ทฤษฎีสัมพัทธภาพ

ทฤษฎีสัมพัทธภาพ ครอบคลุมสองทฤษฎีของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์คือ ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษและทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป มโนทัศน์ที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพริเริ่มมีปริภูมิ-เวลาซึ่งเป็นเอนทิตีรวม (unified entity) ของปริภูมิและเวลา สัมพัทธภาพของความเป็นเวลาเดียวกัน (relativity of simultaneity) การเปลี่ยนขนาดของเวลาทางจลนศาสตร์และความโน้มถ่วง (kinematic and gravitational time dilation) และการหดตัวของความยาว (length contraction)

การฉายสองมิติของแนวเทียบสามมิติของความโค้งปริภูมิ-เวลาที่อธิบายในสัมพัทธภาพทั่วไป

ทฤษฎีสัมพัทธภาพเปลี่ยนแปลงฟิสิกส์ทฤษฎีและดาราศาสตร์ระหว่างคริสต์ศตวรรษที่ 20 เมื่อพิมพ์ครั้งแรก สัมพัทธภาพเข้าแทนที่ทฤษฎีกลศาสตร์อายุ 200 ปีที่ไอแซก นิวตันเป็นผู้ประดิษฐ์หลัก ในสาขาฟิสิกส์ สัมพัทธภาพพัฒนาวิทยาศาสตร์ของอนุภาคมูลฐานและอันตรกิริยามูลฐานของพวกมัน ร่วมกับการก้าวสู่ยุคนิวเคลียร์ ด้วยสัมพัทธภาพ จักรวาลวิทยาและฟิสิกส์ดาราศาสตร์ทำนายปรากฏการณ์ดาราศาสตร์พิเศษอย่างดาวนิวตรอน หลุมดำและคลื่นความโน้มถ่วง

ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษและทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเชื่อมโยงกัน ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษใช้กับปรากฏการณ์กายภาพทั้งหมดยกเว้นความโน้มถ่วง ทฤษฎีทั่วไปให้กฎความโน้มถ่วง และความสัมพันธ์กับแรงอื่นของธรรมชาติ

สัมพัทธภาพพิเศษ

ดูบทความหลักที่: ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ

ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ ได้รับการแนะนำเป็นครั้งแรก ในผลงานวิจัยของไอน์สไตน์เมื่อปี พ.ศ. 2448 (ค.ศ. 1905) เรื่อง "พลศาสตร์ทางไฟฟ้าของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่" (On the Electrodynamics of Moving Bodies) ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ แสดงให้เห็นว่าผู้สังเกตที่อยู่ในกรอบอ้างอิงเฉื่อยที่กำลังเคลื่อนที่สัมพัทธ์กันด้วยอัตราเร็วคงที่นั้น จะไม่สามารถทำการทดลองใดๆ เพื่อหาว่าผู้สังเกตคนใดมี "การเคลื่อนที่สัมบูรณ์" ทฤษฎีนี้มีสมมุติฐานดังนี้

1. อัตราเร็วแสงในสุญญากาศนั้นจะมีค่าเท่ากันสำหรับผู้สังเกตทุกคน
2. กฎทางฟิสิกส์ไม่แปรเปลี่ยนภายใต้การแปลงกรอบอ้างอิงเฉื่อย

จากทฤษฎีนี้ ไอน์สไตน์ค้นพบผลลัพธ์ที่น่าสนใจหลายอย่างในกรณีการเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วใกล้อัตราเร็วแสง ซึ่งขัดกับสามัญสำนึกของมนุษย์ทั่วไป

สัมพัทธภาพทั่วไป

ดูบทความหลักที่: ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป และ บทนำทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

ไอน์สไตน์ตีพิมพ์ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ในปี พ.ศ. 2459 (ค.ศ. 1916) (นำเสนอเป็นปาฐกถาในสถาบันวิทยาศาสตร์รัสเซียเมื่อวันที่ 15 พฤศจิกายน พ.ศ. 2458) อย่างไรก็ตาม ดาวิท ฮิลเบิร์ท นักคณิตศาสตร์ชาวเยอรมัน เคยเขียนและนำเสนอสมการคล้ายคลึงกันก่อนหน้าไอน์สไตน์ แต่ไม่ได้หมายความว่าเป็นการคัดลอกกันแต่อย่างใด กล่าวได้ว่าทั้งสองต่างเป็นผู้ให้กำเนิดทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปร่วมกัน

ทฤษฎีนี้กล่าวถึงสมการหนึ่งที่มาแทนที่กฎแรงโน้มถ่วงของนิวตัน ใช้เรขาคณิตเชิงอนุพันธ์และเทนเซอร์ในการอธิบายความโน้มถ่วง แสดงให้เห็นว่าผู้สังเกตทุกคนเหมือนกันไม่ว่าจะเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วคงที่หรือไม่ กฎของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเหมือนกันสำหรับผู้สังเกตทุกคน แม้ว่าผู้สังเกตแต่ละคนเคลื่อนที่ด้วยความเร่งเมื่อเทียบกับผู้สังเกตคนอื่น ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ความโน้มถ่วงไม่ได้เป็นแรง (อย่างในกฎความโน้มถ่วงของนิวตัน) อีกต่อไป แต่เป็นผลจากการโค้งของปริภูมิ-เวลา (spacetime หรืออาจแปลว่าปริภูมิก็ได้) ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเป็นทฤษฎีเชิงเรขาคณิตที่ถือหลักว่ามวลและพลังงานทำให้เกิดการโค้งงอของปริภูมิ-เวลา และการโค้งนี้ส่งผลต่อเส้นทางการเคลื่อนที่ของอนุภาคอิสระรวมทั้งแสง

อ้างอิง

1. Will, Clifford M (August 1, 2010). "Relativity". Grolier Multimedia Encyclopedia. สืบค้นเมื่อ 2010-08-01.
2. Will, Clifford M (August 1, 2010). "Space-Time Continuum". Grolier Multimedia Encyclopedia. สืบค้นเมื่อ 2010-08-01.
3. Will, Clifford M (August 1, 2010). "Fitzgerald–Lorentz contraction". Grolier Multimedia Encyclopedia. สืบค้นเมื่อ 2010-08-01.
4. Einstein, Albert (November 28, 1919). "Time, Space, and Gravitation" . The Times.

หนังสืออ่านเพิ่ม

• Bergmann, Peter G. (1976). Introduction to the Theory of Relativity. Dover Publications. ISBN 0-486-63282-2.

แหล่งข้อมูลอื่น

 

วิกิตำรา มีคู่มือ ตำรา หรือวิธีการเกี่ยวกับ:
ทฤษฎีสัมพัทธภาพ

• Living Reviews in Relativity — An open access, peer-referred, solely online physics journal publishing invited reviews covering all areas of relativity research.
• Reflections on Relativity — A complete online course on Relativity.
• Relativity explained in words of four letters or less
• Briefing on Einstein's Theory of Relativity — A terse dose of insight on the subject.
• On the Electrodynamics of Moving Bodies
• Special Relativity Simulator
• A Relativity Tutorial at Caltech — A basic introduction to concepts of Special and General Relativity, as well as astrophysics.
• Relativity Gravity and Cosmology — A short course offered at MIT.
• Relativity in film clips and animations from the University of New South Wales.
• Relativity