O teórii relativity

Autor: Dávid Ferko | 5.7.2015 o 16:39 | (upravené 5.7.2015 o 23:47) Karma článku: 5,63 | Prečítané:  1083x

Mnoho ľudí už zaiste počulo o slávnej teórii relativity, no málo kto sa ňou zapodieval. Celý článok sa preto bude zameriavať na hlavné kľúčové slová –čas a priestor

   Už odmala sme si akosi osvojovali jednoduché zákony času, vedeli sme, že ak máme dve hodinky na nákup, kým sa zatvorí obchod, nie je sa kam ponáhľať. Avšak ak sa ponáhľame na autobus, ktorý odcháchza o päť minút a máme pred sebou cestu desať minútovú, musíme ísť dva krát tak rýchlo, aby sme ho stihli. Je pre nás samozrejmé, že ak máme doma hodinky a hodinky pri sebe na rukách, oboje budú ukazovať ten istý čas (ak sú správne nastavené), bez ohľadu na to, či budeme v pohybe celý deň, alebo budeme len ležať niekde na pláži pri dobrom drinku. To všetko je logické, a samozrejmé, pretože sa pohybujeme relatívne pomaly. Tieto zákony sa však menia, ak sa budeme pohybovať rýchlosťou blízkou rýchlosti svetla, teda rýchlosťou 300.000 kilometrov za sekundu. Dokonca tieto zákony budú znieť absurdne.

   Aj keď je to nepredstaviteľná rýchlosť, slniečko žiariace na našu planétu je tak vzdialené, že kým lúč svetla dorazí až k nám, bude to trvať asi osem minút. To znamená, že ak by slnko zhaslo, ešte 8 minút by sme sa radovali zo svetla. Zaujímavé to začína byť v prípade hviezd, ak sa v noci pozrieme na oblohu, je krásne posypaná hviezdami. Niektoré hviezdy, ktoré vidíte na oblohe však už dávno nemusia existovať, avšak sú tak vzdialené, že ich svetlo stále putuje k nám a my ich stále vidíme.

   Týmito (ale i inými) zaujímavosťami sa zaoberal Albert Einstein. Ten sa jedného dňa, sediac v dopravnom prostriedku, pozeral na hodiny na veži, od ktorých sa vzdiaľoval a zamyslel sa, čo by sa stalo, ak by sa pohyboval rýchlejšie ako je rýchlosť svetla. Zamyslel sa: „Ak sa pozerám na hodiny na veži, svetelný lúč sa od nich odráža do mojich očí a takto sledujem, ako sa hýbe sekundová ručička. Ak by som sa však pohyboval rýchlejšie, ako svetlo, svetelný lúč odrazený od hodinovej ručičky by ma nestíhal dobehnúť a preto, ak by odbila ďalšia sekunda, stále by som videl čas omeškaný o tú sekundu.“ Tu si začal uvedomovať, že pri pohybe v rýchlosti podobnej rýchlosti svetla by sa začal meniť čas! Dokonca, s časom sa začína ohýbať priestor a domy navôkol by zmenili svoj tvar. Teraz sa však zamyslíme nad niekoľkými príkladmi, ktoré sa zdajú na prvý pohľad absurdné.

O jednovaječných dvojčatách

   Príklad o paradoxe dvojčat je veľmi známy a možno ste už o ňom počuli. Danka a Janka sú jednovaječné dvojčatá, ktoré sa pochopiteľne narodili v ten istý deň, sú teda rovnako staré. Avšak keď sa Janka narodila, vesmírny mimozemšťan ju zobral na výlet vesmírom svojou kozmickou loďou, ktorá sa pohybuje vysokou rýchlosťou podobnou rýchlosti svetla. Janka cestuje na hviezdu vzdialenú 15 svetelných rokov, rýchlosťou 0,9*c (c =rýchlosť svetla). Janke sa však po zdolaní tejto cesty cnie za sestrou Dankou, preto hneď po prílete na hviezdu cestuje späť na Zem. Janka dorazí šťastná a zdravá, avšak niečo sa zmenilo.

Danka bola celý čas na Zemi, dosiahla vek, ktorý sa rovná dĺžke výletu sestry Janky z pohľadu Danky:

  • -dráha na hviezdu a späť s=15*2
  • -rýchlosť cesty v=0,9*c (c=rýchlosť svetla)
  • -dĺžka výletu: t=s/v =30/0,9 =33,3 rokov.

Danka teda dosiahla vek 33 rokov. Keďže je Janka jej dvojča, mala by mať logicky tak isto 33 rokov:

  • -vek Janky

Keď sa na zemi obe dvojčatá znova stretli, Danka mala 33 rokov, ale Janka mala len 14 rokov.

O čarovnej rúrke

   Existuje mnoho podobných myšlienkových javov, no veľmi sa mi páči tiež príklad o špeciálnej rúrke a guličke. Ak by sme túto rúrku „začarovali“ a bola by schopná posúvať v sebe predmety rýchlejšie ako je rýchlosť svetla, nestačili by sme sa čudovať, čo by sa začalo diať. Ak by sme do takejto rúrky vhodili guľôčku, preletela by ňou rýchlosťou väčšou ako je rýchlosť svetla. Čo by sa stalo, ak by tento jav sledoval náš kamarát Jožo z druhej strany? Skôr ako by sme vhodili guľôčku do rúrky, Jožo by ju videl už dávno vypadnúť na druhej strane. V spojitosti s týmto príkladom si predstavme vlak frčiaci z tokia rýchlosťou väčšou ako je rýchlosť svetla. Teoreticky by tento vlak bol neviditeľný, pretože by ho svetlo nikdy nedobehlo a teda, nemohli by sme ho vidieť.

O tachyónovom telefóne

   Tachyón je hypotetická častica, ktorá sa pohybuje rýchlejšie ako svetlo, avšak nevie sa, či takáto častica existuje –ak skutočne jestvuje, nikdy ju nikto neuvidí (pohybuje sa rychlejšie ako svetlo). Ak by však teoreticky existovala a vytvoril by sa z takýchto častíc telefón, začali by sa diať veľmi čudné veci. Ak by cez tento telefón zavolal Janíčko Marienke : „Ahoj, ako sa máš?“, Marienka odpovie „Veľmi dobre!“ ešte skôr, ako dostane otázku.

   Aby sme sa však vyhli podobným scenárom, ktoré sa javia ako výplody fantázie z nie triezvej hlavy, veríme, že sa nič nemôže pohybovať rýchlejšie ako svetlo a tieto kauzality sa nemôžu narušiť. Spomenieme si znova na príklad Danky a Janky. Nesmieme zabúdať na Galileiho princíp relativity, ktorý vyjadruje, že nemožno jednoznačne povedať, čo sa pohybuje. Či sa pohybuje Danka, alebo Janka, pretože všetko to záleží od pozorovateľa. Ak sa Maťko v MHD pozerá von oknom na stojaceho Kubka, Kubko môže tvrdiť, že sa pohybuje Maťko a on stojí, no Maťko môže tvrdiť pravý opak –on stojí a Kubko sa pohybuje. Tak isto hodinky v kozmickej lodi pri Janke sa pohybovali pomalšie, ako hodinky na Zemi u Danky. Avšak oboje hodinky sa pohybujú rovnako a pritom rozdieľne –záleží to od pozorovateľa. Janka vidí Dankine hodinky spomaľovať a Danka vidí Jankine hodinky zrýchľovať. Táto pravda záleží od pozorovateľa a každý vidí to svoje. A teda naskytuje sa nám otázka, kto bude teda mladší a kto bude starší, ak sa oboje dvojčatá stretnú. Danke sa bude zdať Janka mladšia a Janke sa bude zdať mladšia Danka. Pre zjednoduchšenie predpokladáme, že raketa ide celú dobu rovnomerne, avšak veľmi dôležitý je fakt zrýchlenia a brzdenia rakety pri otáčaní sa. Zaiste poznáte pocit, keď idete v aute a prudko zabrzdíte. Cítite, ako vás niečo potiahne dopredu. Tak isto, ak zrýchlite, cítite ako vás sila tlačí k sedadlu. Podobne je to i pri tomto príklade. Janka v okamihu, keď zrýchľuje pri štarte a spomaľuje pri brzdení pociťuje energiu, ktorú Danka na Zemi nepociťuje. Táto energia je na nerozoznanie od gravitácie. Niekto by mohol namietať, že na Zemi je pochopiteľne gravitácia, no môžeme tento fakt zanedbať, lebo Danku na Zemi si môžeme predstaviť aj ako Danku v rakete, ktorá stojí na mieste. V tomto prípade na ňu žiadna gravitácia nepôsobí.  Janka v okamihu brzdenia rakety pociťuje energiu, ako keby stála na fiktívnej planéte. Dankine hodinky pôjdu rýchlejšie a Jankine pomalšie, v dôsledku fiktívnej gravitácie. Efekty špeciálnej a všeobecnej teórie relativity sa začnú navzájom biť a preváži silnejší efekt nad slabším. Výsledkom je fakt, že z pohľadu Janky pôjdu Dankine hodinky dopredu. Obe dvojčatá sa takto zhodnú, že mladšia bude Janka.

Teória relativity v praxi

   Záverom spomeniem len jeden príklad, ktorý pozná zaiste každý z nás, ako sa teória relativity využíva v praxi. Ide o GPS, teda navigačný systém, ktorý je tvorený satelitmi nad Zemou. Satelit vysiela signál, ktorý prijme GPS prijímač a ten vie vypočítať presné súradnice na základe času cestovania signálu. Je samozrejmé, že pre presné súradnice musíme veľmi presne merať čas. Ako sme si už hovorili, hodinky na satelite pôjdu pomalšie ako hodinky stojace na Zemi, kvôli veľkým rýchlostiam satelitu. Ide presne o oneskorenie 7 mikrosekúnd za deň. Avšak kvôli zemskej gravitácii by hodinky v satelite mali ísť rýchlejšie ako na Zemi, presne o 46 mikrosekúnd za deň. Oba protichodné efekty spôsobia to, že satelitné hodinky budú v skutočnosti predbiehať o 39 mikrosekund za deň a aj takéto malé rozdiely spôsobia nepresné určenie súradníc. Bez poznania teórie relativity by GPS bolo tak nepresné, že by sa nedalo používať. Teória relativity však opisuje ďalšie mnohé javy, súviciac s čiernými dierami, gravitačnou šošovkou a celkovo pochopením vesmírnych zákonov.

Dúfam,  že sa vám tento článok páčil. Snažil som sa opísať skútočne len základy tejto teórie a urobiť článok čo najviac zaujímavý, preto som ho okrátil o zbytočné vzorce a detaily, ktoré obyčajnému človeku nič nehovoria, článok nemá slúžiť ako zdroj informácií, ale má len charakter učitej zaujímavosti.

Páčil sa Vám tento článok? Pridajte si blogera medzi obľúbených a my Vám pošleme email keď napíše ďalší článok
Pridaj k obľúbeným

Hlavné správy

SVET

Populisti získajú, euro môže skončiť. O čom rozhodli Taliani

V Rakúsku populizmus prehral, v Taliansku mu môže rezignácia premiéra pomôcť. Neúspešné referendum vystrašilo trhy.

KOMENTÁRE

Renzi dal sám sebe mat. Dostala ho aj Európa?

Taliansky výsledok je politicky nepomerne ďalekonosnejší než rakúsky.

DOMOV

Javorčíková: Harabinova skupina zdevastovala dôveru v súdy

Dôvera v súdnictvo mierne stúpla.


Už ste čítali?