//////

Archive for Kwiecień, 2010

Nauka jednak domaga się czegoś więcej: postuluje ona zasadę’ niezmienniczości, czyli inwariancji, orzeka­jącą, iż transformacja z jednego układu w drugi nie śmie igrać z żadnym prawem przyrody tylko dlatego, że tak byłoby wygodniej.Przytoczona wyżej transformacja matematyczna z pewnością przestrzega co do joty trzech newtonow­skich praw ruchu oraz zasady zachowania energii; i aż do połowy XIX wieku nikt się w niej niczego złego nie dopatrzył. Wtedy to James Clerk Maxwelł, kierując się eksperymentalnymi pracami Michaela Faraday a nad elektromagnetyzmem, wystąpił ze swy­mi równaniami, wedle których wszelkie promienio­wanie, ze światłem włącznie, rozchodzi się w postaci fal.

Oznacza to, że jeśli na dwor­cu błyśnie lampa i obaj, naczelnik i podróżny, zmierzą prędkość świata biegnącego zgodnie z kierunkiem po­ciągu, to powinni otrzymać ten sam wynik. (To samo dotyczyłoby światła z którejkolwiek z gwiazd.) Otóż kiedy zastosujemy równanie transformacji z przykła­du z „zamachowcami”, okaże się, że podróżny znaj­dzie dla prędkości tego światła mniejszą nieco war­tość niż wyliczona przez nieruchomego obserwatora (jeśli pominąć kwestię, jak sobie poradzi z pomiarem prędkości około 186 300 mil na sekundę). Jest to zgo­dne z najzwyklejszym doświadczeniem: gdy jeden sa­mochód jedzie z prędkością 40, a drugi przed nim z prędkością 50 mil na godzinę, wówczas ów drugi oddala się od pierwszego o 10 mil na godzinę. Oczy­wiste na pozór jest, że tak właśnie rzecz się ma przy wszelkim ruchu ciał, toteż fizycy w XIX wieku twierdzili, iż wszystko, cokolwiek sprzecznego z tym wypowiada Maxwell, musi być niesłuszne.

W roku 1887 zaprojektowano (Michelson i Morley) eksperyment w celu sprawdzenia, czy jest różnica w prędkości światła w różnych kierunkach. Jeśli dla obserwatora w ruchu prędkość światła jest odmień- na, to powinno by to być możliwe do wykazania; mie­rząc prędkości światła i porównując wynik z warto­ścią, jaką daje teoria Maxwella, określono by pręd­kość Ziemi w przestrzeni. Innymi słowy: powinno być możliwe wykrycie ruchu absolutnego. Jeśli weźmiemy pod uwagę światło promienia bie­gnącego w kierunku ruchu Ziemi oraz promienia pro­stopadłego do tego kierunku, to powinno okazać się możliwe wykrycie ruchu absolutnego, jeśli zaś pra­widłowe są bezwzględne pojęcia przestrzeni i czasu, to Maxwell jest z pewnością w błędzie. Michelson i Morley zmierzyli doświadczalnie oba promienie i otrzymali rezultat, który oznaczał, że albo Ziemia znajduje się w bezruchu, albo Maxwell musi mieć słuszność.

Ta sprzeczność w fizyce klasycznej pogłębiała tylko zamęt, dopóki (dopiero w roku 1905) Albert Einstein nie przedstawił rozwiązania. Przyjął on jako wyj­ściowe dwa zasadnicze założenia. Po pierwsze, że wszystkie prawa przyrody pozostać muszą bez zmia­ny przy przejściu z danego układu do innego, który porusza się wobec pierwszego z prędkością jednostaj­ną, czyli zasadę niezmienniczości. Jeśli równania transformacji mają za podstawę prawidłową koncep­cję przestrzeni i czasu, natomiast to, co uznano za prawdę, nie spełnia zasady niezmienniczości, wówczas trzeba owo tak zwane prawo skorygować w ten spo­sób, aby zasadę spełniało. Drugie założenie, które dla Einsteina było ze względu na wynik eksperymentu Michelsona-Morleya stwierdzeniem faktu, stanowiło, iż prędkość światła jest dla wszystkich obserwatorów taka sama. Wychodząc z tych założeń Einstein sfor­mułował nowy układ równań transformacyjnych, któ­re jednoczą przestrzeń i czas w kontinuum czćisoprzestrzeni.

 

Wprawdzie będzie to tak, jak gdyby ktoś chciał mie­rzyć w angstremach (jednostkach długości fal świetl­nych) swój obwód w pasie, niemniej do porównania klasycznej absolutnej przestrzeni i absolutnego czasu ze względnością czasoprzestrzeni posłuży nam raz je­szcze przykład z „zamachowcami”. Jak widzieliśmy, odległość między dwoma wybuchami powinna była być taka sama dla obu obserwatorów, poruszającego się i nieruchomego, i to samo powinno było dotyczyć od­stępu czasu między tymi zdarzeniami. W teorii względności już tak nie jest, ponieważ odległości i od­stępy czasu zmieniają się wraz z prędkością obserwa­torów. Istnieje wszakże pewien interwał czasoprze­strzenny między zdarzeniami, który jest dla wszyst­kich obserwatorów taki sam. Obojętne, gdzie się znaj­dują i jak szybko się poruszają, „nie wychodzą spod prawa”.




PC
Polecane