Einstein časomerač

Autor: František Cudziš | 29.11.2016 o 2:00 | Karma článku: 1,50 | Prečítané:  397x

S trochou nadsázky možno o Einsteinovi povedať, že bol "majstrom šerosvitu vo fyzike": vo svojich myšlienkových experimentoch pozeral len tam, kam on chcel, a ukazoval len to, čo sa jemu hodilo.

    Vo svojom článku "Ako sa Einstein prerátal" (pozri: http://cudzis.blog.sme.sk/c/436336/ako-sa-einstein-preratal.html), som sa venoval Einsteinovmu názoru v myšlienkovom experimente o možnostiach vzájomného pohybu dvoch rakiet v inak prázdnom kozmickom priestore, s ktorým som sa oboznámil v knižôčke M. Gardnera "Teória relativity pre milióny" (ALFA, Bratislava 1969, str. 50).
    Hneď v ďalšom texte sa autor zaoberá Einsteinovým názorom na čas. Citujem:

    »Na jednoduché vysvetlenie svojej špeciálnej teórie (relativity - pozn. autora) predložil Einstein nasledovný myšlienkový experiment.
    "Predstavte si," hovoril, "pozorovateľa M stojaceho vedľa železničnej trate. V určitej vzdialenosti pozdĺž trate je bod A. V tej istej vzdialenosti proti smeru pohybu vlaku sa nachádza bod, ktorý označíme B. Blesk udrie vedľa železnice súčasne v bode A a v bode B. Pozorovateľ zistí, že tieto udalosti sa stali súčasne, pretože vidí dva blesky v tom istom časovom okamihu. Nachádza sa presne v strede medzi bleskami, a pretože svetlo sa šíri konštantnou rýchlosťou, usúdi, že blesky udreli súčasne v oboch bodoch.
    Teraz uvažujme takýto prípad.
    Keď udrú obidva blesky, vlak sa práve pohybuje veľkou rýchlosťou po trati v smere od bodu A k bodu B. V momente, keď sa zablyskne, pozorovateľ vo vlaku - označíme ho M´- je práve oproti pozorovateľovi M pri trati a pohybuje sa smerom k jednému z bleskov, vzďaľujúc sa od druhého blesku. Uvidí skôr blesk v bode B ako blesk v bode A. Pozorovateľ M´, ktorý sa nachádza vo vlaku, vie, že sa pohybuje a berie ohľad na rýchlosť svetla, ktorá je stála, urobí si uzáver, že oba blesky vznikli súčasne. Všetko je dosiaľ v poriadku.
    Ale podľa dvoch základných postulátov špeciálnej teórie (overených Michelsonovým-Morleyovým experimentom) (!) môžeme tak isto uvažovať, že vlak je v pokoji, zatiaľ čo sa Zem rýchlo pohybuje naspäť. Z tohto hľadiska pozorovateľ M´- vo vlaku - si urobí uzáver, že blesk v bode B skutočne vznikol skôr ako blesk v bode A, teda presne tak, ako ich pozoroval. Okrem toho vie, že sa nachádza práve v strede medzi dvoma bleskami, a pretože sa považuje za nepohyblivého, musí usúdiť, že blesk, ktorý uvidel ako prvý, vznikol skôr ako ten, ktorý uvidel ako druhý.
    Pozorovateľ M na Zemi musí súhlasiť. Pravda, videl blesky súčasne, ale teraz je v situácii, že musí uvažovať, ako keby sa pohyboval. Keď berie ohľad na rýchlosť svetla a na skutočnosť, že sa pohybuje smerom k blesku v bode A a vzďaľuje sa od blesku v bode B, dospeje k záveru, že blesk v bode B musel vzniknúť skôr.
    Pretože na otázku, či oba blesky vznikli súčasne, nemôžeme odpovedať absolútne presne, musíme ju uzavrieť. (!!) Odpoveď závisí od výberu súradnicového systému, pravda, ak sa dve udalosti vyskytnú súčasne a v tom istom bode, môžeme hovoriť, že sú súčasné absolútne. Keď sa zrazia dve lietadlá vo vzduchu, nejestvuje taký súradnicový systém, v ktorom by sa táto zrážka neodohrala súčasne. Čím väčšia je však vzdialenosť medzi dvoma dejmi, tým ťažšie sa rozhoduje o ich súčasnosti. (!!!) Musíme vedieť, že je to nie otázka schopnosti pozorovateľa pozorovať určitý stav hmoty.
    Nejestvuje absolútna poloha predmetu, rovnako ako niet absolútneho času vo vesmíre, pomocou ktorých by sa dali určiť deje prebiehajúce absolútne súčasne. Absolútna súčasnosť dejov, ktoré prebiehajú v rôznych bodoch priestoru, javí sa ako pojem bez významu.« Koniec citátu.
    Už mi je aj trochu trápne pýtať sa (nie prvý raz), v čom urobil Einstein chybu.
    V predposlednom odseku som označil tri momenty výkričníkmi v zátvorkách, aby som označil miesta, ku ktorým chcem stručne poznamenať toto. -
    (!) V texte sa čitateľovi bez okolkov podsúva, že obidva postuláty špeciálnej teórie relativity boli overené Michelsonovým-Morleyovým experimentom. Dovolím si spýtať sa, ako boli týmto - síce významným, ale experimentom s negatívnym výsledkom, ktorý zodpovedne nemožno nijako jednoznačne vyhodnotiť - overené? Toto vôbec nie je pravda. Kto má iný názor, nech o ňom dobre porozmýšľa.   
    (!!) Ďalej M. Gardner (alebo A. Einstein?) konštatuje - citujem: " Pretože na otázku, či oba blesky vznikli súčasne, nemôžeme odpovedať absolútne presne, musíme ju uzavrieť."
Tu sa len prosto dvakrát spýtam - po prvé: Prečo na danú otázku nemôžeme odpovedať "absolútne" presne?, a po druhé: Prečo ju (akože z "toho dôvodu") MUSÍME uzavrieť?
    Ja osobne takýmto tvrdeniam hovorím "slovné mosty", ktoré slúžia len nato, aby sa od háklivej otázky nenápadne - a tým "elegantne" - pokročilo ďalej, napríklad k problému, kde si je už autor určitých tvrdení viac istý. Isteže môžeme na danú otázku odpovedať "absolútne" presne, ale kvôli tomu treba pozorovanie experimentu upraviť, napríklad tým, že priebeh uvažovaných dejov pozoruje viac pozorovateľov ako len dvaja.
    (!!!) "Čím väčšia je však vzdialenosť medzi dvoma dejmi, tým ťažšie sa rozhoduje o ich súčasnosti."
    S týmto tvrdením možno v podstate súhlasiť, ale to nič nemení na skutočnosti, že principiálne je riešitelný aj ťažší problém.
    A teraz sa na tento myšlienkový experiment, ktorý je opísaný hádam v každom populárno-náučnom diele o špeciálnej teórii relativity, pozrime trochu dôslednejšie. Začnem však trochu zoširoka.

    V už spomenutom myšlienkovom experimente s pohybom rakiet M. Gardner (alebo A. Einstein?) tvrdil, že hovoriť o absolútnom pohybe jednej z kozmických lodí nemá význam. Reálne je iba jedno - relatívny pohyb, ktorým sa kozmické lode navzájom rovnomerne približujú alebo vzdialujú. Ale v článku "Ako sa Einstein prerátal" sa podarilo veľmi názorne ukázať, že pri troche trpezlivosti možno nájsť mnoho konkrétnych kombinácií objektívnych pohybov rakiet, "premietajúcich sa" do relatívnych pohybov lodí so žiadaným výsledkom.
    Prečo je tento myšlienkový experiment taký úsporný na reálne "rekvizity", ako sú napr. rakety?
    Ani druhý predložený myšlienkový experiment, tentoraz sa týkajúci súčasnosti, resp. nesúčasnosti dvoch dejov, nie je oveľa "zložitejší". - Máme tu železničné koľajnice, položené v danej krajine, a po nich uháňajúci vlak; okrem toho dvoch pozorovateľov (jedného pri trati, druhého vo vlaku) a dva blesky, udrúce na rôznych miestach do zeme, resp. do železničných koľají.
    O Rembrandtovi van Rijnovi (1606-1669), holandskom maliarovi a grafikovi, hovoria znalci výtvarného umenia ako o "majstrovi šerosvitu". Rembrandt vytvoril metódu šerosvitu, aby pomocou nej dokázal lepšie vyjadriť svoje umelecké zámery.
    S trochou nadsázky možno o Einsteinovi povedať, že je "majstrom šerosvitu vo fyzike": vo svojich myšlienkových experimentoch pozerá len tam, kam on chce, a ukazuje len to, čo sa jemu hodí. Navodí situácie, kde doslova skrblí s užitočnými informáciami pri ich popise a vytvára tak rafinované nejednoznačnosti, ku ktorým potom odrazu zaujme svoj osobitý postoj.
    Reálny svet je však podstatne zložitejší ako Einsteinove myšlienkové experimenty. Tu všetko so všetkým súvisí; ináč by svet (príroda) asi ani nemohol tak dokonale fungovať.
    Vo svojom "bleskovom experimente" Einstein považuje pohyb a priestor za absolútne. Ak sa pohybuje vlak, pohybuje sa absolútne voči nehybnej Zemi; a naopak. Ale, ktovie prečo, iné reálne pohyby (ako je rotačný pohyb Zeme) do svojho experimentu nezahŕňa. Ak by sa vlak pohyboval, napríklad rýchlosťou zvuku (cca 330 m/s, t.j. relatívne veľmi rýchlo) po koľajniciach vedúcich po zemskom rovníku, od bodu A k bodu B proti smeru rotácie Zeme (cca 460 m/s), situácia by bola pre obidvoch pozorovateľov diametrálne odlišná oproti pôvodným predpokladom. Vlak aj obidvaja pozorovatelia by sa totiž od oblasti úderu blesku v bode B - v obidvoch uvažovaných prípadoch - vzdialovali, a nie približovali. Blesk v oblasti bodu B by vždy musel udrieť skôr ako blesk v oblasti bodu A, aby mal pozorovateľ pri trati možnosť uvidieť ich súčasne.
    Odhliadnime však od rotácie Zeme a zamerajme sa radšej na iný moment problematiky. -
    Predstavme si v tomto Einsteinovom experimente naviac rovinu, kolmú na vlakovú trať a situovanú tak, že sa v nej neustále nachádza stanovisko pozorovateľa bleskov stojaceho pri trati. Okrem neho nech sa v danej rovine pohybuje ľubovoľné množstvo pozorovateľov, a to ľubovoľným pohybom (rovnomerným i nerovnomerným, priamočiarym i krivočiarym).
    Ak by bola pravda, že blesky v bodoch A i B na vlakovej trati udreli súčasne (alebo nesúčasne), uvideli by ich udrieť súčasne (alebo nesúčasne) všetci títo pozorovatelia, lebo by na svojich stanoviskách boli rovnako vzdialení od bodov A a B. Pravda, nepozorovali by údery údery bleskov všetci súčasne, ale v časoch, ktoré svetlo bleskov potrebuje na prekonanie vzdialenosti od železničnej trate k nim (do kozmického priestoru). Akékoľvek špekulatívne úvahy a korekčné výpočty pozorovateľov pri trati a vo vlaku by tým pádom boli bezpredmetné.
    Čo vlastne bránilo Einsteinovi pribrať do experimentu na pomoc ďalších pozorovateľov?
    Zrejme to, že potom by neostalo vonkoncom nič z jeho údajného problému posudzovania súčasnosti!
    M. Gardner (isto oduševnený Einsteinovým géniom) však pokračuje vo svojich úvahách o čase ďalej.
Na str. 55 tvrdí, že "nejestvuje absolútna poloha predmetu, rovnako ako niet absolútneho času vo vesmíre, pomocou ktorých by sa dali určiť deje prebiehajúce absolútne súčasne. Absolútna súčasnosť dejov, ktoré prebiehajú v rôznych bodoch priestoru, javí sa ako pojem bez významu."
    A znova sa stretávame s príbehom o zlomenej astronómovej nohe, dôverne známym z nespočetnej populárno-náučnej literatúry. Citujem. -

    »Radikálnosť takejto predstavy si môžeme overiť myšlienkovým experimentom, v ktorom sa skúmajú obrovské vzdialenosti a ohromné rýchlosti. Predpokladajme, že niekto na planéte X v inej časti našej galaxie sa pokúša nadviazať spojenie so Zemou.
    Vyšle rádiový signál. Tento je, pravda, elektromagnetickou vlnou šíriacou sa v priestore rýchlosťou svetla. Predpokladajme, že Zem a planéta X sú vzdialené na desať svetelných rokov. Dvanásť rokov predtým, ako rádioastronóm na zemi prijme signál z planéty X, je odmenený Nobelovou cenou. Špeciálna teória relativity nám dovolí tvrdiť bez akejkoľvek výhrady, že rádioastronóm prijal túto cenu prv, než bol vyslaný signál z planéty X.
    Desať minút po prijatí signálu astronóm kýchne. Špeciálna teória relativity dáva možnosť povedať, že podľa pozorovaní v ľubovoľnom inerciálnom súradnicovom systéme astronóm kýchol potom, ako bol vyslaný signál z planéty X.
    Predpokladajme teraz, že v určitom čase počas desaťročnej periódy, kým je rádiový signál na ceste k Zemi (povedzme tri roky predtým, ako bol prijatý), astronóm spadol zo svojho rádioteleskopu a zlomil si nohu. Špeciálna teória relativity nám nedovoľuje tvrdiť bez výhrad, že si zlomil nohu skôr alebo neskôr, ako bol vyslaný signál z planéty X.
    Príčina je nasledovná.
    (Nech jeden, - pozn. autora) pozorovateľ odletí z planéty X práve v tom čase, keď bol na Zem vysielaný signál a pohybuje sa vzhľadom na Zem malou rýchlosťou. Zistí (podľa svojho merania času), že si astronóm zlomil nohu potom, ako bol vyslaný signál z planéty X. Pravda, príde na Zem, ale dlho potom, ako bol prijatý signál, hádam po niekoľkých stáročiach. Keď však určí dátum, v ktorom bol signál vysielaný, podľa svojich hodín, bude to oveľa skôr ako dátum, v ktorom si astronóm zlomil nohu.
    Na druhej strane (nech) iný pozorovateľ, ktorý tiež štartuje z planéty X v čase vysielania signálu, ale pohybuje sa rýchlosťou blízkou rýchlosti svetla, zistí, že astronóm si zlomil nohu predtým, ako bol signál vyslaný z planéty X. Namiesto toho, aby strávil storočie svojím dlhým cestovaním, vykoná túto cestu povedzme o niečo dlhšie ako za desať rokov, ako vypočítali na Zemi. Keďže však čas plynie pomalšie na rýchlo sa pohybujúcej kozmickej lodi, bude sa zdať astronautovi na kozmickej lodi, že urobil svoj výlet iba za niekoľko mesiacov. Na Zemi mu budú hovoriť, že si astronóm zlomil nohu o niečo skôr, ako pred troma rokmi. Podľa astronautových hodín signál bol vysielaný z planéty X len pred niekoľkými mesiacmi. Urobí si uzáver, že astronóm si zlomil nohu niekoľko rokov predtým, ako bol vyslaný signál z planéty X.
    Keby však astronaut letel rýchlosťou svetla (pravda, to je len hypotéza, v skutočnosti to nie je možné), jeho hodiny by úplne zastali. Zdalo by sa, že let uskutočnil okamžite. Z jeho hľadiska by sa obidva deje - vysielanie a prijímanie signálu - odohrali súčasne. "Všetky" deje na Zemi počas desaťročnej periódy budú sa mu javiť tak, ako keby sa odohrali ešte predtým, ako sa vysielal signál. Ale v súhlase so špeciálnou teóriou relativity nejestvuje "význačný" súradnicový systém: to znamená, nemáme reálny dôvod uprednostňovať hľadisko jedného pozorovateľa pred druhým. Výpočty astronauta, ktorý sa rýchlo pohybuje, sú práve také zákonité a práve také "pravdivé" ako výpočty astronauta pohybujúceho sa pomaly. Nemáme univerzálny, absolútny čas, na ktorý by sme sa mohli odvolávať pri určovaní rozdielu medzi oboma pozorovaniami.
    Narušenie klasickej predstavy absolútnej súčasnosti je bezpochyby "najkrajším neočakávaným" aspektom špeciálnej teórie. (Výraz "najkrajší neočakávaný" je vypožičaný z poslednej prednášky o relativite fyzika Edwarda Tellera.) Newton považoval za samozrejmé, že univerzálny čas plynie v celom kozmickom priestore. Rovnako to predpokladal Lorentz a Poincaré. A práve to im zabránilo objaviť špeciálnu teóriu relativity ešte pred Einsteinom. Einsteinova geniálnosť mu umožnila pochopiť, že teóriu nemožno sformulovať vyčerpávajúcim spôsobom bez toho, aby sme sa vzdali predstavy o univerzálnom kozmickom čase.« Koniec citátu.
    No, nečudujem sa Poincarému, jednému z najvýznamnejších intelektuálov 19. storočia, ktorý sa poučil z triviálnej chyby svojho vlastného myšlienkového experimentu o nepostrehnutelnosti hypotetickej lineárnej rozmerovej zmeny reálneho sveta, že v otázke času zdieľal svoje stanovisko s Newtonom.
    Čudujem sa však Einsteinovi, že sa vôbec unúval s podobným "príbehom". Jemu zrejme išlo len o to, "udržať v hre" Lorentzove transformácie, ktorých akceptovanie deformuje chápanie objektívnej reality nepredstaviteľným, absurdným spôsobom.
    Nedajme na dojmy géniov, a uvažujme radšej sami. -
    Vychádzajme zo smerodatného predpokladu tohto myšlienkového experimentu, totiž, že vzdialenosť medzi Zemou a planétou X je desať svetelných rokov. Tento fakt je známy tak na Zemi ako aj na planéte X.
    Bez ohľadu na to, že astronautovi na superrýchlej kozmickej lodi z planéty X sa bude zdať, že urobil svoj výlet iba za niekoľko mesiacov, nemôže po prílete na Zem vychádzať (a už vôbec nie výlučne!) len z údajov svojich palubných hodín.
    V tom prípade by sa totiž schizofrenicky musel zmieriť s predstavou, že - na jednej strane - cestoval kratšie ako rádiový signál z planéty X na Zem, a - na strane druhej - pritom pomalšie ako svetlo, ktorému táto cesta objektívne trvá desať rokov. Veď aj Einstein priznáva, že "Namiesto toho, aby strávil storočie svojím dlhým cestovaním, vykoná túto cestu povedzme o niečo dlhšie ako za desať rokov...", hoci nepochopiteľne dodáva: "... ako vypočítali na Zemi."! Tento údaj však nevypočítali len na Zemi. - To isté mal totiž astronaut "vypočítané" ešte pred odletom z planéty X.
    A to je spor.
    Teda - ešte raz:
    Aj keď tento druhý astronaut letel na superrýchlej kozmickej lodi, štartujúc súčasne so signálom z planéty X, doletel na Zem až po tamojšom prijatí tohto signálu, teda neskôr ako za desať rokov. A to nie preto, že tak dobu jeho letu "vypočítali na Zemi", ale preto, že toľkoto objektívne let trval a s touto dobou letu bol uzrozumený už doma na planéte X.
    Ani si tento druhý astronaut neurobí uzáver o čase zlomenia astronómovej nohy podľa toho, čo mu o tom rozprávali po prílete na Zem a v porovnaní so svojimi palubnými hodinami.
    Teoreticky mohol astronaut tento, pre astronóma neblahý moment, kauzálne zaznamenať počas svojho letu v priebehu tých niekoľkých mesiacov svojho palubného času, keby dokázal zo svojej lode nepretržite pozorovať dianie na Zemi. Keby tak činil hneď od štartu z planéty X, počas letu k Zemi by mohol, v zrýchlenom slede, uvidieť dianie na Zemi už od času desať rokov pred svojím štartom. V čase štartu jeho rakety by totiž svetlo prinieslo na planétu X prvé informácie o Zemi, desať rokov staré; v čase príletu na Zem by však zaznamenával už aktuálne informácie.
    Zato pri nepretržitom pozorovaní planéty X by astronaut, počas svojho veľmi rýchleho letu k Zemi, naopak mohol sledovať iba časť kauzálneho diania na materskej planéte, a to vo veľmi spomalenom slede a iba za časové obdobie predstavujúce rozdiel medzi objektívnou dobou jeho letu a objektívnou dobou letu svetla na trase planéta X - Zem (t.j. oných desať rokov). Po prílete astronauta na Zem by sa preňho kauzálny sled informácií o dianí na planéte X, sprostredkovaný svetlom, zrýchlil na "normálnu" mieru, pretože - predpokladajme - Zem a planéta X by sa nachádzali (vzhľadom na seba) v pokoji (relatívnom). Tentoraz by astronaut vnímal desať rokov staré informácie o vlastnej domovine.
    
    Aj na tomto absurdnom príklade vidíme, že čas je z fyzikálneho hľadiska niečo iné, než to, o čom "básnil" Einstein, keď nám vo svojom "šerovidení" vnucoval "do výpočtov" tzv. palubný čas namiesto času, ktorý je objektívne potrebný na prekonanie konkrétnej  vzdialenosti pri danej rýchlosti.
    Čas je niečo, čo je v jednoznačnom podmieňujúcom vzťahu so vzdialenosťami v priestore, ktoré možno považovať za akýsi fyzikálny "invariant". Pre Einsteina to mohla - a mala byť - "samozrejmá" predstava, už vzhľadom na druhý postulát jeho všeobecnej teórie relativity.
    Je možné (a už aj experimentálne preukázané), že pri rýchlejšom pohybe telies prebiehajú v nich konkrétne fyzikálne procesy pomalšie ako pri ich pomalšom pohybe. Jedná sa však o nepatrné efekty, ktoré zapríčiňuje silová interakcia s vnútornou energiou týchto telies. V žiadnom prípade však nepripadá do úvahy, že by ich vlastný pohyb menil vlastnosti priestoru v ich bezprostrednom okolí v tom zmysle, že by nejakým spôsobom skracoval vzájomné vzdialenosti medzi existujúcimi telesami.
    Pochopenie fyzikálnej podstaty času umožňujú racionálne úvahy, ktoré som stručne načrtol vo svojej práci "Teória kozmodriftu" (pozri: http://kozmodrift.sk).    
 

    Do pozornosti stálym čitateľom mojich článkov:

    Vážení priatelia, v poslednej dobe dostávam do svoje e-mailovej schránky cufr@centrum.sk od facebooku zoznamy mien ľudí, ktorí by azda chceli so mnou komunikovať cez facebook. Za všetky ponuky na tento kontakt vám srdečne ďakujem, no (predbežne) zo - subjektívnych dôvodov - nechcem pobývať na facebooku, aj keď ponúka možnosť chatu. Preto každého, kto má záujem o nejaké doplňujúce informácie k mojim myšlienkam, alebo dokonca záujem o nejakú (aj jednorázovú) formu spolupráce so mnou, nateraz odkazujem na uvedený e-mailový kontakt. Dúfam, že vás to neurazí ani neodradí od vašich zámerov v súvislosti so mnou. Ďakujem vám za porozumenie.

 

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

Hlavné správy

SVET

Urážky, samochvála a bez plánu. Kam dovedie USA trumpizmus

Medzi republikánmi po týchto voľbách už neplatí konsenzus z Reaganovej éry, že strana by mala byť konzervatívna.

KOMENTÁRE

Štartuje nová éra Ameriky, Trump sa stáva prezidentom

Časť sveta sa bude s obavami prizerať, ako napĺňa volebný slogan.


Už ste čítali?