Relativitetsteorin

Nedanstående innehåll är skapat av Mimers Brunns besökare. Kommentera arbete

Inledning:

Jag tycker Fysik är intressant, så jag tyckte att det kunde vara lite spännande att göra ett arbete om relativitetsteorin. Teorier är så spännande, för det kan både vara rätt eller totalt fel. Men hur skulle det vara om vi fortfarande hade trott på Newtons teori om att tiden går fortare längst uppe i Eiffeltornet. Det är sådana frågor som alla ställer till varandra. Men jag själv har frågor som jag vill ha besvarade:

• Vad är Einsteins relativitetsteori, i stora drag?
• Vad är dopplereffekten?
• Vad betyder Einsteins kända formel?
• Vad är skillnaderna mellan speciella- och den allmänna relativitetsteorin?

Allt började för några hundra år sedan, med sir Isac Newton. Det var han som kom på Gravitationsteorin, när han såg ett äpple falla till marken. Han förenade himlen och jorden med sin simpla teori. Men det fanns en brist i Newtons teori. Han kunde inte förstå hur gravitationen fungerade. Men det skulle dröja ett tag innan nästa vetenskapsman tog över. Och det var ingen mindre än Albert Einstein. En helt vanlig tjänsteman som satt på sitt kontor och funderade på ljusets hastighet. Han hade räknat ut att Newtons beräkningar inte stämde fullt ut, med det han hade kommit fram till. Allt handlar bara om ljusets hastighet.

Om vi tänker oss att solen bara försvinner, då skulle planeterna enligt Newton lämna sina banor och färdas ut ur rymden direkt. Och detta var ett litet problem, enligt Einstein så måste ljuset från solen träffa jorden först innan den lämnar sin bana. Newton hade i sina beräkningar sagt att inget är snabbare än gravitationen. Det bevisar Einstein i den allmänna relativitetsteorin. Genom att tänka universum som ett lakan, planeterna och stjärnorna gör små buktningar i lakanet. Dem här buktningarna, krökningarna är tid och rum i rymden. Om nu solen försvinner kommer vi uppfatta det efter 8 minuter, som det tar för ljuset att färdas mellan jorden och solen. Och med ljuset kommer också gravitationsvågen, planeterna lämnar då sina banor.



Speciella Relativitetsteorin

Einstein hade en dröm att få skapa en universalteori som täckte alla fenomen i universum. Einstein försökte hitta ett samband mellan gravitationen och elektromagnetismen. Han förstod att han måste utveckla en teori för rörelse. Han hade observerat ljusets hastighet sedan länge. Kom fram till att det inte finns stillastående ljus, utan ljuset är konstant. Det här blev att kalla hans speciella relativitetsteori.

• Första punkten i teorin, är att ljuset hastighet är alltid konstant, det går inte att ändra eller komma ikapp det. Det kommer alltid vara 300 000 km/sek för ljuset att färdas. Förklaringen kan finnas för den som följer ljuset sätter ned hastigheten på sin egen tid.


Man kan förklara det, om man har två ficklampor, den ena är stillastående och den andra färdas i 100 000 km/sek. Ljustrålarna börjar mätas vid samma punkt, ljusstråle nr. 2 färdas inte i 400 000 km/sek, utan i normal fart (300 000 km/sek). Alltså om man börjar mäta vid samma punkt trots att den ena ljusstrålen har påfart blir ändå hastigheten densamma då ljusets hastighet är konstant.
Resultat: ljustrålarna når målet samtidigt.

• Den andra punkten enligt den speciella relativitetsteorin bildar rum och tid tillsammans i ett fyrdimensionellt rum, den s.k. rumstiden, och mätning av dessa storheter beror på observatörens rörelse. Det finns inga absoluta rörelser eller tidsförlopp utan dessa är relativa, och ett föremåls hastighet kan bara anges i förhållande till andra föremålet. Den här punkten är lite förvirrande. Därför går jag inte djupare in på den.


Allmänna relativitetsteorin

• Den allmänna relativitetsteorin handlar om gravitation och acceleration. Einstein förutsåg en koppling mellan dem. Om du far upp i en raket så känner du att dras ner mot golvet, men det finns inget som kan avgöra om det är acceleration eller gravitation. Du hamnar i ett tyngdkraftsfält och kan inte avgöra vad som är vad. Till slut hade Einstein kommit så långt med sin teori att han kunde räkna ut mysteriet på Merkurius ellipsbana. Den vred sig 0,012 grader var hundrade år och det gick emot den klassiska fysiken, med teorin förutsåg Einstein en perihelium rörelse som orsakar Merkurius vridning.

• Han räknade också ut att om ett föremål är i rörelse, går tiden långsammare. Det gjordes ett experiment med att man skickade upp en atomklocka på en satellit i omloppsbana runt jorden. Klockan uppe i rymden gick lite långsammare än atomuret som var stillastående på jorden. Ju nära man är ljusets hastighet ju långsammare går tiden. Man kan förklara det med hjälp av två tvillingar.


Tvilling nr. 1 lämnar jorden och åker ut i rymden med en hastighet av 100 000 km/sek. Tvilling nr. 2 stannar kvar på jorden och lever ett normalt liv.
När tvilling nr. 1 kommer tillbaka efter många, många år märker nr.1 att hans bror har åldrats mycket mer än vad han har gjort, dock att han har upplevt tiden normalt i rymden. Därför att Tvilling nr.1 har färdats nära ljusets hastighet och då har tiden gått mycket långsammare för han.


Dopplereffekten

Vi vet alla hur dopplereffekten fungerar när det gäller ljud. Samma sak händer med ljuset. Ljus med olika färg har olika frekvenser (antal vågor per sekund), precis som ljud har olika tonhöjd. Ljuset färdas med en mycket högre hastighet än ljudet. Så snabbt att världens snabbaste tåg ser ut att stå still vid en jämförelse. Detta gör att du inte kan se att tåget egentligen ändrar färg när det passerar dig (om du nu inte har tillgång till ytterst känsliga instrument).

Du skulle inte kunna se ljusförändringen, när tåget rör sig mot dig förändras inte ljusets hastighet, men varje ny våg får kortare väg till ditt öga än den våg som kom närmast före. Ljusvågorna bli fler per sekund när de når dig, vilket gör att ljuset ser blåare ut, eftersom blått ljus har större frekvens än annat ljus. När tåget sedan avlägsnar sig får ljusvågorna och får en längre väg till ditt öga, de glesas ut och blir färre per sekund, vilket då gör att ljuset ser "rödare" ut.

Det blå ljuset har ungefär dubbelt så hög frekvens som det röda dvs det kommer dubbelt så många vågor per sekund från det blå ljuset jämfört med det röda.


Ju fler ljusvågor per sekund desto "blåare" färgton hos ljuset (det vita ljuset), och ju färre ljusvågor per sekund desto "rödare" färgton hos ljuset. Det är detta som gör att tåget egentligen ändrar färg. Det kallas "rödförskjutning", ljuset får en "rödare" färgton när det rör sig bortåt, och "blåförskjutning", ljuset får en "blåare" färgton när det rör sig hitåt.
Dessa färgförändringar som bildas pga. dopplereffekten gör att vi kan mäta hur snabbt t ex en stjärna rör sig och åt vilket håll.


Energiformeln

Och till sist kärnan i relativitetsteorin den kända formeln E=mc2. E= Energi, m= Massa och c2= ljusets hastighet upphöjt i två. Den här formeln menade Einstein att materia är någon form av energi. Man kan inte utvinna någon stor energi från en sten, utan det är från atomer man kan det. Med hjälp av den här formeln kunde man skapa kärnvapen. Smådelarna i atomerna hålls samman av en enorm kraft. Och dessa krafter kan frigöras genom atomklyvning.


Egna tankar

Det här arbetet har varit jätte roligt att arbeta om. Jag har lärt mig innerbörden av at...