Ostatnia aktualizacja artyku│u: 16.3.2001

TEORIA WZGL╩DNOîCI

W£r≤d najwiΩkszych fizyk≤w w dziejach ludzko£ci, znaleƒli by siΩ zapewne: Gaileusz, Newton oraz Einstein. TeoriΩ Newtona znamy doskonale ze szko│y, Gaileusza nieco mniej, ale zapewne ka┐dy s│ysza│ o jego odkryciach. Niema chyba cz│owieka kt≤ry nie s│ysza│ by o Einsteinie, s╣ natomiast setki ludzi kt≤rzy nie maj╣ zielonego pojΩcia co on dokona│, a wszystko przez to ┐e nie przeczytali tego artyku│u :-)

Ludzie od dawna interesowali siΩ teori╣ £wiat│a. Niegdy£ my£lano, ┐e £wiat│o porusza siΩ z niesko±czenie du┐╣ prΩdko£ci╣, oraz, ┐e wysy│ane jest z naszych oczu. Uwa┐ano tak poniewa┐ gdy spojrza│o siΩ w niebo, gwiazdy pojawia│y siΩ natychmiast, nie by│o trzeba czekaµ a┐ £wiat│o pokona drogΩ od naszych oczu do cia│a niebieskiego i z powrotem. Dopiero (a mo┐e ju┐) w 1676 r. m│ody du±ski astronom Ole Roemer udowodni│, ┐e £wiat│o porusza siΩ ze sko±czon╣ prΩdko£ci╣. Zauwa┐y│, ┐e podczas obserwacji zaµmie± ksiΩ┐yc≤w Jowisza, zaµmienia te nie zachodz╣ regularnie. Zachodz╣ 16 minut p≤ƒniej gdy Ziemia jest po drugiej stronie s│o±ca wzglΩdem Jowisza, ni┐ gdy Ziemia jest po tej samej stronie S│o±ca co Jowisz. Doszed│ do wniosku, ┐e gdy Ziemia jest po drugiej stronie S│o±ca, promienie £wietlne potrzebuj╣ 16 min. wiΩcej czasu aby dolecieµ do Ziemi, ni┐ gdy Ziemia jest po tej samej stronie S│o±ca (a wiΩc i bli┐ej) co Jowisz. Pierwszego obliczenia prΩdko£ci £wiat│a dokona│ holenderski fizyk Christian Huyghenson, i wynik jaki otrzyma│ wynosi│ 200 000 km/s . Pomyli│ sie wiΩc o 100 000 km/s (prΩdko£µ £wiat│a w pr≤┐ni wynosi ok. 300 000 km/s), lecz i tak prΩdko£µ 200 000 km/s wydawa│a siΩ ludziom tak niewyobra┐alna, ┐e niekt≤rzy nie chcieli uwierzyµ.

Kiedy ludzie doszli do wniosku, ┐e £wiat│o jest fal╣, pojawi│a siΩ du┐a w╣tpliwo£µ - fala musi siΩ w czym£ rozchodziµ! By│o to dla ludzi oczywiste, ┐e tak jak dƒwiΩk rozchodzi siΩ w powietrzu, tak fala £wietlna potrzebuje jakiego£ o£rodka, w kt≤rym bΩdzie mog│a siΩ poruszaµ. O£rodek ten nazwano "ETEREM". Ludzie uwa┐ali, ┐e eter wype│nia ca│╣ przestrze±. Skoro teoria eteru by│a ju┐ gotowa, wypada│o by jeszcze ten eter odkryµ. Przestrze± wype│niona jest przez eter, a Ziemia porusza siΩ w przestrzeni, wiΩc Ziemia musi poruszaµ siΩ w eterze.

W takim razie, podczas ruchu Ziemi w eterze, powinni£my dostrzegaµ jakie£ zmiany prΩdko£ci £wiat│a. Zmierzono wiΩc prΩdko£µ wi╣zki £wiat│a zgodnie z kierunkiem ruchu Ziemi, i "pod pr╣d" ruchu Ziemi w eterze. Po wykonaniu do£wiadczenia, prΩdko£µ £wiat│a by│a jednakowa w obu kierunkach. Do£wiadczenie powtarzano dziesi╣tki razy, zwiΩkszaj╣c czu│o£µ urz╣dze±, lecz nie uda│o siΩ wykryµ ruchu Ziemi w eterze. Powsta│y liczne teorie wyja£niaj╣ce wyniki do£wiadcze±, lecz ┐adna nie by│a pewna. Ludzie nie potrafili rozwi╣zaµ tego problemu, i wtedy pojawi│ siΩ Einstein...

SZCZEG╙LNA TEORIA WZGL╩DNOîCI:

Do stworzenia szczeg≤lnej teorii wzglΩdno£ci, natchnΩ│a Einsteina pewna my£l, kt≤ra przysz│a mu po raz pierwszy do g│owy w wieku 16 lat. Ot≤┐ co zobaczy│ by, cz│owiek gdyby w statku lec╣cym z prΩdko£ci╣ £wiat│a, przejrza│ siΩ w lustrze? Odpowiedƒ na to pytanie znalaz│ po 10 latach oblicze± i do£wiadcze± my£lowych.

Einstein poda│ dwa postulaty maj╣ce zastosowanie we wszystkich uk│adach odniesienia:

Prawa fizyki s╣ niezmienne we wszystkich inercyjnych uk│adach odniesienia. PrΩdko£µ £wiat│a w pr≤┐ni jest taka sama we wszystkich inercyjnych uk│adach odniesienia, niezale┐nie od prΩdko£ci ƒr≤d│a, lub detektora £wiat│a. Co to oznacza? Pierwszy paragraf oznacza, i┐ wszΩdzie prawa fizyki s╣ takie same, oraz, ┐e istnieje zasada wzglΩdno£ci. Drugi paragraf m≤wi o sta│o£ci i niezmienno£ci prΩdko£ci £wiat│a, oraz o niemo┐liwo£ci wyznaczenia ruchu bezwlglΩdnego.

Oto jego nastΩpny zbi≤r twierdze±:

Stacjonarny obserwator spogl╣daj╣cy na poruszaj╣cy siΩ uk│ad bΩdzie widzia│, ┐e zdarzenia zachodz╣ce w tym uk│adzie w tym samym miejscu w r≤┐nych chwilach, zachodz╣ w r≤┐nych miejscach w uk│adzie stacjonarnym. Stacjonarny obserwator spogl╣daj╣cy na poruszaj╣cy siΩ uk│ad bΩdzie widzia│, ┐e zdarzenia zachodz╣ce w tym uk│adzie w tej samej chwili w r≤┐nych miejscach, zachodz╣ w r≤┐nych chwilach w uk│adzie stacjonarnym. Stacjonarny obserwator spogl╣daj╣cy na poruszaj╣cy siΩ uk│ad bΩdzie widzia│, ┐e zdarzenia zachodz╣ce w tym uk│adzie w tej samej chwili w tym samym miejscu zachodz╣ w tej samej chwili w tym samym miejscu w uk│adzie stacjonarnym Teraz muszΩ przet│umaczyµ to na "jΩzyk polski":-) A wiΩc tak:

Je┐eli stacjonarny obserwator, czyli np. Ty usi╣dziesz sobie z krzese│kiem przy autostradzie i bΩdziesz obserwowaµ jad╣ce samochody, i w jakim£ pΩdz╣cym samochodzie gdy ten przeje┐d┐a│ akurat obok znaku drogowego dziecko siedz╣ce na tylnym siedzeniu upu£ci│o zabawkΩ, a gdy samoch≤d przejecha│ 30 m. Dziecko schyli│o siΩ i zabawkΩ podnios│o to Ty obserwujesz ┐e: obok znaku drogowego zabawka spad│a, a chwile p≤ƒniej po 30 m. zosta│a podniesiona. Natomiast matka dziecka widzi, ┐e zabawka spad│a z tylnego siedzenia, i po chwili dziecko podnios│o zabawkΩ - matka zaobserwuje, ┐e wszystko dzia│o siΩ w tym samym miejscu w r≤┐nych chwilach, natomiast Ty, ┐e w r≤┐nych chwilach, w r≤┐nych miejscach - jest wiΩc to pojΩcie wzglΩdne Ten paragraf jest trudniejszy do zrozumienia, bo praktycznie jest niemo┐liwy do zaobserwowania. Je┐eli w tym samym samochodzie o kt≤rym mowa by│a powy┐ej, zamiast dziecka i mamy, byli: policjant i z│odziej, oraz gdyby policjant i z│odziej celowali do siebie pistoletami, i gdyby nagle obaj jednocze£nie strzelili Ty obserwujesz ┐e: Strza│y nast╣pi│y jeden po drugim - nie jednocze£nie, natomiast kierowca widzi, ┐e strza│y nast╣pi│y jednocze£nie! Ma to zwi╣zek z dylaktacj╣ czasu, ale o tym p≤ƒniej... Ten przypadek jest najprostszy: tak jak w pierwszym przypadku dziecko upuszcza zabawkΩ gdy samoch≤d jest ko│o znaku drogowego. Matka widzi, ┐e w tej samej chwili, w tym samym miejscu zabawka wypada dziecku z r╣k na pod│ogΩ samochodu, natomiast Ty widzisz, ┐e w tej samej chwili w tym samym miejscu zabawka wypada dziecku z r╣k ko│o znaku drogowego. Z tego wszystkiego wynika, ┐e:

*zegary znajduj╣ce siΩ w ruchu chodz╣ wolniej (prΩdko£µ spowalnia czas)

Oznacza to, ┐e cia│o znajduj╣ce siΩ w ruchu doznaje spowolnienia czasu. Znany jest tzw. "Paradoks Bliƒni╣t" - gdyby jeden z dw≤ch braci bliƒniak≤w, uda│ siΩ w 20 letni╣ podr≤┐ kosmiczn╣ z prΩdko£ci╣ blisk╣ prΩdko£ci £wiat│a, po powrocie okaza│o by siΩ, ┐e brat kt≤ry znajdowa│ siΩ na Ziemi jest znacznie starszy od tego kt≤ry podr≤┐owa│. W ten spos≤b da│o by siΩ zbudowaµ wehiku│ czasu, kt≤re przenosi│o by nas w przysz│o£µ (tylko ┐e nie da│o by siΩ wr≤ciµ:-( ) Wsiadamy do rakiety, kt≤ra podr≤┐uje z prΩdko£ci╣ blisk╣ £wietlnej, i po np. 5 latach(lub sekundach) na statku, na Ziemi up│ynΩ│o 5 000 lat.

*prΩdko£ci nie ulegaj╣ sumowaniu

Jak prΩdko£µ £wiat│a mo┐e byµ maksymaln╣ i nie przekraczaln╣ barier╣ prΩdko£ci? Prosty przyk│ad: "Podr≤┐uje poci╣giem z 3/4prΩdko£ci £wiat│a wzglΩdem Ziemi, strzelam z pistoletu, zgodnie z kierunkiem ruchu poci╣gu, pociskiem kt≤ry leci z prΩdko£ci╣ 3/4 prΩdko£ci £wiat│a wzglΩdem poci╣gu." PrΩdko£µ poci╣gu (A) i prΩdko£µ kuli (B), wiΩc suma prΩdko£ci pocisku wzglΩdem Ziemi wynosi A+B czyli "3/4 + 3/4 = 1.5" prΩdko£ci £wiat│a, czyli pocisk przekroczy│ prΩdko£µ £wiat│a !!! Wszystko by by│o wporz╣dku, gdyby nie to, ┐e prΩdko£ci nie ulegaj╣ sumowaniu. Wz≤r na dodawanie prΩdko£ci

jest taki " (A+B)/(1+AB/c*c) " {c - prΩdko£µ £wiat│a w pr≤┐ni} po podstawieniu wyjdzie, ┐e prΩdko£µ kuli nie osi╣gnΩ│a nawet prΩdko£ci £wiat│a .

*poruszaj╣ce siΩ cia│a wa┐╣ wiΩcej

Cia│a znajduj╣ce siΩ w ruchu staj╣ siΩ ciΩ┐sze! Wraz z prΩdko£ci╣ ro£nie masa cia│a. Gdy cia│o chce osi╣gn╣µ prΩdko£µ £wiat│a, nie mo┐e tego zrobiµ, poniewa┐ wa┐y ju┐ tyle, ┐e potrzeba by niesko±czenie wiele energii aby je przyspieszyµ (przy prΩdko£ci £wiat│a wa┐y ju┐ niesko±czenie du┐o).

*poruszaj╣ce siΩ cia│a doznaj╣ skrucenia d│ugo£ci

Poci╣g poruszaj╣cy siΩ z 1/2 prΩdko£ci £wiat│a, wydawa│ by siΩ kr≤tszy! Pojawiaj╣ siΩ tutaj pewne paradoksy... Prosty przyk│ad: "Jest poci╣g o d│. 100 m. i gara┐ dla poci╣g≤w o d│. 150 m. Poci╣g porusza siΩ z tak╣ prΩdko£ci╣, ┐e jest on o po│owΩ kr≤tszy. Obserwator stoj╣cy na Ziemi, widzi ┐e poci╣g ma 50 m. a gara┐ 150 m. wiΩc bez problemu wmie£ci siΩ do gara┐u. Natomiast maszynista widzi, ┐e gara┐ jest o po│owΩ kr≤tszy i ma 75 m. a poci╣g 100 m. " Pytanie: Poci╣g zmie£ci siΩ do gara┐u czy nie?' Jak kto£ znalaz│ odpowiedƒ niech napisze na maila :-) Zreszt╣ pytanie to nie ma ┐adnego znaczenia...

*grawitacja spowalnia czas

Tak, grawitacja spowalnia czas!!! Na Ziemi jest to zjawisko nie widoczne, da siΩ je zmierzyµ za pomoc╣ zegar≤w atomowych znajduj╣cych siΩ na r≤┐nych wysoko£ciach... Wyobraƒmy sobie jednak cywilizacjΩ zamieszkuj╣c╣ gwiazdΩ neutronow╣. (Gwiazda neutronowa powstaje w ko±cowym stadium ┐ycia gwiazdy. Gdy du┐a gwiazda traci stabilno£µ wskutek wyczerpania zapas≤w paliwa niezbΩdnego do przeprowadzania reakcji termoj╣drowych, i zapadnie siΩ do wielko£ci ok. 10 km. w≤wczas mamy do czynienia z gwiazd╣ neutronow╣. GΩsto£µ takiej gwiazdy jest b. du┐a. úy┐eczka jej materii wa┐y│a by na Ziemi kilkaset milion≤w ton !!! Na takiej gwieƒdzie jest wiΩc b. du┐e przyci╣ganie grawitacyjne.) Gwiazda neutronowa ma dostatecznie du┐e pole grawitacyje aby zauwa┐yµ spowolnienie czasu przez dzia│anie tej si│y. Patrz╣c np. z Ziemi na mieszka±c≤w takiej gwiazdy, wydawa│o by siΩ nam, ┐e oni robi╣ wszystko strasznie powoli. Oni my£leli by ┐e wszystko robi╣ normalnie szybko (bo tak jest). Mieli by problem w wie┐owcach. Gdyby wdrapali siΩ na szczyt wie┐owca, tam grawitacja by│a by nieco s│absza, wiΩc musieli by zale┐nie od wysoko£ci ci╣gle nakrΩcaµ zegarki na inn╣ godzinΩ.

ale o tym p≤ƒniej... W dalszej czΩ£ci artyku│u opiszΩ dlaczego tak siΩ dzieje. Napisa│em to ┐eby Was zachΩciµ do dalszego czytania, chyba ka┐dy jest ciekawy dlaczego przy du┐ych prΩdko£ciach dziej╣ siΩ takie "dziwne rzeczy" :-)))

PrΩdko£µ spowalnia czas! Je┐eli przyjmiemy, ┐e prΩdko£µ £wiat│a jest taka sama dla ka┐dego punktu odniesienia, w≤wczas byµ tak musi. Do£wiadczenie my£lowe: Je┐eli umie£cimy dwa r≤wnoleg│e zwierciad│a w odleg│o£ci 150 000 km. od siebie, to £wiat│o chc╣c pokonaµ drogΩ pomiΩdzy jednym zwierciad│em a drugim, a nastΩpnie odbiµ siΩ od tego zwierciad│a i powr≤ciµ potrzebuje 1 s. (poruszaj╣c siΩ 300 000 km/s). Tak╣ sytuacje pokazuje rysunek 'a'. Sprawy zaczynaj╣ siΩ z lekka komplikowaµ, gdy taki uk│ad znajduje siΩ w ruchu. Gdy uk│ad ten porusza siΩ 1/2 prΩdko£ci £wiat│a, w≤wczas £wiat│o potrzebuje wiΩcej czasu aby pokonaµ drogΩ od jednego zwierciad│a do drugiego. Dzieje siΩ tak poniewa┐, gdy uk│ad taki siΩ porusza z 1/2 prΩdko£ci £wiat│a, a jak wiadomo £wiat│o porusza siΩ z tak╣ sam╣ prΩdko£ci╣, niezale┐nie od uk│adu odniesienia, to £wiat│o musi pokonaµ wiΩksz╣ drogΩ ni┐ pomiΩdzy dwoma zwierciad│ami gdy te znajduj╣ siΩ w spoczynku. îwiat│o nie tylko porusza siΩ pomiΩdzy dwoma zwierciad│ami, ale r≤wnie┐ wraz z ca│ym uk│adem porusza siΩ w przestrzeni, wiΩc pokonuje wiΩksz╣ drogΩ, wiΩc potrzebuje wiΩcej czasu, aby drogΩ t╣ pokonaµ. Je┐eli potrzebuje wiΩcej czasu a £wiat│o musi ci╣gle poruszaµ siΩ z t╣ sam╣ prΩdko£ci╣, to mamy do czynienia z dylaktacj╣ czasu czyli spowolnieniem czasu. Dla obserwatora znajduj╣cego siΩ w takim uk│adzie wszystko jest w porz╣dku, poniewa┐ uk│ad ten nie porusza siΩ wzglΩdem niego. îwiat│o wiΩc pokonuje wzglΩdem niego tylko odleg│o£µ pomiΩdzy dwoma zwierciad│ami. Obserwator ten my£li (i ma racjΩ) ┐e czas p│ynie normalnie. Pokazuje to rysunek b). Szczeg≤lna teoria wzglΩdno£ci, obali│a teoriΩ o bezwzglΩdnym czasie. Nie ma bezwzglΩdnego czasu, dla ka┐dego czas p│ynie inaczej! Nie mo┐na te┐ powiedzieµ, kt≤ry z obserwator≤w porusza siΩ naprawdΩ. Musimy wybraµ punkt odniesienia. Dla obserwatora znajduj╣cego siΩ w ruchu, to my znajdujemy siΩ w ruchu. Nie mo┐na te┐ zadaµ pytania, gdzie czas p│ynie "normalnie". Czas nie jest warto£ci╣ bezwzglΩdn╣. CZAS jest WZGL╩DNY. Dla ka┐dego obserwatora czas p│ynie inaczej.

S│ynne do£wiadczenia:

- Umieszczenie zegar≤w atomowych na pok│adzie samolotu lec╣cego dooko│a £wiata. Zauwa┐ono w≤wczas, ┐e zegary kt≤re znajdowa│y siΩ na pok│adzie samolotu, by│y nieco "m│odsze". Pokazywa│y inny czas ni┐ zegary znajduj╣ce siΩ na Ziemi. Co prawda o milionowe czy nawet miliardowe czΩ£ci sekundy, ale by│y m│odsze...

- Umieszczenie zegar≤w atomowych w okolicach biegun≤w i r≤wnika. Wiadomo, ┐e Ziemia krΩci siΩ dooko│a w│asnej osi, a osi╣ obrotu ziemi s╣ bieguny. WiΩc prΩdko£µ punktu znajduj╣cego siΩ na biegunie jest zerowa, natomiast prΩdko£µ punktu znajduj╣cego siΩ na r≤wniku wynosi ok. 1670 km/h. WiΩc zegary znajduj╣ce siΩ na r≤wniku nieco chodz╣ wolniej.

PrΩdko£ci nie ulegaj╣ sumowaniu! PrΩdko£ci nie mog╣ ulegaµ sumowaniu, poniewa┐ przeczy│o by to maksymalnej granicy prΩdko£ci - prΩdko£ci £wiat│a. Zjawisko to jest praktycznie niedostrzegalne przy niewielkich prΩdko£ciach. Jednak przy prΩdko£ciach wiΩkszych ni┐ po│owa prΩdko£ci £wiat│a, zjawisko to jest dostrzegalne, a nawet ma du┐e znaczenie i nie mo┐emy go pomin╣µ. Gdybym chcia│ przej£µ w poci╣gu jad╣cym z prΩdko£ci╣ £wiat│a z jednego wagonu do drugiego, nie mogΩ tego zrobiµ poniewa┐ czas stoi w miejscu, a nie mogΩ w zerowym czasie wykonaµ ┐adnego ruchu! Nie pokonam wiΩc prΩdko£ci £wiat│a. Je┐eli w poci╣gu pΩdz╣cym z 3/4 prΩdko£ci £wiat│a, wystrzelΩ pocisk z pistoletu z prΩdko£ci╣ 3/4 prΩdko£ci £wiat│a, zgodnie z ruchem poci╣gu pocisk nie przekroczy prΩdko£ci £wiat│a, poniewa┐ na pok│adzie poci╣gu dosz│o do zjawiska dylaktacji czasu, i czas p│ynie wolniej. Wz≤r na prΩdko£µ to V=S/t (gdzie V- prΩdko£µ, S- droga, t- czas). Je┐eli czas bΩdzie p│yn╣│ wolniej, dojdzie do zmniejszenia siΩ warto£ci 't' wiΩc zmaleje ca│a prΩdko£µ - pocisk nie przekroczy prΩdko£ci £wiat│a. PrΩdko£ci nie ulegaja wiΩc sumowaniu.

Poruszaj╣ce siΩ cia│a warz╣ wiΩcej! Kolejny paradoks. Cia│o kt≤re znajduje siΩ w ruchu, warzy wiΩcej! Jest to pow≤d tego, ┐e ┐adne cia│o posiadaj╣ce masΩ nie mo┐e poruszaµ siΩ z prΩdko£ci╣ £wiat│a. Dzieje siΩ tak dlatego, ┐e gdy cia│o staje siΩ ciΩ┐sze, potrzeba wiΩcej energii aby przyspieszyµ to cia│o. W ko±cu cia│o warzy niesko±czenie du┐o, i potrzeba niesko±czenie du┐o energii aby cia│o to przyspieszyµ, nie mo┐e ono zatem osi╣gn╣µ prΩdko£ci £wiat│a. Wiemy ju┐, ┐e cia│o znajduj╣ce siΩ w ruchu warzy wiΩcej, ale dlaczego tak jest?! Aby znaleƒµ odpowiedƒ na to pytanie potrzeba nastΩpnego do£wiadczenia my£lowego. Musze teraz wymy£liµ jakie£ do£wiadczenie my£lowe... O, mam! Oto ono: Przenie£my siΩ zn≤w na pok│ad poci╣gu poruszaj╣cego siΩ z do£µ znaczn╣ prΩdko£ci╣, na tyle znaczn╣, ┐e da znaµ o sobie dylaktacja czasu. Wiemy ju┐, ┐e na pok│adzie takiego poci╣gu zmaleje nieco prΩdko£µ. Gdy maleje prΩdko£µ, maleje r≤wnie┐ pΩd, poniewa┐ pΩd to iloczyn masy i prΩdko£ci cia│a (p=m*v). Gdy zmaleje jedna wielko£µ - prΩdko£µ musi r≤wnie┐ zmaleµ pΩd. Gdy zmaleje pΩd, nie zostanie spe│niona zasada zachowania pΩdu, a zasada zachowania pΩdu musi byµ spe│niona. Je┐eli nie mo┐e wzrosn╣µ prΩdko£µ to musi wzrosn╣µ inna wielko£µ - masa cia│a, w≤wczas zostanie zachowana zasada zachowania pΩdu. WiΩc nale┐y wyci╣gn╣µ wniosek, ┐e wraz z prΩdko£ci╣ ro£nie masa cia│a. Zaraz, chwileczkΩ, to nie by│o do£wiadczenie my£lowe, tylko wyja£nienie zjawiska... Nie przychodzi mi nic do g│owy... Zreszt╣ ka┐dy ju┐ (chyba) wie dlaczego musi wzrosn╣µ masa cia│a... Wynika z tego, ┐e masa jest warto£ci╣ wzglΩdn╣. Dwa cia│a lec╣ce obok siebie z prΩdko£ciami bliskimi £wiat│a, wzgl╣dem siebie bΩd╣ mia│y masy inne, ni┐ wzglΩdem innego, stacjonarnego obserwatora. Masa jest wiΩc pojΩciem wzglΩdnym!

Poruszaj╣ce siΩ cia│a doznaj╣ skr≤cenia d│ugo£ci - poci╣g poruszaj╣cy siΩ z prΩdko£ci╣ blisk╣ £wietlnej dozna│by skr≤cenia d│ugo£ci. Jak ca│a ta teoria mo┐e wydawaµ siΩ to z lekka dziwne, ale tak jest. Np. gdyby dwa statki kosmiczne by│y w stanie poruszaµ siΩ z po│ow╣ prΩdko£ci £wiat│a, i gdyby zosta│y po│╣czone ze sob╣ napiΩt╣ lin╣ to gdyby ruszy│y razem z tymi samymi prΩdko£ciami, to dla stacjonarnego obserwatora lina pΩk│aby czy nie? Dla obserwatora znajduj╣cego siΩ na pok│adzie jednego ze statk≤w lina pΩk│a by? Stacjonarny obserwator widz╣c uk│ad poruszaj╣cy siΩ z 1/2 prΩdko£ci £wiat│a, widzi ┐e lina staje siΩ kr≤tsza wiΩc musi pΩkn╣µ. Jednak obserwator znajduj╣cy siΩ na uk│adzie, widzi ┐e lina ta wcale nie staje siΩ kr≤tsza i nie pΩka. To co w ko±cu z t╣ lin╣ - pΩka czy nie??? Podobno pΩka, ale ju┐ sam nie wiem :-) (trzeba sprawdziµ:-)) Przy prΩdko£ci £wiat│a, skr≤cenie d│ugo£ci jest niesko±czenie du┐e.

To co obserwujemy wcale nie musi tak wygl╣daµ. To tak samo jak z linijk╣ i ƒr≤d│em £wiat│a. Je┐eli umie£cimy linijkΩ np. w pokoju tak aby jeden koniec dotyka│ £ciany a drugi pod│ogi, i ƒr≤d│o £wiat│a tak ┐eby cie± linijki pada│ zar≤wno na £cianΩ jak i na pod│ogΩ i my mo┐emy obserwowaµ tylko cienie linijki, to zale┐nie od umieszczenia linijki d│ugo£µ cienia na £cianie i pod│odze bΩdzie r≤┐na. Nie ma sensu pytaµ jaka jest rzeczywista d│ugo£µ poci╣gu poruszaj╣cego siΩ z 1/2 prΩdko£ci £wiat│a, tak samo jak nie ma sensu pytaµ o d│ugo£µ cienia linijki. Rzeczywist╣ d│ugo£µ linijki mo┐emy wyznaczyµ z Twierdzenia Pitagorasa, a rzeczywist╣ d│ugo£µ poci╣gu z r≤wna± Einsteina.

Grawitacja spowalnia czas. îwiat│o chc╣c uwolniµ siΩ od wp│ywu grawitacyjnego traci czΩ£µ swojej energii. îwiat│o trac╣c energiΩ, zmniejsza po prostu swoj╣ czΩstotliwo£µ, obserwujemy w≤wczas Dopplerowskie przesuniΩcie ku czerwieni. Doppler odkry│, ┐e je┐eli z jakiego£ cia│a wysy│amy promieniowanie i cia│o to znajduje siΩ w ruchu, obserwujemy przesuniΩcie siΩ ku czerwieni lub ku b│Ωkitowi. Traktuj╣c £wiat│o jako falΩ, wiemy, ┐e fala ma jak╣£ czΩstotliwo£µ. CzΩstotliwo£µ fali, to nic innego, jak odleg│o£µ "grzbiet≤w" fali. Im grzbiety fali s╣ gΩ£ciejsze, tym fala ma wiΩksz╣ energiΩ i widzimy w≤wczas, ┐e jest bardziej niebieska. Je┐eli grzbiety fali s╣ "daleko" od siebie, w≤wczas widzimy, ┐e £wiat│o jest bardziej czerwone. To co widzimy jako kolory £wiat│a, jest niczym innym jak jego czΩstotliwo£ci╣. Nasze oczy rejestruj╣ czΩstotliwo£µ £wiat│a, i my r≤┐ne czΩstotliwo£ci odbieramy jako r≤┐ne kolory. Je┐eli jakie£ cia│o oddala siΩ od nas i wysy│a promieniowanie, w≤wczas obserwujemy przesuniΩcie siΩ £wiat│a ku czerwieni, dlatego, ┐e cia│o wysy│aj╣c "grzbiet" fali co okre£lon╣ jednostkΩ czasu, pomiΩdzy jednym wys│aniem "grzbietu" a drugim, zd╣┐y oddaliµ siΩ nieco od nas, i grzbiety fali bΩd╣ nieco rzadsze - czΩstotliwo£µ bΩdzie nieco mniejsza i zaobserwujemy w≤wczas przesuniΩcie ku czerwieni. Natomiast je┐eli cia│o bΩdzie zbli┐aµ siΩ do nas, w≤wczas pomiΩdzy wys│aniem jednego "grzbietu" a drugiego, zd╣┐y siΩ do nas zbli┐yµ, i grzbiety fal bΩd╣ gΩ£ciejsze, zaobserwujemy w≤wczas przesuniΩcie ku b│Ωkitowi, i fala bΩdzie nios│a wiΩksz╣ energiΩ.

Podczas ucieczki cia│a z pola grawitacyjnego, cia│o traci energiΩ. Poniewa┐ dochodzi tam do dylaktacji czasu, i wyd│u┐a siΩ czas pomiΩdzy wys│aniem jednego grzbietu a drugiego, wiΩc £wiat│o zostaje przesuniΩte ku czerwieni. W polu grawitacyjnym zachodzi wiΩc zjawisko dylaktacji czasu - je┐eli wyd│u┐a siΩ czas pomiΩdzy wys│aniem jednego a drugiego grzbietu fali. Zjawisko to bΩdzie opisane szerzej w Og≤lnej Teorii WzglΩdno£ci.

ZWIÑZEK MASY I ENERGII

Teraz s│≤w parΩ o znanym r≤wnaniu Einsteina: E=mc*c (E- energia, c*c - prΩdko£µ £wiat│a podniesiona do kwadratu). Wz≤r ten dotyczy zwi╣zku masy z energi╣. Einstein doszed│ do wniosku, ┐e materia jest form╣ energii i na odwr≤t. Materia mo┐e przechodziµ w energiΩ, z energii mo┐e te┐ powstaµ materia. îwiat│o jest wiΩc form╣ masy, potrafi przenosiµ masΩ z jednego miejsca w drugie. DziΩki temu wzorowi uda│o siΩ wyja£niµ sk╣d gwiazdy bior╣ tyle energii. Gwiazdy podczas reakcji termoj╣drowych zamieniaj╣ czΩ£µ swojej masy w czyst╣ energiΩ - gwiazda to taka wielka bomba wodorowa. Jak Einstein doszed│ do wniosku, ┐e masa jest form╣ energii, a energia form╣ masy? îwiat│o posiada energiΩ oraz pΩd. îwiat│o jest strumieniem foton≤w. Wiadomo, ┐e ┐adne cia│o posiadaj╣ce masΩ nie mo┐e zostaµ przyspieszone do prΩdko£ci £wiat│a. Jak wiΩc mo┐liwe jest przyspieszenie fotonu do prΩdko£ci £wiat│a? Foton nie posiada masy, ma zerow╣ masΩ. Energia fotonu jest energi╣ kinetyczn╣ - je┐eli foton musi siΩ na czym£ zatrzymaµ to przestaje istnieµ. Je┐eli fotony posiadaj╣ energiΩ oraz zachowuj╣ siΩ jak cz╣stki musz╣ posiadaµ r≤wnie┐ pΩd.

Je┐eli przeniesiemy siΩ na pok│ad statku kosmicznego, na kt≤rym bΩdzie znajdowa│a siΩ np. strzelnica, co zaobserwujemy, podczas wystrza│u z broni? Je┐eli z jednego ko±ca strzelnicy wystrzelimy kulΩ do tarczy znajduj╣cej siΩ na drugim ko±cu strzelnicy w≤wczas: wyrzucenie kuli z pistoletu spowoduje jego odrzut o zwrocie przeciwnym do zwrotu kierunku ruchu kuli. Odrzut zostanie przeniesiony na ca│y statek, wiΩc statek zacznie siΩ minimalnie przesuwaµ w ruchu przeciwnym do ruchu kuli. Ruch ten bΩdzie trwa│ bardzo kr≤tko, poniewa┐ kula w u│amku sekundy dotrze do tarczy r≤wnowa┐╣c pΩd statku z pΩdem kuli, wiΩc statek siΩ zatrzyma. W≤wczas kula zosta│a przeniesiona na drug╣ czΩ£µ statku, wiΩc rozk│ad masy na statku zosta│ nieznacznie zmieniony (poniewa┐ kula jest gdzie indziej), jednak poniewa┐ ca│y statek siΩ przesun╣│, £rodek ciΩ┐ko£ci pozosta│ w tym samym miejscu w przestrzeni. Co siΩ stanie je┐eli zamiast kuli u┐yjemy fotonu? Rozpatrzmy ten przypadek: np. z pistoletu laserowego "wystrzelimy" wi╣zkΩ £wiat│a czyli foton≤w. Fotony posiadaj╣ pΩd, wiΩc znowu statek dozna odrzutu w kierunku przeciwnym do ruchu foton≤w, wiΩc zacznie siΩ przesuwaµ. Je┐eli fotony dotr╣ do drugiego ko±ca statku, pΩd zostanie zr≤wnowa┐ony wiΩc statek znowu siΩ zatrzyma. Ruch statku w tym wypadku trwa│ ju┐ bardzo kr≤tko, ale jednak trwa│. Statek zosta│ przesuniΩty w przestrzeni. Co by siΩ sta│o, gdyby masa nie zosta│a przesuniΩta na drug╣ czΩ£µ statku? Zmieni│ by siΩ £rodek ciΩ┐ko£ci statku w przestrzeni. Jednak £wiat│o przenosi masΩ, dziΩki czemu nie £rodek ciΩ┐ko£ci statku w przestrzeni, nie zostanie zmieniony. Doszli£my wiΩc do wniosku, ┐e £wiat│o przenosi masΩ. Mo┐emy zaobserwowaµ wzrost masy wraz ze wzrostem energii, np. podczas ogrzewania jakiego£ przedmiotu. Ciep│y przedmiot ma wiΩksz╣ energiΩ, wiΩc wiΩcej wa┐y, lecz ma to wp│yw naprawdΩ minimalny - da siΩ jednak go zmierzyµ.

70% wiadomo£ci zdoby│em po przeczytaniu ksi╣┐ki pt."Zwierciad│o Einsteina" wyd. Tajemnice Nauki, reszta to r≤┐ne czasopisma, ksi╣zki itd.

Autor: Andrzej Idzior
WWW: http://republika.pl/aidzior