Görelilik teorisi

Kapsam

20. yüzyılda izafiyet teorisi teorik fizik ve astronomiye dönüştürüldü. İlk yayımlandığında izafiyet Newton tarafından yaratılan ve 200 yıl kabul görmüş teorinin yerine geçti.
Fizik  alanında izafiyet, temel parçacık 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. Bunun için birçok açıklama var. İlki 1905’te, son hali 1916’da yayımlandı.
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 matematiği çok zor gözüktü. Sonuç olarak dünyada az sayıda insanın teoriyi tamamen detaylarıyla anlayabileceği düşünüldü. Richard Feynman tarafından önemi yitirildi. Sonra 1960’a doğru bir kritik canlanma genel göreliliği fiziğin ve astronominin merkezi yaptı. Yeni matematik teknikleri genel görelilikte kullanılabilir oldu. Buradan fiziksel fark edilebilir konular matematiğin 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 belirtmiştir. 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 matematik modelleri geliştirildi. Böylece analitik anlamlar gerekli durumlarda sonuç çıkarmada 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 Testleri

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’ın yazısının yayımlanmasından 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’in 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 sıradaki etkisini saptamak için tasarlanmıştı.(dünyaya göre aether’ın hareketi). Michealson bunu tamamlamak için Michelson interferometer adında bir 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 seyahatidir. Fakat yalnız sonuç aether teorisini kırmak ya da özel görelilik tahminlerini doğrulamak için yeterli değildi.
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 olasılıkların 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. Işığın  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 atomik saatin frekansının özel göreliliğe göre değişiminden gözlemlendi. 
Bu klasik deneyler yüksek tahminlerle defalarca tekrarlandı. Bağıl enerji ve momentum yükselişi (yüksek hızdaki)  hareket eden parçacığın zaman genişlemesi  ve Lorentz ihlalleri için modern araştırmalar gibi deneyler içerir.