Erlatibitate printzipioa

Teoria fisiko batek hartu behar duen forma orokorra deskribatzen duen printzipioa da erlatibitate printzipioa. Erlatibitate printzipioek maiz ezartzen dituzte behatzaileen arteko baliokidetasunak, fisikoki baliokide diren egoeren arteko simetria edo inbarientzia printzipioen arabera. Printzipio horien arabera, fenomeno baten deskribapen jakin bat okerra izan liteke teoria definitzen duen erlatibitate-printzipioa errespetatzen ez badu (beraz, Newtonen grabitazioaren teoria bateraezina zen erlatibitate bereziaren teoria definitzen zuen erlatibitate-printzipioarekin, horregatik Einsteinek grabitazioaren teoria berri bat formulatu zuen erlatibitate orokorraren parte gisa).

Oinarrizko kontzeptuak

Erlatibitatearen zenbait printzipio oso zabalduak daude esparru zientifiko garrantzitsu askotan. Hedatuenetariko bat naturaren legeak edozein aldiunetan berdinak izan behar direla da; eta ikerketa zientifikoek, oro har, naturaren legeak berdinak direla suposatzen dute horiek neurtzen dituen pertsona edozein dela ere. Printzipio mota hauek ikerketa zientifikoarentzat oinarrizkoak dira.

Erlatibitatearen edozein printzipiok, naturako legeetan simetria inposatzen dute: hau da, legeak behatzaile guztientzat berdinak izan behar dira. Noether-en teorema izeneko emaitza teoriko baten arabera, halako simetria orok kontserbazio-lege bat ere suposatuko du. Adibidez, bi behatzailek une ezberdinetan lege berdinak ikusten badituzte, orduan energia izeneko kantitatea kontserbatuko da. Horren harira, erlatibitate-printzipioek naturaren portaerari buruzko iragarpen probagarriak egiten dituzte, eta ez dira zientzialariek legeak nola idatzi behar dituzten adierazten duten printzipioak.

Historia

Nahiz eta erlatibitatea entzun eta burura etortzen zaigun lehenengo pertsona seguruaski Einstein izan, ez zen berau izan higidura erlatiboaren inguruan hitz egin zuena. Ia 300 urte lehenago Galileo italiar matematikari, fisikari eta astronomoak egin baitzuen lehenengo aipamena. Galileo bera izan zen buruko esperimentuen aitzindari ondoren Einsteinek oso ezagunak egingo zituenak. Hala ere, zentzu matematiko bat eman ziona Einstein izan zen bere bi teoria garrantzitsuenekin: erlatibitate berezia eta erlatibitate orokorra hain zuzen ere. Erraz ikus daiteke Einsteinen erlatibitatearen teoria Galileorenaren jarraipen bat dela. Behin Galileoren printzipioaren inguruan lan eginez gero eta hura ulertzera iritsiz gero, Einsteinen erlatibitatearen printzipioa ulertzea guztiz tribiala dela esan daiteke. Historikoki erlatibitatearen inguruan egin diren 3 lan garrantzitsu azpimarratu daitezke.

• Galileoren erlatibitate printzipioa.
• Einsteinen erlatibitate bereziaren printzipioa.
• Einsteinen erlatibitate orokorraren printzipioa.

Galileoren erlatibitate printzipioa

Erlatibitate printzipio galilearra mugimenduaren izaera erlatiboa aitortzea da. Galileo berak azaldu zuen ondoko hitz hauekin bere "Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo Tolemaico, e Coperniciano” lanean 1632. urtean:

Sar zaitez lagun batekin ontzi handi baten bizkar azpiko kabina nagusian, eta eraman euli, tximeleta eta beste izaki hegalari batzuk zurekin. Ur ontzi handi bat ere eraman ezazue arrain batzuekin; zintzilikatu tantaz tanta husten den botila azpian jarritako ontzi zabal batean. Ontzia pausagunean dagoenean, ikusi arretaz animaliek nola hegan egiten duten abiadura berdinarekin kabinaren alde guztietara. Arrainek axolagabe igeri egiten dute norabide guztietan; tantak beheko ontzira erortzen dira; eta, zure lagunari zerbait botatzean, ez duzu behar indar gehiagoren beharrik norabide batean botatzean edo bestean, distantziak berdinak badira. Gauza hauek guztiak arretaz behatu dituzunean (nahiz eta dudarik ez dagoen ontzia geldirik dagoenean, dena horrela gertatu behar dela),jar ezazue ontzia martxan, betiere higidura uniformea ​​bada eta gorabeherarik ez duen bitartean. Arestian aipatutako efektu guztietan ez dagoela aldaketarik txikiena ere ikusiko duzu, gainera efektu horietatik inondik ere ezingo duzu esan ontzia mugimenduan edo geldirik dagoen.

Gaur egun esperimentu bera egin dezakegu tximeleta edo saskibaloiko baloiekin itsasontzi batean, kotxean, trenean edo, hobeto esanda, abiadura konstantean dabilen edozein transportetan. Ikusi dugu sistema horietako bakoitza gure behaketetarako erreferentzia-esparru bat izango zela. Baloien eta tximeleten higidurak berdin mantentzeak erreferentzia-markoa abiadura konstantean mugitzen den ala ez kontuan hartu gabe adierazten du Newtonen higidura-legeak berdinak direla erreferentzia sistema guztientzat, beti ere hauek pausagunean edo abiadura uniforme batean higitzen badira. Ondorio hau da, Galileoren erlatibitatearen printzipioa hain zuzen ere. Era honetan idatz daiteke formalki:

Mekanikako lege guztiak berdinak dira edozein behatzailerentzat, hauek pausaguneko edo abiadura uniformean higitzen diren edozein erreferentzia sistematan badaude.

Mekanika Newtondarrean garrantzia handia du printzipio honek eta bereziki erreferentzia sistema inertzialen baliokidetasun-klaseak identifikatzea ahalbidetzen du.

Einsteinen erlatibitate bereziaren printzipioa

Bere aldaezintasunaren teoria formulatzean, Einsteinek egingo duena Galileoren aldaezintasuna hedatzea da, erlatibitate-printzipioa fisikako lege guztietan aplikatu behar dela adieraziz, hala nola, argia eta elektromagnetismoaren beste efektu batzuk arautzen dituzten legeetan, ez mekanikari bakarrik. Einsteinek printzipio hau bere teoriaren bi postulatuetako bat bezala erabili zuen, eta hortik atera zituen gero ondorioak dedukzioz.

Einsteinen erlatibitate printzipioa honela postulatu daiteke:

Fisikaren lege guztiak berdinak dira pausagunean edo abiadura erlatibo uniformez higitzen den erreferentzi sistema bakoitzeko behatzaile bakoitzarentzat. Horrek esan nahi du ez dagoela pausagunean edo abiadura uniformean higitzen den erreferentzi sistema izango den argitzen duen inolako esperimenturik.

Galileok postulaturikoarekin alderatuz, aldaketa bakarra mekanikako legeak idatzi beharrean fisikako legeak idazten dituela da. Aurreko erreferentzia sistemei, erreferentzia sistema inertzialak deritze. Erreferentzia sistema ez inertzialak ez dira sartzen aldaezintasunaren teoriaren zatian. Muga hori dela eta, teoriaren zati hau erlatibitatearen teoria berezia bezala ezagutzen da. Beraz, erreferentzia-marko inertzialetara mugatzen da, geldirik dauden edo elkarren arteko abiadura uniformez higitzen direnak. Printzipio hau Lorentzen kobariantzan oinarritzen da, non honen arabera bi behatzaileren koordenatuak Lorentzen transformatu batekin erlazionatu badaitezke, orduan bi behatzaileentzako modu berean idatziko dira edozein bi ekuazio zeinen magnitudeak Lorentzen kobariantzarekin erlazionatu daitezkeen.

Einsteinen erlatibitate orokorraren printzipioa

Erlatibitate orokorraren printzipioa aurreko ataleko erlatibitate bereziaren orokorpen bat da. Arestian esan dugun moduan erlatibitate berezian erreferentzia sistema inertzialak soilik sartzen dira. Honetan ordea erreferentzia sistema guztiak hartzen ditu kontuan. Horrela adieraz daiteke:

Kobariantza printzipioak edo erlatibitate printzipio orokorrak dio fisikaren legeek forma bera hartu behar dutela erreferentzia sistema guztietan, erreferentzia sistema inertzial zein erreferentzia sistema ez-inertzialetan.

Hau erlatibitate bereziaren printzipioaren orokortzea da. Kobariantza printzipioa da Einsteinek erlatibitate bereziaren teoria orokortzera eraman zuen motibazio nagusietako bat. Erlatibitatearen teoria berezia espazio lauko espazioaren eta denboraren arteko erlazioan oinarritzen da, eta ez dago efektu grabitatoriorik. Erlatibitatearen teoria orokorra espazio-denborazko kurbaduran oinarritzen da eta grabitatea kontuan hartzen du. Erlatibitatearen teoria berezia baino abstraktuagoa da.

Bibliografia

• Drake, S. Discoveries and Opinions of Galileo, Doubleday, New York, 1957.
• Drake, S. Galileo Galilei: Dialogue Concerning the Two Chief World Systems Ptolemaic and Copernican, University of California, Berkeley, 1953.