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
Proč je divné, že má černá díra gravitaci
Černá díra je objekt záhadný. Mnoho jeho záhad se snaží vysvětlit současná fyzika. Třeba je divné, že z rovnic obecné teorie plyne, že by "uprostřed" černé díry měla být tzv. singularita.
Jan Fikáček
Není náhodou nekonečno svůj pravý opak?
Aby bylo jasno, řeč je o aktuálním nekonečnu, tedy plně uskutečněném nekonečnu, vlastně o ukončeném nekonečnu. Ne o "nekonečnu" potenciálním, které vlastně žádným nekonečnem není.
Jan Fikáček
Kdy úžas nad tajemstvím ve vědě brzdí její pokrok
Nadšení z tajemství a jeho odhalování ve vědě je úchvatný motor, který neustále posouvá celou naši civilizaci. Kdo by třeba nechtěl vědět, co se skrývá v dálce vesmíru, jestli tam žijí jiné civilizace?
Jan Fikáček
Nobelova cena za kvantovou esoteriku?
Loni dostali Nobelovu cenu A. Aspect, J.F. Clauser a A. Zeilinger. Nebudeme zpochybňovat jejich fyzikální práci, ale jako Einstein, Schrödinger, deBroglie, Dirac, Bohm či Bell budeme zpochybňovat jejich výklad kvantové mechaniky.
Jan Fikáček
Kdo volí Pavla, je v pohodě, kdo volí Babiše, přiznává velký životní problém
Samozřejmě se nemůže do této věty vejít sociologická a politologická analýza, ale tato zkratka zřejmě nastiňuje hlavní politický problém v Česku v současné chvíli.
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...
Stovky amerických obrněnců se v řádu dnů nepozorovaně přemístily do Česka
Několik set vozidel americké armády včetně obrněnců Bradley nebo transportérů M113 se objevilo ve...
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...
Na jednání o míru nepřijdeme, vzkázali Rusové. Švýcaři je ani nezvali
Švýcarsko iniciuje vlastní mírovou konferenci o Ukrajině. S pozváním Ruska na setkání, které se má...
Pavel zkritizoval všechny. Nefér jsou Babišova slova i kampaň SPOLU, míní
Kampaň, která dělá z hnutí ANO zastánce ruských zájmů, je podle prezidenta Petra Pavla stejně nefér...
O menopauze musíme mluvit, burácela herečka Halle Berry před Kapitolem
Slavná herečka Halle Berry se zapojila do americké politiky, když podpořila senátorky snažící se o...
Sluší se, aby zaměstnanec věděl, proč je propouštěn, řekl Juchelka
Poslanci se přeli o změnu zákoníku práce. Opozici se ho nepodařilo vrátit vládě k přepracování....
Chcete, aby vaše děti měli v dospělosti bohatství? Přečtěte si, jak na to!
Správné finanční návyky a dovednosti vznikají právě v dětství. Mnoho dětí je přijímá přirozeně od svých rodičů, kteří jsou pro děti velkým vzorem....
- 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.