Vždycky, když čtu nějakou učebnici, která je málo srozumitelná, a takových je dost ve všech vědních oborech, je mi jasno, že autor je především proto nesrozumitelný, protože sám věci mnoho nerozumí a většinu svých argumentů opisuje nebo chová v paměti jako axiómy.

Sladké jho - Karel Makoň (1912-1993)

Teorie relativity má první část, kterou Albert Einstein zveřejnil roku 1905 a také ji prosadil [1]. Náročnější pokračování pak vytvořil v desátých letech 20. století – obecnou teorii. Název teorie relativity zavedl roku 1906 Max Planck.

První z obou teorií získala přízvisko speciální; týká se jen některých soustav. Těch, které nejsou poháněné k větší rychlosti, ani nejsou brzděné. Proto se jejich pohybové souvislosti uvažují snadněji než u akcelerujících soustav. Brzdění lze vysvětlit například odhazováním závaží směrem dopředu, tedy ve směru pohybu. Soustavou je, dejme tomu, kosmický koráb nebo i oběžnice.

Speciální teorie relativity (STR) zavedla zpomalování času, jež při pohybu postihuje naprosto vše. Jak hodiny, tak stárnutí hmoty a chod organismu tvora. K výpočtům užívá vztahů středoškolské matematiky. Navíc objektům počítá změnu hmotnosti a dokonce i délky jeho okolí, a to podle rychlosti pohybu. Změny délky a času by mohly být základem, který by mohl přispívat k hledání podstaty celého Vesmíru.

Zpomalování času se projevilo v technice dvacátého století. Například vakuová obrazovka, kterou ještě pamatujeme, využívá urychlené elektrony. Svou rychlostí bývají trochu ovlivněné relativistickým zpožděním času, ačkoliv se rychlosti světla – téměř třem stům tisíců km/s – nepřiblíží. Zásadní zpomalení času pak mají částice v obrovských fyzikálních přístrojích – v urychlovačích částic.

Družice systému GPS létají rychlostí asi 3,3 km/s. Časový rozdíl proti Zemi činí za hodinu 180 nanosekund. To je 0,000.000.180 sekundy. Určení vzdálenosti by tak, bez opravy, zkreslily o 50 metrů. [2]

Obr. 1. Minkowského graf

Obr. 1. Minkowského graf. Nepohyblivý pozorovatel, hvězdolet a foton vycházejí ze společného časoprostorového počátku. Hvězdolet urazil 300.000 km za tři pozemské sekundy

Minkowského graf bývá základem vysvětlování STR. Zdůrazňuje nejvyšší obhajitelnou rychlost pohybu. Nejrychlejší pohyb má foton, a víc skloněná pohybová čára se už nevyskytne. Toto omezení ukazuje žlutá plocha v zavedeném časoprostoru. Poznatek je srozumitelný i bez výpočetní obhajoby.

Minkowski zvýraznil vzájemnou závislost času a pohybu, čímž založil pojem časoprostoru. Obě veličiny jsou propojené; řekněme jako dvojitý rybí měchýř. Když je jedna z nich velmi velká, pak ta druhá je velmi malá. V našich malých rychlostech změny času nepozorujeme.

Čas

Minkovského graf neukazuje rovnocennost času a prostoru, jež bývá v STR zmiňována. K vysvětlení STR je vhodný také jiný graf. Je souměrný; na svislé ose nanáší čas tělesa a na vodorovné jeho pohyb prostorem (obr. 2).

Obr. 2. Souměrný graf časoprostoru

Obr. 2. Souměrný graf časoprostoru. Vlastní (zpomalený) čas objektů lze najít na svislé ose (viz obr. 3)

Rostoucí kružnice určuje vzájemnou závislost času a délky. Hmotný objekt se vždy nachází na jejím obvodě. Věda zdůrazňuje Minkowského graf, který popisuje mezní rychlost pohybu – 300.000 km/s (obr. 1). Nemá však výhodu souměrného grafu – neumožní odečet zpomaleného času. Nýbrž děje ukazuje v pozemském čase.

Nejrychleji plyne čas postavě, jež se prostorem nepřesunuje – zakreslena na svislé ose. Naopak nejpomalejší, zastavený čas, přísluší fotonu – částici světla. Rozkmitané „cosi“ letí prostorem největší známou rychlostí. Sestavu fotonu dosud fyzika nepopisuje.

Když na Zemi uplynul čas 3 sekundy, uletěl hvězdolet dráhu 300.000 km (obr. 3). Jeho vlastní čas je pomalejší, jen 2,8 sekundy ukazuje graf. Foton přitom uletěl vzdálenost 900.000 km. Měření času v hvězdoletu a u stojící postavy dává odlišné údaje. V něm jsou děje pomalejší.

Obr. 3

Obr. 3. Vlastní (zpomalený) čas objektů v pohybu se vynáší na svislou osu souměrného obrázku

Časoprostor

Proč kružnice stále roste?

Vesmír hlídá – určuje nárůst času a spojuje ho s pohybem prostorem. Obě veličiny jsou podřízené, či snad společně vytvářejí – růst časoprostorové kružnice. Dosud fyzika neurčuje příčinu této propojenosti. Můžeme ji hledat v neznámé veličině, jejíž přírůstky stále poskytuje naší hmotě jakýsi skrytý zdroj. Dovoluje buď nárůst času, nebo pohyb.

Popsané poznatky prosadila do našeho poznání Einsteinova teorie relativity. S přínosem Minkowského a s mnoha odbornými diskusemi dalších desetiletí. Její souvislosti nám nejsou průkazné například za letu letadla, v rychlosti 900 km/h. Srovnáním hodin z letadla a z cílového letiště změnu nezjistíme. Naše hodinky, při nevelké rychlosti, nepodlehnou nějaké měřitelné změně.

Relativita

Náročnost Einsteinovy fyziky je zesílena pojmem relativity. Ta určuje, že všechna měření času, v zavedených soustavách, mají být rovnocenná.

Jenže se nabízí i jinak. Co když základní – nejpomalejší čas patří nějakému objektu, jenž zůstal v místě velkého třesku bez pohybu? Na místě, odkud se veškerá hmota měla dát do pohybu.

Škoda spekulovat, když poznání je zde ještě příliš blízko svému začátku. Například hlouběji skryté názory naznačují, že každá hvězdná soustava má mít svou odlišnou časoprostorovou podstatu.

Současnost

Speciální teorie relativity bývá představovaná jako nauka, která nedbá současnosti. Jaká to současnost, když každá soustava může mít svůj odlišný čas? Přesto lze pojem “přitom” obhajovat.

Nadřazenou současnost více objektů nabízí souměrný diagram (obr. 2obr. 3). Časy objektů, vzešlých ze společného časoprostorového počátku, jsou odlišné, a přece zvažuji jejich současnost – nacházejí se společně na obvodě téže kružnice.

STR současnost odmítá – nejen pro soustavy v různých rychlostech pohybu. Zdůrazňuje omezenou rychlost elektromagnetických signálů, jež ztěžuje sdělování například mezi Zemí a Měsícem. Vždyť co současného se děje v kterékoliv vzdálenosti, to nám hmota nesděluje. I v rámci jediné soustavy, pro objekty neměnící svou vzdálenost, přichází informace opožděná.

Kde žijeme?

Už roku 1905 speciální teorie relativity nabídla, svým Lorentzovým přepočetním vzorcem – pochybnosti nad Euklidovým světem. Každý pohyb značí nejen změnu času, ale i proměnlivé délky – v našich malých rychlostech ovšem neměřitelně malé. Vliv změny délky se projeví u částice, jež vlétá do ovzduší z kosmu a zanikne kupodivu později, než když se nachází na Zemi bez rychlého pohybu. Proletí nečekaně dlouhou dráhu.

Nežijeme-li v jednoduchém lineárním světě, pak odkud lze brát názory na náš svět? Kterým lidským smyslem? Rozum, je-li jedním z dalších smyslů, to asi není. Vždyť ten nás vede k lineárnímu rozložení hmoty v prostoru, a dosud neřeší příčiny často chybějících výpočetních výsledků [3]. Smiřuje se s jejich iracionalitou – a to bez jakéhokoliv zdůvodnění.

Odkazy

[1] Animovaná ukázka Speciální teorie relativity, dle současné vědy
[2] Přesnost atomových hodin, GPS a teorie relativity – Vladimír Wagner
[3]
Rozkošná Maja v geometrii – Bohumír Tichánek

Věda získala velké množství poznatků o hmotném světě a to využitím matematiky, kterou odvozuje z Euklidova geometrického prostoru. Poznatky často bývají jen zaokrouhlené, takže Vesmír popisují nepřesně. Přesto umožnily úžasný technický pokrok. Může snad technika uvažovat, že by nečekaným postupem něco poskytla ve prospěch vědy – oplatila jí něčím jiným než přístroji?

Náš život se nachází ve smyslových zážitcích. Pak vytvoření mechanického modelu, a to z matematických výsledků, zvyšuje důvěryhodnost lidského poznání. Zkouším využívat tohoto postupu k posouzení speciální teorie relativity.

* * *


Někteří lidé, věřící v nadřazenou bytost a nebo naopak přesvědčení o hmotě jako základu všeho, předpokládají nepochopitelnost Vesmíru. Anonymní diskutující se onehdy vyjádřil:

“Bůh si to všechno pojistil, kdybychom chtěli “nahlédnout za oponu” a zneužít to. Jinak řečeno, máte pravdu, že svět je poznatelný, ale jen zcela omezeně, dodávám já.”

Narozdíl od anonymního věřícího přepokládám – obávám se, že omezení si věda stanovuje sama. Například nenacházím, že by fyzika nastolovala hledání příčiny – proč se časoprostor rovnoměrně rozvíjí, roste. Fyzika nesleduje, nezavádí souměrný graf časoprostoru – zobrazený v minulém dílu, rozdílný od Minkowského (obr. 4). Graf nabízí hledat, co je příčinou rovnoměrného zvětšování kružnice. Kdežto Minkowského graf ukazuje růst časoprostoru jednoduše – neustálým zvedáním vodorovné přímky na časové ose. Čas postupuje, to přece víme – a pak hledání nezbytné příčiny nedoceňujeme.

Obr. 4. Diagramy Minkowského a souměrný

Obr. 4. Diagramy Minkowského a souměrný. (Totéž obr. 1 a obr. 3)

Na hmotné objekty působí nějaká veličina, jež propojuje nárůst času a pohybu. Proč je růst v souměrném grafu omezený kružnicí?

Otázku opakuji z předchozího dílu STR – po 108 letech (1.). Časoprostor ovládá čas a prostor tak, aby při pohybu byl čas pomalejší. A přiblížením k rychlosti světla se čas skoro zastaví.

Kyvadlové hodiny

Další fázovaný obrázek vkládá do souměrného grafu kyvadlové hodiny (obr. 5). Na svislé ose jsou umístěné objekty, jež se nikam nepřesunují. Tamní hodiny ukazují, že čas postupuje rychleji, než na hodinách, umístěných nízko na obvodě kružnice – zřejmě na palubě kosmického korábu v podsvětelné rychlosti. Na vodorovné ose hodiny nakreslené nejsou; ukazovaly by neměnnou hodnotu.

Obr. 5. Kyvadlové hodiny v souměrném grafu časoprostoru

Obr. 5. Kyvadlové hodiny v souměrném grafu časoprostoru

V předloženému obrázku nacházím jeden zádrhel, z hlediska fyziky. Na svislou osu patří výhradně předměty bez pohybu. Jejich čas postupuje nejrychleji. Jenže tamní čas nemůžou žádné hodiny naměřit. Hodiny, založené kterýmkoliv principem, mají vnitřní pohyb. Pak nalézat je na svislé ose souměrného grafu – to není výstižné. V atomových hodinách sice pohyblivé díly neuvidíme, přesto i ony nutně obsahují kmitající kousky hmoty.

Ať další hodiny obsahuje jedoucí rychlík; jejich údaje měří rychlý čas. Jsou nakreslené poblíž svislé osy (obr. 6). Napočítají 5 sekund. Kdežto hodiny na obou osách ukazují stále 0.

Obr. 6 Kyvadlové hodiny na svislé ose jsou bez pohybu

Obr. 6 Kyvadlové hodiny na svislé ose jsou bez pohybu

Sleduji logickou obhajitelnost souvislostí časoprostoru a to sledováním mechanického pohybu. Poznatky speciální teorie relativity ve spojitém prostoru vyžadují, aby hodiny na svislé a vodorovné ose stály, zatímco hodiny blížící se svislé ose jsou oprávněny jít stále rychleji. Princip jakýchkoliv hodin brání naměřit na svislé ose čas. Jejich pohyblivé části nelze na svislé ose uplatnit.

Je podivné, že nemožnost pohybu platí objektům na obou osách. Na vodorovné ose – světlu, vždyť má zastavený čas. A stejně tak na svislé ose časové k pohybům nedochází, už z podstaty časoprostoru. Z jednoho pohledu je vše v pořádku; výpočetní vztah sděluje zastavení času. My však čas měříme hodinami, takže přístupem mechanického modelu vnímám jistý rozpor. Zkusím ho využít v dalším posuzování, jakým mechanismem by asi časoprostor mohl zajišťovat Lorentzův přepočet času a prostoru.

Základní rovnici speciální teorie relativity, jež dle rychlosti pohybu rozděluje přírůstky času a délky, sestavil Holanďan A. H. Lorentz (1853 – 1928). Před ním Fitzgerald, k poznání přispěl i Poincaré.

Rozpor netuším přímo v poznatcích speciální teorie relativity, nýbrž v chybějící definici času. A naopak, tento rozpor časoměrných zařízení může směřovat i k upřesnění názoru na čas. K nějaké možnosti jeho fyzikálního popisu.

Dokud newtonovský čas probíhal nezávisle, pak šlo o pouhé střídání dějů. Kdežto souvislost s rychlostí pohybu, prokázaná ve 20. století, ta času přiděluje určitou vlastnost. Ukázalo se, že čas není pouhým vrstvením hmotných událostí.

Příklad paradoxu STR

Přepravní transportér má dlouhou ocelovou konstrukci. Gumový pás konstrukci obemyká a délka jeho obvodu je víc než dvojnásobná (obr. 7).

Obr. 7. Transportér [převzato z 4]

Obr. 7. Transportér [převzato z 4]

Příklad STR uvažuje obrovskou, neskutečnou rychlost sunutí pásu. Přitom se, dle STR, pás změní; smrští se v celé své délce. Změna má být relativní; z hlediska mravenců na pásu se prodloužilo okolí. Ovšem zkrácení pásu vede k jeho přetržení, každopádně odmítá jeho bezesporný provoz. Vkládám vysvětlení vědy:

“Situace je paradoxní a zdá se odporovat relativistické kontrakci délek. Únik z paradoxu spočívá v uznání, že pohybující se pás není na transportéru sice zkrácen, je však napjat. V pásu se při pohybu objeví silové působení a pás se potřebně prodlouží. Překročí-li rychlost jistou mez závislou na materiálu pásu, pás se přetrhne a transportér nemůže fungovat.” [4]

Což o to, pás se může přetrhnout dynamickým přetížením, a tak lze uvažovat i dál.

Odkaz:
[4] Paradox transportéru – Relativistické paradoxy prostoročasu – Petr Kulhánek

Bohumír Tichánek
http://www.tichanek.cz/