Veliko ljudi bi, če bi jih povprašali, za kaj gre pri relativnostni teoriji, pomisilo na Alberta Einsteina, nekateri bi morda omenili še nekaj o hitrosti svetlobe in slovito enačbo E=mc2, potem pa bi se počasi vedenje o njej končalo.
Zato samo na hitro:
Ko je Albert Einstein leta 1905 objavil najprej posebno, leta 1915 pa še splošno teorijo relativnosti, je v njiju postavil oziroma združil tri ideje, ki so bile v fiziki sicer takrat že znane, vendar jih nihče ni resnici povezal med sabo.
Prva ideja govori o tem, da so zakoni fizike vsepovsod enaki.
Druga ideja govori, da ni "absolutnega" referenčnega okvirja. To pomeni, da dva opazovalca, ki se premikata v okolju, kjer nanju ne delujejo nobene sile, ne bosta mogla ugotoviti, kateri od njiju se premika in kateri miruje. V avtomobilu na primer zelo dobro vemo, da se premikamo, saj čutimo pospeške in zaviranja itd.; lep primer tega, da se premikamo, pa tega ne občutimo, pa je recimo vrtenje Zemlje okoli osi zaradi katerega je videti, kot da se Sonce premika na nebu, v resnici pa se premika naš planet. Tako bi, če bi se lahko pogovarjala s Soncem, Zemlja trdila, da je ona na miru in da Sonce potuje okoli nje, Sonce pa bi trdilo, da je ono na miru, in da se Zemlja vrti okoli osi.
Tretja ideja relativnostne teorije pa govori o tem, da je hitrost svetlobe v vakuumu končna in enaka za vse opazovalce, ne glede na to, kako hitro se premikajo glede na vir svetlobe, ter da nič - ne snov, ne informacija - ne more potovati hitreje od hitrosti, ki jo dosega svetloba (oz. elektromagnetno valovanje) v vakuumu.
Združitev teh treh idej, podprta z matematiko, pa ima globoke posledice.
Ena od njih je, da če potujemo zelo hitro, blizu hitrosti svetlobe, bo za nas čas začel teči počasneje. Druga je, da se podobno zgodi tudi pri pospeševanju v močnem polju gravitacije.
Poleg tega se v takih okoliščinah predmeti za zunanjega opazovalca na videz skrčijo. Tako bi se na primer nekomu, ki bi z Zemlje opazoval vesoljsko ladjo, ki bi zelo (res zelo) hitro letela mimo, zdelo, da je nekoliko krajša in da se astronavti na njej premikajo kot v počasnem posnetku. Astronavtu, na drugi strani, se ne bi zdelo, da se z njim ali ladjo dogaja kaj posebnega, bi pa on opazil, da se je skrčila Zemlja in da se ljudje na njej premikajo kot v počasnem posnetku.
V vsakdanjem življenju vsega tega ne opazimo, saj je naše življenje v primerjavi s hitrostjo svetlobe izjemno počasno in krčenja oz. dilatacije časa ali dolžine ne opazimo, ker so učinki mikroskopski.
So pa ti pojavi dokazani s poskusi in se pojavljajo pri stvareh, kjer obstaja snov, ki se premika s hitrostjo svetlobe ali blizu njej - recimo v nekaterih elektronskih napravah. Če pri njihovem načrtovanju teh dveh pojavov ne bi upoštevali, ne bi delovale pravilno.
Pa tudi svet bi izgledal drugače, če teh "relativističnih učinkov" ne bi bilo, ali pa bi ga morali razložiti na drugačen način.
GPS
Da bi vaš avto zanesljivo lahko pripeljali na lokacijo s pomočjo satelitske GPS navigacije, so načrtovalci te tehnologije pri načrtovanju morali upoštevati t.i. "relativistične efekte". Sateliti, čeprav se ne premikajo tako hitro kot svetloba, se še vedno premikajo zelo hitro, glede na Zemljo. Hkrati pa pošiljajo signale k zemeljskim postajam (in vaši GPS napravi). Ker te pod vplivom gravitacije drugače merijo čas, kot ga merijo sateliti, morajo slednji imeti ure, ki so točne na nekaj miljardink sekunde. Zaradi hitrosti satelitov in delovanja gravitacije razlika v času, ki ga merijo sateliti in tistem na Zemlji, dnevno znaša okoli 7 milijardink sekunde (7 nanosekund). Na prvi pogled zanemarljivo, vendar pa, če tega ne bi upoštevali, bi vam GPS po enem dnevu prikazoval, da je recimo bencinska črpalka, oddaljena od vas slab kilometer, oddaljena 8 kilometrov.
Stare televizije
Televizije na katodne cevi morda res izumirajo, ta tehnologija pa se še vedno precej uporablja drugje. Katodne cevi so naprave, ki pospešujejo elektrone in jih "izstreljujejo" na ekran, ki je premazan s snovjo, ki se zasveti, ko vanjo trči elektron. Rezultat tega je, da lahko uživamo v sliki, ki jo vidimo na ekranu. Inženirji so pri načrtovanju morali upoštevati relativistični učinek "skrčenja", zaradi katerega se elektronom "zdi", da je razdalja, ki jo morajo prepotovati krajša, kot je v resnici. Če tega ne bi upoštevali, bi elektroni na ekranu tvorili neprepoznavno sliko.
Jedrska energija
Brez spoznanja, da sta energija in masa v resnici "dve plati ene medalje" in da se lahko pretvarjata ena v drugo, ne bi imeli jedrskih elektrarn, ki nam omogočajo relativno enostavno, poceni in okolju precej prijazno pridelavo elektrike (seveda, če ne gre kaj narobe).
Po drugi strani pa brez tega spoznanja ne bi bilo tudi jedrskih bomb, najmočnejšega orožja, kar ga poznamo. Žal je tako, da človek tistega, kar odkrije, ne uporablja vedno samo v dobre namene.
Barva zlata
Vsi poznamo mehko rumeno barvo dragocene kovine, ki "odpira vsa vrata". Toda zakaj je zlato rumenkasto in ne sivo ali modrosivo, kot so druge kovine?
Atomi zlata so veliki in "težki" atomi, zaradi česar njihovo jedro na elektrone, ki se gibljejo okoli njega delujejo na malce poseben način in elektroni, ki so bližje jedru imajo približno enako energijo kot tisti, ki so od njega oddaljeni. Tudi to je eden od učinkov, ki so povezani z relativnostno teorijo. To pa povzroči, da en del vidne svetlobe, ki bi jo sicer obijali, absorbirajo. Tako atomi zlata "požrejo" več modre in vijolične svetlobe, odbijejo pa več rumene in oranžne svetlobe, ki jo potem vidimo.
Ko boste naslednjič občudovali kakšno zlatarsko umetnino, pa se morda spomnite tudi na Alberta Einsteina, ki je omogočil, da vemo, zakaj je zlato rumeno.
Svetloba
Če Einstein ne bi imel prav, bi morali svetlobo, ki nam omogoča, da vidimo svet okoli sebe, razložiti drugače.
Svetloba, ali natančneje vidna svetloba, je kot danes vemo, le tisti del širokega spektra elektromagnetnega valovanja, ki ga lahko vidimo. Ostalo svetlobo (ki pa je ne vidimo) na primer predstavljajo ultravijolična svetloba, infrardeča svetloba, radijski valovi in mikrovalovi. Vse to so valovanja ali kot tudi pravimo "sevanja", ki pa jih ne vidimo, pač pa zaznavamo drugače ali pa sploh ne - infrardeča svetloba je na primer svetloba, ki je ne vidimo, pač pa čutimo kot toploto; mikrovalovi so "svetloba", ki nam segreva hrano, radijski valovi pa "svetloba", ki nam v domove prinaša televizijsko sliko in radijski signal.
Svetloba nastaja zaradi delovanja elektromagnetne sile in širjenja elektromagnetnega polja. Relativnostna teorija pravi, da se to širjenje dogaja s končno hitrostjo. Če bi ta hitrost bila neskončna (ali trenutna), kot so včasih verjeli, elektromagnetno polje kot medij za prenos svetlobe sploh ne bi bilo potrebno in bi morali vse skupaj razložiti na drugačen način. Lahko rečemo, da prav relativistični efekti omogočajo svetlobo in da je brez njih sploh ne bi bilo.
Sonce, Zemlja, mi
Pravzaprav zaradi relativističnih efektov vse, kar vidimo (vključno z nami) sploh obstaja.
Naš sončni sistem je nastal iz velikega vesoljskega oblaka "prahu", ki je ostal po eksploziji velikanske zvezde, supernove. Mi smo takorekoč "otroci davno mrtve zvezde". Supernove nastanejo, ko v velikanskih zvezdah učinki, ki jih opisuje relativnostna teorija, premagajo kvantne (tiste, ki jih opisuje teorija najmanjših delcev). Te zvezde se na koncu svoje življenjske dobe najprej sesujejo same vase, pri čemer v njihovem jedru nastanejo vsi elementi, težji od železa, potem pa eksplodirajo. Oblak, ki nastane, se (skozi milijone in milijarde let) začne spet oblikovati v novo zvezdo - v našem primeru v Sonce - in planete.
