Teorie relativity jako symetrický klam a iluze?

Občas člověk může zaslechnout názor, že Einstein je podvodník, který ve speciální teorii relativity nepopsal skutečnost, ale jen klam, zdání a iluzi. A ten názor má vlastně pravdu, jen si musíme přesně objasnit, jaký "klam" to je.

Tento blog je 3. krokem nejprostšího výkladu speciální teorie relativity, který je možný. V prvním blogu jsme si vysvětlili to zcela zásadní a to, jak je to možné, že když se dva pozorovatelé vůči sobě pohybují v prostoru nějakou rychlostí (bez zrychlení), jsou přitom oba vůči prostoru "v klidu". Toto vysvětlení je přitom původní a zcela originální.

V druhém blogu jsme si tím nejprostším způsobem ukázali podstatu dilatace času, prvního z relativistických efektů, z něhož můžeme snadno odvodit efekty další.

Všechny tyto efekty mají ale jednu podivnou vlastnost a to právě relativitu. Zatímco délka tyče je v klasické newtonovské fyzice stále stejná, tedy absolutní, v relativitě se tyč může zkracovat. A to ne tak, jako když bychom třeba olověnou tyč o něco stlačili. Ta by totiž byla pro všechny pozorovatele zkrácená, tedy absolutně kratší.

V relativitě je ale současně tyč maximálně dlouhá pro pozorovatele, který je vůči ní v klidu, a nabývá současně různých kratších délek pro pozorovatele pohybující se vůči tyči různými rychlostmi. Dokonce může mít i nulovou délku, jestliže bychom ji pozorovali z paprsku světla. A všechny tyto délky má současně, najednou. Jenže, jaká délka je tedy skutečná? Ani jedna?

Navíc je bláznivé, že je tato tzv. kontrakce délky "oboustranná"=symetrická v tom smyslu, že když máme třeba 2 stejně dlouhé, vůči sobě se pohybující tyče, pak první je zkrácená vůči druhé, ale i druhá je zkrácená vůči první. Když bychom si to představili jako Einstein v podobě vlaku u nástupiště, pak je pohybující se vlak kratší, když ho pozorujeme z nástupiště, ale zároveň z tohoto vlaku lze naměřit, že kratší je i nástupiště. Je tu jasná symetrie efektů, na základě které jsme si troufli i tvrdit, že neexistuje paradox dvojčat tak, jak se klasicky vykládá. (Mimochodem, Einstein spíše mluvil o paradoxu hodin než o paradoxu dvojčat, což je trochu něco jiného, neboť tam dochází k obrácení "směru pohybu rakety" okamžitě, neboť jde o předání informace světlem mezi dvěma raketami, ne o změnu pohybu "hmotného" tělesa.)

Takovou symetrii ale známe z běžného života. Když máme kamaráda a vzdálíme se od něj 100 metrů, oba se najednou zdáme menší pro toho druhého. O vizuální velikosti kamaráda rozhoduje vzdálenost k němu. V relativitě o délce tyče rozhoduje velikost rychlosti pozorovatele vůči této tyči (pozorovatel se pohybuje podél této tyče). U onoho kamaráda funguje obvyklá 3D perspektiva, v relativitě je perspektiva časoprostorová (rychlost má jak prostorovou, tak časovou složku), a to 3+1D, tedy 4D perspektiva.

Když to řekneme jinak, délka relativistické tyče se zkracuje proto, že z hlediska tyče neměří vůči ní se pohybující pozorovatel polohu jejích konců současně (rovina současnosti je skloněná).

Je tedy délka kontrahované tyče zdánlivá nebo skutečná? Pomůžeme si otázkou, jestli je vzdálený kamarád skutečně tak malý, jak ho vidíme. Asi ne, nicméně jeho vizuální úhlová velikost je skutečně taková, jak ji vnímáme. Měření pozorovacího úhlu při vzdálenosti 100 metrů, dopadne vždy stejným výsledkem.

Podobně u relativistické kontrakce (jakož i u dalších relativistických efektů) dopadne měření vždy stejně. Ať provádíme měření laserem nebo přikládáním měřidla, či jakkoliv jinak, dá měření vždy zcela stejný výsledek. Skutečně změříme tuto délku.

A kdybychom pronikli do pochopení speciální relativity více do hloubky, zjistili bychom, že pravá skutečnost se skrývá v hloubce 3+1D prostoročasu v podobě časoprostorové vzdálenosti, které říkáme časoprostorový interval. Ten se nemění při jakékoliv rychlosti. A kdybychom předběhli budoucí výklad, mohli bychom tvrdit, že je to stálá 4D prostorová vzdálenost.

A relativistické efekty měřené v našem 3D prostoru, to jsou jen projekce 4D skutečnosti. Udělejme si metaforu a 3D prostor nahraďme 2D zemí (viz obrázek). 4D objekt dané délky si představme jako normální 3D těleso (badmintonová raketa) nějaké délky v prostoru. Udělejme to tak, že to těleso nemůžeme přímo vidět (nepřipomíná vám to Platónovu jeskyni?), ale můžeme vidět jen jeho 2D stín na stěně. Tak si lze představit relativistické efekty v našem prostoru.

Relativistické efekty tak nejsou přímo skutečností, ale projevem/projekcí 4D skutečnosti a to podle přesných algoritmů. Není to žádní iluze, žádný klam, který se rozplyne. Daleko blíže to má ke skutečnosti, protože kdybyste byli neskutečně/"nekonečně" rychlí, nahmatali byste konec tělesa přesně tam, kde to určuje relativita. Stejně jako byste spolehlivě okraj stínu našli na jednoznačném místě.

Mimochodem, skutečnost je jen "povrch" okolního světa, interface mezi námi a světem. Ale o tom až jindy. :-)