920 de Kabul edildi. Bu teori,atomik fizik, nükleer fizik ve kuantum mekaniği gibi yeni fizik alanlarında hızlıca teoriciler için önemli ve gerekli bir araç haline geldi. Zıt olarak genel görelilik pek kullanışlı gözükmedi. Deneyciler için biraz uygulanabilir gözüktü . Newton’un yerçekimi teori tahminlerine  sadece küçük düzeltmeler yapmak için limitli gözüktü.

Son olarak, genel görelilik matemetiği cok zor gözüktü. Sonuç olarak dünyada az sayıda insanın teoriyi tamamen detaylarıyla anlayabilceği düşünüldü. Richard Feynman tarafından önemi yitirildi. Sonra 1960’a doğru bir kritik canlanma genel göreliliği fiziğin ve astornominin merkezi yaptı.yeni matemetik teknikleri genel görelilikte kullanılabilir oldu. Burdan fiziksel farkedilebilir konular matemetiğin kompleksliğinden izole edilmiş oldu. Ayrıca genel görelilikle ilgili egzotik astronomik fenomenin buluşu bu canlanmaya yardımcı oldu. Astronomik fenomen, quasars (1963), 3-kelvinmicrowave background radiation (1965), pulsars microwawe(1967) ve ilk kara deliğin keşfini(1981) içeriyor.

İzafiyet Teorisi Üzerine

Einstein izafiyet teorisinin, teoriler prensibinin sınıfına ait olduğunu belitmiştir. Bu demektir ki elementlerin hipotezlere değil deneysel keşiflere dayandığıdır. Doğal işleyişlerin karakteristik özelliklerinin anlaşılmasına bu deneysel keşifler yol açıyor. Doğal işleyişin gözlemlerinin daha doğru olması için matemetik modelleri geliştirildi. Böylece analitik anlamlar gerekli durumlarda sonuç cıkarmada tatmin edici olmak zorunda. Ayrı olaylar bu koşulları sağlamak zorundadır.Deneyin sonuçla uyuşması için.

Genel görelilik ve özel görelilik birbirine bağlantılıdır.aşağıda belirtildiği gibi özel görelilik kanunu yer çekimi hariç bütün fizik fenomenlerine uygulanmaktadır. Genel görelilik kuramı ise yer çekimi kanununu ve onun diğer doğa kuvvetleriyle bağlantısını sağlamaktadır.

Özel Görelilik

Özel görelilik uzay zaman yapısının teorisidir. Einstein’nin "On the Electrodynamics of Moving Bodies 1905 teki yazısında tanıtılmıstır. Özel görelilik teorisi klasik mekanığe zıt olan iki var sayım üzerine dayanır;

1. Fizik kuralları bir diğerine bağlı olan düzgün hareket içinde bütün gözlemciler için aynıdır.
2. Vakum içinde ki işik hızı butün gözlemciler için aynıdır . göreceli hareketine ve ışığın kaynağına bağlı kalmaksızın. 

Sonuç teori klasik mekanikten deneylerle daha iyi başa çıkmaktadır. Örneğin Michelson Morley deneyinin sonuçları ikinci koşul sağlamaktadır. Ayrıca teorinin bircok sürpriz sonucu var. bunlardan bazıları ;

• - Eş zamanlılığın göreliliği: iki olay bir gözlemci için eş zamanlıdır fakat başka bir gözlemci için eşzamanlı olmayabilir eğerki gözlemciler bağıl hareket içinde değilse 
• - Zaman genişlemesi: hareket eden saatlerin gözlemcinin sabit saatine göre daha yavaş hareket ettiği ölçüldü. 
• - Göreceli kütle 
• - Uzunluk büzülmesi:gözlemciye göre hareket eden objenin boyu daha kısa olduğu ölçüldü. 
• - Kütle enerji eşitliği: E=m.c², kütle ve enerji birbirine dönüşebilir.
•  - Maksimum hız sonsuzdur: hiçbir fiziksel obje, mesaj ya da alan çizgisi vakum içindeki ışık hızından hızlı değildir. 

 Özel göreliliğin tanımlanmış özellikleri klasik mekaniğin yer değiştirmesidir. 

Genel Görelilik

Genel görelilik Einstein tarafından 1907-1915 yılları arasında yerçekimi teorinin geliştirilmesiyle oluşmuştur.genel göreliliğin gelişimi denklik prensipleriyle başlamıştır. Bu prensipler ivmeli hareket ve yerçekimi alanında kalan durumların altındadır. (örneğin dünyanın yüzeyinde durmak) Bunun neticesinde serbest düşüş olur. Serbest düşüşteki objenin düşmesi yerçekimi kuvvetinin klasik mekanik olayındandır. Bu klasik mekanik ve özel görelilikle kıyaslanamaz çünkü bu teorilerde hareket eden objeler birbirine göre ivmelenemez ama serbest düşüşteki hareket yapabilir. 1915 ‘te Einstein’nın alan denklemlerini buldu. Bunlar kütle,enerji ve momentumun içerisinde uzay zaman bükülmesiyle bağlantıdır. 

Genel göreliliğin bazı sonuçları şunlardır; 

• - Saatler derin yerçekiminde daha yavaştır. Buna yerçekimi zaman genişlemesi denir.
•  - Yörüngeler Newton’un yerçekimi konundaki yoldan daha beklenmedik devinimler yapar. (bu merkür ve pulsarın yörüngelerinde gözlemlenmiştir)
•  - Işık ışınları yerçekimi alanında bükülürler. - Evren genişliyor ve bizden ışık hızından daha hızlı bir şekilde uzaklaşıyor.  

Teknik olarak genel görelilik yer çekimi teorisidir. Yerçekiminin tanımlanan özellikleri Einstein ‘nın alan denklemlerinde kullanımıdır. Alan denklemlerinin çözümleri metrik tansörlerdir bunlar uzay zaman topolojisi ve objelerin nasıl hareket ettiğini tanımlar.

Deney Kanıtları

Özel Görelilik Testleri

Michelson–Morley experiment

Çürütülebilir tüm bilimsel teoriler gibi izafiyet test edilebilir tahminler yürütüyor. Özel görelilik halinde, bunlar görelilik prensiplerini içeriyor. Işık hızının sabitliği ve zaman genişlemesi. Özel görelilik tahminleri 1905’Te Einstein’nın yazısının yayınlanmasından sonra sayısız test ile onaylandı. Fakat 1881 ve 1938 deki yürütülen üç deney doğrulaması kritikti. Bu deneyler Michelson–Morley deneyi, Kennedy–Thorndike deneyi, ve Ives-Stilwell deneyi idi. Einstein ilk prensipten 1905 te Lorentz dönüşümlerini türevledi. Fakat bu üç deney dönüşümlerin deneysel kanıttan elde edilmesine izin veriyordu.   

 Maxwell’s denklemleri – klasik elektromanyetizmin temeli- ışığı karakteristik hızla hareket eden bir dalga olarak tanımladı. Modern görüş ışığın orta yayılmaya ihtiyaç duymadığıdır. Ama Maxwell ve onun çağdaşları ışık dalgalarının orta yayıldığına ikna olmuştu. Bu varsayımsal orta luminiferous aether olarak biliniyordu . 

     Michelson- Morley deneyi, Aether rüzgarının ikinci sırada ki etkisini saptamak için tasarlanmıştı.(dünyaya göre aether’ın hareketi). Michealson bunu tamamlamak için Michelson interferometer adında bi alet tasarladı. Alet tahmin edilen etkileri saptamak için yeterince doğru olmaktan çok 1981’de ilk deney bağlandığında geçersiz sonuçları elde etti. Aether rüzgarını saptama başarısızlığı hayal kırıklığı olmasına rağmen, sonuçlar bilim topluluğu tarafından kabul edildi. Aether paradizmasını kurtarma girişiminde, Fitzgerald ve Lorentz ad hoc hipotezini bağımsız olarak yarattı. Bu hipotez merarial vücütlarının uzunluklarının onların aether’e doğru hareketlerine göre değiştiğini söylüyor. Bu FitzGerald- Lorentz daralmasının kökeniydi ve onların hipatezinin teoritik temelleri yoktu. Michelson-motley deneyinin geçersiz sonuçlarının yorumu ışık için yol zaman seyehatidir. Fakat yalnız sonuç aether teorisini kırmak ya da özel görelilik tahminlerini doğrulamak için yeterli değildi.

The Kennedy–Thorndike deneyi.

       Kenedy-thorndike deneyi Michelson-Morley deneyi ışığın hızının istropic olduğunu söylerken, Kennedy-Thondike deneyi hızın değerinin farklı inertial framelerde nasıl değiştiğini söylüyor. Bu deney bunun için tasarlanmıştı ve ilk 1932 de performans gösterdi. Geçersiz sonuç elde ettiler ve uzaydaki solar sistemin hızı yaklaşık dünyanın yarım yörüngesinden fazla değilse etkisi yoktur. Kabul edilebilir bir açıklama yapmak için olasıkların gereğinden fazla tesadüfi olduğunu düşündüler. Sonuç olarak deneyin geçersiz sonuçlarından ışık zaman yolculuğunda inertial reference framelerinin hep aynı olduğu çıkarıldı. 

     Ives-Stilwell deneyi Herbert Ives ve G.R. Stilwell tarafından 1941’de çıktı. Bu deney çapraz Doppler etkisini test etmek için tasarlandı.-ışığın hızına dik yöndeki hareket eden kaynağın kırmızıya kayması (Einstein tarafından 1905’te tahmin edildi)- Strateji klasik teori ile tahmin edilen ile gözlemlenen Doopler shiftlerini kıyaslamak ve Lorentz Factor düzeltmelerine bakmak içindir. Böyle bir düzeltme hareket eden atomic saatin frekansının özel göreliliğe göre değişişiminden gözlemlendi. 

    Bu klasik deneyler yüksek tahminlerle defalarca tekrarlandı. Bağıl enerji ve momentum yükselişi (yüksek hızdakı) hareket eden parçacığın zaman genişlemesi ve Lorentz ihlalleri için modern araştırmalar gibi deneyler içerir.