Historický úvod
předchozí - Obsah - další
Klasika - Galilei - Newton - Vznik a vývoj - Lorentz - Einstein

Vznik a vývoj teorie relativity

Teorie relativity stojí na pomezí klasické a současné fyziky. U jejího zrodu stojí problémy optiky v pohybujících se prostředích. Ty sovisely především s rychlostí světla a s představou, že jde o příčné postupné vlnění šířící se absolutně klidným vše prostupujícím světelným éterem, který je v podstatě realizací Newtonova absolutního prostoru. Nalezením rychlosti Země vůči tomuto éteru by byla určena její rychlost v absolutním prostoru. Za tímto účelem byla prováděna řada pokusů a měření, z nichž nejznámější je pokus navržený H. A. Lorentzem a H. Poincarém, který roku 1887 realizovali Michelson s Morleyem. Prováděli měření rychlosti světla vyslaného jednou ve směru a podruhé proti směru pohybu Země.  I přes mnohá opakování pokusu nezjistili pomocí interference světla žádný absolutní pohyb Země. Proto A. Einstein pojal tuto skutečnost do své teorie jako výchozí fakt:  rychlost světla ve vakuu je konstantní a nezávislá na pohybu zdroje či pozorovatele.

Problém samozřejmě řešila také elektrodynamika zabývající se i dalšími oblastmi elektromagnetického spektra. Opět se mylně předpokládá existence éteru, který je unášen pohybujícími se tělesy, a zároveň platnost Galileiho transformace i pro elektrodynamiku. Důsledky druhého předpokladu jsou však v rozporu s experimenty, včetně Michelsonova. V roce 1889 Fitzgerald a za tři roky také Lorentz objasnil záporný výsledek Michelsonova pokusu předpokladem, že při pohybu těles vzhledem k éteru se jejich podélné rozměry určitým způsobem zkrátí. Roku 1895 prozkoumal Lorentz vztah mezi pohybujícími se tělesy a éterem a dospěl ke svým transformačním vztahům. Tyto vztahy odvodil nezávisle roku 1900 J. Larmor. Termín Lorentzovy transformace zavedl Poincaré, který jako první vyslovil požadavek, že všechny fyzikální rovnice musí být invariantní vůči této transformaci. Formuloval také obecně princip relativity. Tím byly vytvořeny předpoklady pro vybudování teorie relativity.

Albert Einstein v roce 1905 založil speciální teorii relativity na dvou principech:

  1. na principu relativity
  2. na principu konstantní rychlosti světla

Ukázal aproximativní charakter Galileových transformací a nutnost nahradit je transformacemi Lorentzovými. Z toho odvodil matematickou cestou celou řadu překvapivých důsledků. Vybudoval tak novou mechaniku, pro niž je klasická Newtonova mechanika pouhou aproximací, použitelnou pro rychlosti malé vzhledem k rychlosti světla. Jeho teorie vymítila zavádějící pojem éteru. Po dvou letech zavedl H. Minkowski pojem čtyřrozměrného časoprostoru a novou formu zápisu veličin ve čtyřsložkovém tvaru. Sám A. Einstein provedl v roce 1915 zobecnění speciální teorie relativity respektující gravitaci i pohyb vzhledem k neinerciálním vztažným soustavám v obecné teorii relativity. Potvrzením speciální teorie relativity, především vztahu mezi hmotností a energií částice se zabýval F. W. Aston, který zjistil hodnotu hmotnostního defektu. Prodloužení doby života rychle se pohybujících částic při pozorování Dopplerova jevu zjistili H. E. Ives a G. R. Stillwell roku 1938 a totéž bylo zjištěno pro dobu života letících mezonů kosmického záření. Také obecná teorie relativity byla záhy po svém vzniku potvrzena některými jevy, především anomálií stáčení Merkurova perihelia. Teorie relativity se stala základem moderní fyziky.



Začátek stránky
předchozí - Obsah - další
Klasika - Galilei - Newton - Vznik a vývoj - Lorentz - Einstein

Speciální teorie relativity, Jaroslav Joch © 2000