Pochopte základní ideu Einsteinovy teorie relativity za pár minut
K tomuto prostému výkladu potřebujeme chápat, jak je možné, že je rychlost světla vůči pozorovateli stále stejně velká, i když "stojíme" nebo se za světelným paprskem ženeme obrovskou rychlostí. To jsme si názorně vysvětlili v minulém blogu. Teď to už bereme jako fakt.
K našemu výkladu použijeme příklad, na němž teorii relativity pochopil sám Einstein. Je důležité říci, že Albert už měl rovnice speciální teorie relativity hotové, ale pro něj bylo zásadní si relativistické efekty představit i názorně. Vzorce nejsou všechno, hlavní je pochopení. Občas zašel uvažovat nad speciální relativitou na nádraží v Bernu. Představoval si relativistické efekty, které by probíhaly, kdyby se vlaky pohybovaly skoro světelnou rychlostí. Takový vlak máme zjednodušeně nakreslený na následujícím obrázku.
Nejdříve si představme situaci A, což je situace, kdy sedíme ve vlaku a budeme pozorovat pohyb světelného paprsku mezi dvěma zrcadly. Jedno je na stropě a druhé na podlaze. (Tomuto zařízení se říká světelné hodiny.) Sedíme-li ve vlaku, jsme vzhledem k vlaku v klidu a také soustava dvou zrcadel s paprskem je vůči nám v klidu. Vidíme tedy paprsek tak jako v případě A.
Nicméně onen vlak projíždí velkou rychlostí kolem nástupiště a my jej můžeme také pozorovat z nástupiště. To odpovídá situaci B, která je na druhém obrázku. Vlak v pohledu z nástupiště pohybuje vpravo a s ním ale i zrcadla s paprskem. Paprsek se pochopitelně musí posunovat spolu se zrcadly, což ale znamená, že ho z nástupiště vidíme pohybovat se šikmo. Dráha paprsku prostě z nástupiště vypadá jinak.
Znázorněme si to podstatné z obou situací A a B na dalším obrázku. To, co opravdu sledujeme je dráha jednoho paprsku a bude nám postačovat třeba dráha paprsku od stropu k podlaze. (Tím se vyhneme odrazu paprsku, který by znamenal zrychlení, čím bychom se ocitli už v obecné teorii relativity, tedy mimo speciální relativitu, kterou si tu vykládáme.)
Jsme-li pozorovatel ve vlaku, uvidíme dráhu paprsku A, která je znázorněna modrou šipkou, a to i když se vlak vzhledem k nástupišti pohybuje šílenou rychlostí. My jsme totiž vůči vlaku v klidu. Jsme-li ale pozorovatelem na nástupišti, uvidíme dráhu téhož paprsky jako dráhu B, znázorněnou červenou šipkou. Černá šipka znázorňuje pohyb vlaku rychlostí v.
Na první pohled je zřejmé, že dráha paprsku z pohledu člověka na nástupišti, tedy B, je delší než dráha téhož paprsku z pohledu cestujícího v tomto vlaku, tedy A. Kdybychom takto pozorovali pohyb nějakého tělesa (třeba padajícího míče), řekli bychom si prostě, že těleso se v případě B pohybuje rychleji než v případě A a proto urazí za stejný čas větší dráhu.
To je ale přesně to, co si u světelného paprsku říci nemůžeme, protože jsme si minule vysvětlili, že rychlost každého paprsku světla je stále stejná, a to právě c, ať se pozorovatel pohybuje jakkoliv. Tedy jak po dráze A, tak po dráze B se paprsek světla pohybuje toutéž rychlostí c. Nezbývá nám než připustit, že v případě B ubíhá čas pomaleji než v případě A. Tomuto jevu se říká dilatace času.
Pro větší názornost si představme, že vše pozorujeme z nástupiště a že zcela stejné (tedy i stejně velké) světelné hodiny, máme jak na nástupišti, tak ve vlaku. Když na hodinách na nástupišti dospěje paprsek od stropu k podlaze, paprsek na hodinách ve vlaku ještě nedorazí k podlaze, protože se pohybuje po delší dráze. To ale znamená, že paprsek ve vlaku (A) letí delší dobu, než letí identický paprsek (B) na nástupišti. A protože obě zařízení jsou identické hodiny, je zřejmé, že hodiny ve vlaku jdou pomaleji než hodiny na nástupišti. No, není to průzračné a nádherné vysvětlení dilatace času, které nám Albert připravil?
Další blogy ze speciální relativity:
Proč je rychlost světla stále neměnná - relativita snadno a názorně...Teorie relativity jako symetrický klam a iluze?Ucelenejší výklad - Teorie relativity pro ty, kdo si myslí, že ji nikdy nepochopí :
Proč neexistuje paradox dvojčatChybička pana Einsteina aneb proč není současnost jen iluzeKdyž chce náročnější téma: Vidíme hvězdy v minulosti nebo v současnosti?Je čas jen iluze?
Jan Fikáček
Stojí pro fotony čas?
Ze speciální teorie relativity plyne, že čas se se vzrůstající rychlostí zpomaluje. Říkáme tomu dilatace času. Když dosadíme do vzorce pro dilataci času rychlost světla, dostaneme, že se čas zastavil. Fotonu tedy čas stojí, ne?
Jan Fikáček
Jak mravenci umí řešit kvantové záhady
Kvantová mechanika je stále záhada. Je třeba podivné, jak částice ve fotosyntéze najde vždy tu správnou cestu do cíle. Nicméně právě proto je efektivita jádra fotosyntézy nějakých 98%. Vysvětluje se to tím, že...
Jan Fikáček
Proč jsou dnešní mouchy geniální
Tak jo, už mám nějaký ten pátek. To mi ale dává na druhé straně příležitost k dlouhodobým "empirickým studiím". Ne zrovna, že bych mohl pozorovat pohyb kontinentů, ale něco pro mnoho lidí neviditelného jsem už zachytil.
Jan Fikáček
Proč perpetuum mobile není to, co říká Wikipedie, aneb nevěřte (všechno) fyzikům :)
Když otevřete na Wikipedii heslo perpetuum mobile, můžete číst, že: "Perpetuum mobile je stroj, který vykonává práci bez vnějšího zdroje energie." Ale je to opravdu tak? Má tuto definici člověk přijmout bez přemýšlení?
Jan Fikáček
Co odpověděla umělá inteligence na otázku "Proč je moje žena chytřejší než já?"
Všichni řeší umělou inteligenci a já na tu módu moc nedal, ale zaujaly mě různé zprávy, kde ve vědě AI už pomohla. Tak jsem si řek, že je nejlíp její schopnosti v tomto směru osobně vyzkoušet. Ovšem zajímavější byla jiná otázka.
Další články autora |
Studentky rozrušila přednáška psycholožky, tři dívky skončily v nemocnici
Na kutnohorské střední škole zasahovali záchranáři kvůli skupině rozrušených studentek. Dívky...
Podvod století za 2,4 miliardy. Ortinskému hrozí osm let a peněžitý trest 25 milionů
Luxusní auta, zlaté cihly, diamanty a drahé nemovitosti. To vše si kupoval osmadvacetiletý Jakub...
Zemřel bývalý místopředseda ODS Miroslav Macek. Bylo mu 79 let
Ve věku 79 let zemřel bývalý místopředseda ODS a federální vlády Miroslav Macek, bylo mu 79 let. O...
To nemyslíte vážně! Soudce ostře zpražil bývalého vrchního žalobce
Emotivní závěr měl úterní jednací den v kauze údajného „podvodu století“, v němž měly přijít tisíce...
Moskva se chlubí kořistí z Ukrajiny: Abramsy, Leopardy i českým BVP
V Moskvě ve středu začala výstava západní vojenské techniky, kterou používá ukrajinská armáda a...
Taxikáři říkal, že postřílí několik lidí. Policie u duševně nemocného našla pušky
Psychiatrický pacient si na internetu koupil tři funkční historické brokovnice a tvrdil, že je...
Odbrzděná dodávka se zmrzlinou vjela do davu dětí, několik je vážně zraněných
Na západě Kyrgyzstánu najela během kulturní akce do davu desítek dětí ve věku od 9 do 16 let...
Poslanci mohou jednat i přes noc, ANO a SPD odmítají výpověď bez důvodu
Přímý přenos Poslanci mají začít projednávat úpravu zákoníku práce. Stínový ministr práce a sociálních věcí Aleš...
Bez krytí celníky by Březinova skupina nefungovala, řekl žalobce v závěrečné řeči
Soudní projednávání vynášení informací z Celní správy členům tak zvané lihové mafie se dnes dostalo...
Prodej rodinného domu, 877 m2, Vejprty, ul. Horská
Horská, Vejprty, okres Chomutov
3 575 000 Kč
- Počet článků 310
- Celková karma 30,45
- Průměrná čtenost 3149x
Chcete-li sledovat diskuse v "jeho" skupině, připojte se do Vědecké filosofie & Fyziky (nejen). jfikacek@gmail.com
Upozornění: Toto je popularizační blog pro veřejnost, neberte ho tedy jako vědeckou dizertační práci. Někdy je to jen divoká fantazie. Na druhé straně se snaží udržovat jistou vědeckou kvalitu, takže "esoterické" komentáře nejsou vítány. P.S.: Osobně útočné a odborně velmi nekvalitní komentáře, zejména velmi dlouhé, budou mazány.