Maailmataju 1

1.2.2 Üldrelatiivsusteooria
1.2.2.1 Sissejuhatus
Albert Einstein lõi üldrelatiivsusteooria peaaegu kümme aastat pärast erirelatiivsusteooria loomist.
Ta üldistas seda mis tahes taustsüsteemidele, sest erirelatiivsusteoorias käsitleti ainult inertsiaalseid
taustsüsteeme. Kuid üldrelatiivsusteoorias võetakse arvesse ka mitteinertsiaalseid taustsüsteeme.
Need on kiirendusega liikuvad süsteemid. Seepärast teooria üldisem ongi. Gravitatsioonijõu
mõjul liiguvad gravitatsiooniväljas vabad kehad kiirendusega. Üldrelatiivsusteooria on seepärast
relativistlik gravitatsioonivälja teooria.
Gravitatsioonijõu ja inertsijõu vahel ei ole mingisugust vahet. Sellisele ekvivalentsuseprintsiibile
ongi üles ehitatud kogu üldrelatiivsusteooria. Sellist printsiipi tõestavad kõik eksperimentaalsed
katsed, mis näitavad raske ja inertse massi samasust. Need on võrdsed. Seega gravitatsioonivälja on
võimalik asendada inertsijõudude väljaga.
Kiirenevalt liikuvate süsteemide matemaatilisel kirjeldamisel jõutakse välja mittehomogeense
ruumi mõisteni. Massiivsete kehade ümber muutub ruum kõveraks. Seal hakkavad vabad kehad liikuma
kiirendusega. Sellega seletataksegi gravitatsiooni. Kõveras ruumis on vaba keha kiirendusega
liikumine niisama iseenesest mõistetav nähtus nagu ühtlane sirgjooneline liikumine „sirges“ ehk
eukleidilises ruumis.
1.2.2.2 Inertne mass ja raske mass
Erirelatiivsusteooriast on teada seda, et mida suurem on kehal liikumiskiirus, seda enam aeg ja
ruum teisenevad. Kuid keha liikumiskiiruse suurenemisega suureneb tema kineetiline energia.
Kineetiline energia on seotud keha liikumisega. Kuid füüsikast on teada seda, et keha energia
suurenemisel suureneb ka tema mass. Näiteks kuuma veega pang on ikka raskem kui külma veega
pang. Erirelatiivsusteooria õpetab meile seda, et energia ja mass on ekvivalentsed suurused. See
tähendab seda, et ühe teguri muutudes peab muutuma ka teine tegur. Kuid ainult välise välja suhtes
oleva keha potentsiaalse energia muutudes keha mass ei muutu. Keha kineetilise energia
suurenemisega suureneb keha liikumiskiirus ja ka keha mass. Ka keha mass on seotud keha
liikumiskiirusega. Kui keha liikumiskiirus läheneb valguse kiirusele vaakumis, siis hakkavad aeg ja
ruum teisenema. Kuid see tähendab ka seda, et aegruum peab teisenema ka siis, kui suureneb ainult
keha mass, mitte enam keha kineetiline energia. Selles seisnebki see raske massi ja inertse massi
võrdsuse järeldus aegruumi teisenemise kohta. See tähendab sisuliselt seda, et kui liikuv mass on
suuteline mõjutada aegruumi, siis peab seda suutma ka paigalolev mass. Sellepärast, et mõlemal
korral suureneb keha mass ja aegruumi teisenemine on seotud just igasuguse massi ( ja ka energia )
suurenemisega.
Nii Newtoni teises seaduses kui ka Newtoni gravitatsiooniseaduses on olemas mass. Mass on
keha inertsuse mõõduks – nii on see Newtoni teises seaduses, kuid massil on ka külgetõmbe
omadus – see seisneb Newtoni gravitatsiooniseaduses. Kuid kas raske mass ja inertne mass on siis
üks ja sama?
Newtoni gravitatsiooniseadus on teatavasti aga järgmine ( Maa raskusjõu korral ):
kus keha raske mass on m g , Maa raske mass on M M ja Maa raadius on R M . Gravitatsioonijõu
mõjul saab keha kiirenduse a, kuid mitte raskuskiirenduse ( ehk g ). Selline keha kiirendus peab
63