Teória zjednotenia (skrátená verzia)

1 Myšlienkový experiment

V teórii zjednotenia vychádzam z nasledujúceho myšlienkového experimentu.

Obr. 1a

(Obr. 1a) Urobíme myšlienkový experiment: Ponoríme raketu na horizont udalostí čiernej diery1 a dodávame jej (nekonečnú :-)) energiu, aby sa tam udržala – raketa má zapnuté motory.  Raketa tu zotrváva zarovno so svetelnou vlnou, ktorá odtiaľto nemôže uniknúť. Na pozorovateľa v  rakete pôsobí gravitačná sila Fg na horizonte udalostí čiernej diery (hu), túto silu označujem  Fg(hu).

Obr. 1b    

(Obr. 1b) Keď si odmyslíme čiernu dieru, situácia sa nezmení: raketa so zapnutými motormi ďalej zotrváva zarovno so svetelnou vlnou, avšak pohybuje sa pri tom rýchlosťou c v otvorenom priestore. Na pozorovateľa v rakete ďalej pôsobí rovnaká sila, ale pretože čiernej diery tu niet, nie je to gravitačná sila, ale teraz je to relativistická zotrvačná sila2 Fzrel pôsobiaca pri rýchlosti c, túto silu označujem Fzrel(c).

Táto sústava je ekvivalentná extrémne zrýchlenej sústave.

Platí vzťah:              Fg(hu) = Fzrel(c)

Obr. 1: Princíp ekvivalencie gravitačnej a relativistickej zotrvačnej sily

2 Paradox

Vysvetlím to tak, aby to pochopilo dieťa. Keby sa kozmonaut v rakete pohyboval rovnomerne priamočiaro rýchlosťou c, podľa klasickej  mechaniky aj špeciálnej teórie relativity (ŠTR), držal by svetelnú vlnu v ruke. Lenže podľa klasickej mechaniky aj ŠTR sústava pohybujúca sa rovnomerne priamočiaro je beztiažová a v nej sa svetlo šíri tak, ako v pokojovej sústave, teda vzhľadom na kozmonauta má rýchlosť c. V tom spočíva logický paradox! Buď svetelnú vlnu drží v ruke, alebo sa vzhľadom na neho pohybuje rýchlosťou c. Jediným riešením je, že pri rýchlosti c raketa nie je zotrvačná a teda beztiažová sústava, ale v nej pôsobí relativistická zotrvačná sila, ekvivalentná gravitačnej sile pôsobiacej na horizonte  udalostí čiernej diery. Vtedy kozmonaut drží svetelnú vlnu v ruke. Riešením je teda môj myšlienkový experiment (obr.1). Teória zjednotenia (TZ) spočíva v tom, že gravitačná sila pôsobiaca na horizonte udalostí čiernej diery, je vlastne relativistická zotrvačná sila pôsobiaca tak, ako pri rýchlosti c. Z toho vyplýva zjednotené vysvetlenie princípu šírenia sa svetla a gravitácie.

Názor fyzika Vladimíra Baleka: Kozmonaut sa podľa ŠTR nemôže pohybovať rýchlosťou c, aby sa na tú rýchlosť urýchlil, potreboval by nekonečnú energiu. Že má svetlo v ľubovoľnej sústave, ktorá sa pohybuje rýchlosťou menšou než c, rýchlosť c, nie je logický paradox, vysvetľuje to Lorentzova transformácia3.

Dančanin: To všetko je mi známe. Avšak podľa mňa, keď teleso padá do čiernej diery a na horizonte udalostí sa stretne so svetelnou vlnou, ktorá je tu zachytená, dosiahne pritom rýchlosť c, lebo svetlo sa vzhľadom na telesá pohybuje vždy rýchlosťou c. ŠTR prestáva platiť na horizonte udalostí.

Vy jednoducho zaťato odmietate moju teóriu zjednotenia :-)

V. Balek: Máte pravdu, som tvrdohlavý.

3 UNIVERZÁLNY PRINCÍP EKVIVALENCIE

V teórii zjednotenia sa snažím rozšíriť princíp ekvivalencie4 vo všeobecnej teórii relativity (VTR) o môj princíp ekvivalencie medzi gravitačnou a relativistickou zotrvačnou silou (po­zri myšlienkový experiment - obr. 1). Z toho vyplýva zjednotené vysvetlenie princípu gravitácie a pohybového zákona šírenia sa svetla - gravitačná sila je relativistická zotrvačná sila.

Pre TZ je smerodajné, či je sústava pohybujúca sa rýchlosťou c zotrvačná a teda beztiažová alebo v nej pôsobí relativistická zotr­vačná sila ekvivalentná gravitačnej sile na horizonte udalostí čiernej diery. Podľa klasickej mechaniky aj ŠTR by sústava pohybujúca sa rovnomerne priamočiaro, hoci aj rýchlosťou c, mala byť zotrvačná a teda beztia­žová. Podľa TZ sústava pohybujúca sa rýchlosťou c ZOTRVAČNE je kontra­dikcia. Svetlo sa v nej totiž šíri rovnako ako v pokojovej sústave, preto ZOTRVAČNÁ sústava nemôže byť spojená so svetelnou vlnou. Sústava spo­jená so svetelnou vlnou je buď: 
    A) extrémne zrýchlená sústava, alebo 
    B) sústava zotrvávajúca na horizonte udalostí čiernej diery, alebo 
    C) sústava pohybujúca sa rýchlosťou c. 
    Ekvivalenciu týchto troch sústav nazvime UNIVERZÁLNY PRINCÍP EK­VIVALENCIE. 
   

Z toho vyplýva nasledujúce zjednotenie:
    a) V extrémne zrýchlenej sústave pôsobí na teleso zotrvačná sila. 

    b) Na horizonte udalostí čiernej diery pôsobí na teleso gravitačná sila. 

    c) V sústave pohybujúcej sa rýchlosťou c by mala na teleso pôsobiť relati­vistická zotrvačná sila. 

Vo všetkých týchto troch prípadoch je to rovnaká sila – preto teória zjedno­tenia. Keby sme akceptovali UNIVERZÁLNY PRINCÍP EKVIVALENCIE, bola by to báza pre zjednotenie zotrvačných síl, gravitácie a pohybového zákona šírenia sa svetla – relativistickej zotrvačnej sily.

V TZ vychádzame z predpokladu (hypotézy), že niečo také ako sústava spo­jená so svetelnou vlnou teoreticky existuje, aj keď to nie je možné reálne dosiahnuť. Následne skúmame vlastnosti takejto sústavy.

Podľa TZ sústava spojená so svetelnou vlnou je ekvivalentná sústave zotrvávajúcej na horizonte udalostí čiernej diery alebo extrémne zrýchlenej sústave, ktorá tiež vytvorí vlastný horizont udalostí. Dedukciu relativistickej zotrvačnej sily vysvetľuje jednoduchý príklad: Raketa s extrémnym zrýchlením by vytvorila horizont udalostí, resp. dostala by sa (vystúpila by) na horizont udalostí. Pokiaľ by sme ju tam udržiavali, podľa mňa by sa takáto raketa pohybovala rýchlosťou c. Po vypnutí motorov by sa stala zotrvačnou sústavou, spadla by z horizontu udalostí a stratila by rýchlosť c. Z toho vyplýva, že pri rýchlosti c by mala na raketu pôsobiť relativistická zotrvačná sila, ktorá by ju po vypnutí motorov spomalila.

Padla aj otázka: Na akú rýchlosť by raketa spomalila po vypnutí motorov? To neviem. Predpoklad je len jeden, že sa rýchlosťou c nemôže pohybovať zotrvačne.

4 Zhrnutie

Myslím si, že keby sa teleso pohybovalo rýchlosťou c zarovno so svetelnou vlnou (spojené so svetelnou vlnou), pôsobila by naň relativistická zotrvačná sila, ekvivalentná gravitačnej sile na horizonte udalostí čiernej diery. Keby sa teleso pohybovalo rýchlosťou c ZOTRVAČNE, svetlo by sa vzhľadom naň šírilo tak, ako v pokojovej sústave, preto teleso pohybujúce sa rýchlosťou c ZOTRVAČNE, nemôže byť spojené so svetelnou vlnou! Z tohto dôvodu sa podľa TZ teleso nemôže pohybovať rýchlosťou c zotrvačne – rýchlosťou c sa môže pohybovať iba raketa so zapnutými motormi. Môj myšlienkový experiment nám umožňuje predpovedať, čo sa deje pri nulovom zrýchlení pri rýchlosti c. V sústave spojenej so svetelnou vlnou sú vo všetkých troch prípadoch: 1) na horizonte udalostí čiernej diery, 2) na horizonte udalostí extrémne zrýchlenej sústavy, aj 3) pri rýchlosti c, rovnaké podmienky – pôsobí tam rovnaká sila.

Poznámky:

1 Čo je to čierna diera? Je to fyzikálny objekt, ktorého gravitácia je taká silná, že pohltí aj svetlo. V určitej vzdialenosti od stredu čiernej diery gravitácia vyrovnáva energiu svetla, takže na tejto hranici svetlo nie je ani pohltené čiernou dierou, ale ani neuniká von. Táto hranica sa volá horizont udalostí čiernej diery.

2 Týmto pomenovaním chcem túto silu pôsobiacu pri stálej / rovnomernej rýchlosti c odlíšiť od klasickej zotrvačnej sily pôsobiacej na telesá pri zrýchlení.

3 Špeciálna teória relativity zamietla Galileiho transformácie platné v klasickej mechanike a pre výpočet relativistických javov používa Lorentzove transformácie.

4 VTR stojí na Einsteinovom princípe ekvivalencie gravitačnej a zotrvačnej sily. Tento princíp vyplýva z dvoch faktov:

1. Pôsobenie gravitačnej sily rovnako, ako zotrvačnej sily je univerzálne – ovplyvňuje rovnako všetky fyzikálne procesy.
2. Gravitačná hmotnosť telesa je rovná  jeho zotrvačnej hmotnosti, čo znamená, že gravitačná sila, ktorou je teleso priťahované k inému telesu je rovná jeho odporu voči zrýchleniu.

Einsteinov princíp ekvivalencie umožňuje skúmať gravitačnú silu ako zotrvačnú silu. VTR potom opisuje gravitáciu ako zotrvačnosť telesa v zakrivenom priestoročase.