O zmysle pojmu « relativita » vo fyzike

Autor: Ctirad Klimčík | 21.6.2017 o 12:11 | Karma článku: 4,82 | Prečítané:  699x

Uvádzam tri úrovne porozumenia pojmu relativita, takže čitateľ si   nemusí prečítať článok až do konca, aby si z neho niečo odniesol.

Úroveň porozumenia 1 :

 

Obsah  vety « Bohatstvo  závisí od uhla pohľadu » sa dá  vyjadriť  aj  formuláciou  « Bohatstvo je relatívne ».  Oboje znamená, že inak bude vnímať pojem bohatstvo priemerný obyvateľ Lesotha a inak bežný Švajčiar. Vezmime si teraz  významovo  spresnené vyjadrenie  « Bohatstvo  závisí od uhla pohľadu  a  žiadny uhol  nie je význačnejší ako druhý».   To znamená, že nenadraďujeme vnímanie Švajčiara nad vnímanie Lesothčana alebo naopak. Ako to povieme stručnejšie ?  Fyzici to z historických dôvodov povedia rovnako ako predtým: « Bohatstvo  je relatívne», ale MYSLIA tým niečo viac ako predtým a to « viac » je  práve demokracia pre rôzne uhly pohľadu.  Pokiaľ nezasvätený laik toto nevie, úplne sa míňa pochopením toho, o čo vlastne ide v teórii relativity.

 

Úroveň porozumenia 2 :

 

Prejdime od pojmu « bohatstvo » k pojmu « pohyb ».  Ak povieme, že pohyb je relatívny, lebo napr. z nášho pohľadu Zem je v pokoji a Mesiac sa pohybuje a z pohľadu kozmonautov na Mesiaci je v pokoji Mesiac a Zem sa pohybuje, tak ešte nevystihneme tú relativitu, o ktorej hovoria fyzici.  Je tam ešte treba ošetriť   tú demokraciu uhlov pohľadu a to vyžaduje istú prípravnú diskusiu. Takže až do zrodu Einsteinovej VŠEOBECNEJ teórie relativity r. 1915 fyzici považovali isté uhly pohľadu ( tzv. inerciálne vzťažné sústavy) za lepšie ako iné a snažili sa formulovať fyzikálne zákony prednostne v tých  inerciálnych vzťažných sústavách.  Ak by tá inerciálna vzťažná sústava bola len jedna jediná, tak by pohyb nebol relatívny. Jednoducho by sme sa pozreli, či sa niečo pohybuje alebo nie v tej jednej jedinej správnej vzťažnej sústave a bolo by rozhodnuté, čo sa „naozaj“ hýbe a čo „naozaj“ stojí. Problém je v tom, že inerciálnych vzťažných sústav je viac a môžu sa jedna voči druhej pohybovať.  Fyzici potom tvrdia, že pohyb relatívny je a myslia tým to, že žiadna inerciálna sústava nie je lepšia ako druhá.  Ešte presnejšie, vedci  tvrdia, že v prírode platí tzv. princíp ŠPECIÁLNEJ relativity, ktorý znie takto krásne demokraticky: „Zákony prírody vyzerajú vo všetkých inerciálnych vzťažných sústavách rovnako“.  Poďme si teda ešte trochu osvetliť, čo sa tým myslí.

 

Predstavme si  kozmickú loď letiacu vo vesmíre a v jej vnútri laboratórium (loď má vypnuté motory, nulový celkový elektrický náboj atď.  takže ju považujeme za inerciálnu vzťažnú sústavu).  Vedci v laboratóriu robia rôzne experimenty a na ich základe formulujú zákony prírody.  Ak táto kozmická loď preletí okolo inej kozmickej lode (tá druhá loď má taktiež vypnuté motory) vedci v obidvoch lodiach si môžu vymeniť informácie o zákonoch prírody sformulovaných  v jednej aj v druhej lodi a zistia, že  tie zákony sú rovnaké.  To platí napriek tomu, že jedna loď sa pohybuje voči druhej,  a práve tá nemennosť zákonov nastoľuje demokraciu medzi navzájom sa pohybujúcimi loďami, ktorú má fyzik na mysli, keď povie „pohyb je relatívny“.  Znovu teda vidíme, že tá demokracia uhlov pohľadu je na celej veci najpodstatnejšia.

 

Úroveň porozumenia 3  sa skrýva v hlbšom pochopení toho, čo presne znamená « vymieňať si informácie »  o odpozorovaných zákonoch  v obidvoch lodiach.  Poďme sa na to pozrieť podrobnejšie :

V matematickom jazyku je zákon prírody získaný v lodi A vystihnutý istou rovnicou A,  v ktorej vystupujú veličiny merané v lodi A.   Rovnica A sa dá napísať aj pomocou veličín meraných v lodi B.  Ak vyzerá tak isto, ako rovnica B napísaná pomocou veličín B, povieme, že dotyčný zákon prírody  vyzerá v obidvoch vzťažných sústavách rovnako.   Takto sa napr. zistilo, že Newtonove zákony pohybu majú rovnaký tvar vo všetkých inerciálnych vzťažných sústavách.

Keď však v 19. storočí v  Maxwell brilantným spôsobom matematicky vystihol elektromagnetické javy, zdalo sa, že jeho  zákony elektromagnetizmu nemajú rovnaký tvar vo všetkých inerciálnych vzťažných sústavách. To sa niekedy interpretovalo tak, že princíp relativity nie je univerzálny, platí iba pre Newtonove zákony pohybu a neplatí pre elektromagnetické javy.

Einstein však prišiel r. 1905 s iným riešením. Háčik našiel v tom, ako sa prepisuje rovnica A pomocou veličín meraných v lodi B.  Starý spôsob prepisu (zvaný Galileova transformácia) nahradil novým (tzv. Lorentzova tranformácia), ktorý zabezpečoval, že rovnice elektromagnetizmu vyzerali vo všetkých inerciálnych sústavách rovnako.  S faktom, že pri novom spôsobe prepisu nemali naopak  staré dobré Newtove zákony pohybu rovnaký tvar sa vyrovnal ako skutočný génius : povedal, že tie zákony nie sú presné a  fungujú len pri rýchlostiach nízkych v porovnaní  s rýchlosťou svetla.  Ďalej vyšiel z predpokladu univerzálnosti  princípu relativity   a zmenil zákony mechanického pohybu na obraz elektromagnetických javov (Nie náhodou nazval svoj prevratný článok „O elektrodynamike pohybujúcich sa telies“)  tak, že pri rýchlostiach veľmi malých v porovnaní s rýchlosťou svetla sa jeho nová  lorentz-einsteinovská mechanika  stotožňovala s tou starou galileo-newtonovskou.  Tento  z matematického hľadiska vcelku jednonoduchý  prechod od Galileovej k Lorentzovej  transformácii otriasol ľudské chápanie základných pojmov ako hmotnosť, energia,  súčasnosť či  skladanie rýchlosti a viedol k celej plejáde „intuitívne nepochopiteľných“ javov, ktoré  naďalej vzrušujú  ľudových bádateľov, hoci sú poväčšine len  marginálnymi prejavmi toho, o čo v teórii relativity skutočne ide.

 

Páčil sa Vám tento článok? Pridajte si blogera medzi obľúbených a my Vám pošleme email keď napíše ďalší článok
Pridaj k obľúbeným

Hlavné správy

Prešovskú bytovku po výbuchu budú búrať. Je hrozbou pre okolie

Mesto a experti zvažujú spôsob aj rozsah.

Stĺpček Petra Schutza

Exodus rozumu z NAKA dosiahol level Sýria

U Lučanského zrejme pravá ruka nevie, čo robí ľavá.

Dobré ráno

Denný podcast: Zabil otca, ktorý týral celú rodinu

Čo hovorí príbeh Dávida o domácom násilí.


Už ste čítali?