O 140 rokov starom nevysvetlenom a nepochopenom probléme fyziky

Písmo: A- | A+

Tohto roku uplynie 140 rokov od Michelsonovho-Morleyovho experimentu (1881), ktorého negatívny výsledok „zalomcoval“ vtedajšou fyzikou. A neschopnosť, tento výsledok rozumne vysvetliť, pretrváva (na jej škodu) až do súčasnosti.

 Cieľom experimentu bolo overiť existenciu tzv. éteru – prostredia, ktoré malo (podľa vtedajších dosť rozšírených predstáv) umožňovať šírenie svetla, a tiež či éter nevplýva na toto šírenie minimálne v blízkom okolí Zeme. Michelson očakával, že sa mu dokonca podarí preukázať pohyb Zeme vzhľadom na éter, a to vďaka jeho vynálezu interferometra - výnimočne presného optického zariadenia. Ale jeho očakávania sa nenaplnili. Pohyb Zeme v svetovom priestore, hoci vieme, že Zem sa vesmírom naisto pohybuje, sa nepodarilo preukázať ani pomocou Michelsonovho interferometra.

 Princíp Michelsonovho-Morleyovho experimentu je všeobecne známy. Koherentný zväzok monochromatických svetelných lúčov sa najprv, pomocou polopriepustného zrkadla, rozdelí na dva navzájom kolmé zväzky, ktoré sa po prekonaní určených dráh opäť spoja a odrazia do okulára, v ktorom by (za určitých predpokladov) mala byť pozorovaná ich interferencia.

 Prvý raz som o tomto experimente napísal článok „K 110. výročiu Michelsonovho-Morleyovho experimentu“, ktorý bol uverejnený v Technických novinách v r. 1991. Ako zástanca myšlienky, že „všetko so všetkým súvisí“, som venoval značnú pozornosť sklonu polopriepustných zrkadiel využívaných v experimente, v súvislosti s optickým zákonom o rovnosti uhlov dopadu a odrazu svetlených lúčov na rovinnej ploche.

 Ak uvažujeme použitú aparatúru v experimente za nehybnú, sklon zrkadiel 45° na pôvodný smer pohybu svetelných lúčov vyhovuje. Ak však uvažujeme aparatúru v pohybe, mohlo sa teoreticky stať, že uhly dopadu a odrazu svetelných lúčov by boli iné. Pravda, v takom prípade by experiment úplne zlyhal. To sa nestalo. Stalo sa však to, že experiment „zlyhal“ úplne iným spôsobom, keďže nedošlo k očakávanej interferencii svetelných lúčov, ktoré po rozdelení zo spoločného zväzku prekonali či už rovnaké alebo rôzne dlhé dráhy.

 A hoci sa dnes fyzici-„vedátori“ tvária, že tento neočakávaný výsledok experimentu medzičasom uspokojivo vysvetlili, problém v skutočnosti pretrváva. Nepohol s ním ani Einstein. Ani za tú cenu, že pristúpil na špekulácie matematickej povahy z myšlienkovej dielne iných autorov o vplyve (relatívnej) rýchlosti na okolitý priestor, ba dokonca aj na čas. Je priam úsmevné, že - hoci nemal žiadnu reálnu predstavu o podstate fyzikálneho fenoménu, akým je čas - zaviedol bizarnú (a nepredstaviteľnú) predstavu akéhosi priestoročasu, ktorú dnešní vedátori-fyzici (na spôsob politikov, v politických otázkach) „podľa svojho najlepšieho vedomia a svedomia“ plne akceptujú.

 Einstein, aby obhájil neobhájiteľné, uchyľoval sa aj k myšlienkovým experimentom, ktoré sú viac názorné ako formálny matematický aparát rôznych „za vlasy pritiahnutých“ teórií.

 Osobne sa mi však nechce veľmi veriť, že bol tak hlúpy, žeby si neuvedomoval sporné momenty v nich sa vyskytujúce. Z určitých dôvodov, o ktorých sa nechcem domýšľať, však o nich pomlčal. Mám teraz na mysli predovšetkým jeho notoricky známy myšlienkový experiment s pozorovaním dvoch bleskov dvomi pozorovateľmi, z ktorých sa jeden nachádza v idúcom vlaku a druhý stojí vedľa železničnej trate.

 V súvislosti s tým dávam čitateľovi opäť do pozornosti svoj článok [1]. V ňom som v značnej miere čerpal z textu populárno-náučného dielka amerického matematika a spisovateľa Martina Gardnera (1914 – 2010) [2] „Teória relativity pre milióny“ (u nás vyšlo v nakladateľstve ALFA, Bratislava 1969).

 Hneď v prvej kapitole „Absolútne alebo relatívne“ uvádza prípad chybného myšlienkového experimentu francúzskeho matematika, fyzika a filozofa, člena Parížskej akadémie vied Julesa Henri Poincaréa (1854 - 1912) [3], ktorý – obrazne povedané – „dýchal Einsteinovi na chrbát“, a to aj ohľadne (špeciálnej) teórie relativity.

 Poincaréa napadlo, že keby sa rozmery vesmíru (v zmysle objektívnej reality) menili jednotným spôsobom, že by sme takéto niečo nemali šancu postrehnúť. Ale „kopol sa“ - a to poriadne – napriek tomu, že racionálne argumenty proti tomuto nápadu boli veľmi jednoduché. Už len tento jeden prípad by mohol byť pre nás dostatočnou výstrahou, aby sme sa snažili byť v strehu pred akýmkoľvek myšlienkovým experimentom, nech by bol jeho autorom neviem aký super-inteligentný človek. Dovolím si pripomenúť časť výroku českého intelektuála Jana Wericha (1905 – 1980)[4]: „ ... aj výplod zdravého mozgu sa môže ukázať ako neskutočná sprostosť.“

 Martin Gardner stručne rozoberá možné dôvody negatívneho výsledku Michelsonovho-Morleyovho experimentu v poradí, v akom vznikali. Akýmsi riadením osudu sa napokon presadila koncepcia, využívajúca matematické vzťahy Lorentzovej transformácie (Hendrik Lorentz, 1853 – 1928) [5], ktoré zrodili dvojicu fyzikálno-filozofických pojmov „kontrakcia dĺžky“ a „dilatácia času“.

 Hodno poznamenať, že zdôvodniť obidva tieto „fenomény“ názorným alebo aspoň logicky prijateľným spôsobom, vtedy na to nikto nemal, a dodnes sa ani nikto taký nenašiel.

 Einstein neodolal pokušeniu a vymyslel myšlienkový experiment, ktorým sa snažil dokázať, že čas je niečo iné, ako si intuitívne myslíme. Že jedny a tie isté udalosti sa (vraj) môžu udiať v rôznych časoch, podľa toho, v ktorej vzťažnej súradnicovej sústave ich vnímame. 

Ilustrovaný popis Einsteinovho myšlienkového experimentu s pozorovaním dvoch bleskov. Prevzaté z knihy M.Gardner: Teória relativity pre milióny. ALFA, Bratislava 1969.
Ilustrovaný popis Einsteinovho myšlienkového experimentu s pozorovaním dvoch bleskov. Prevzaté z knihy M.Gardner: Teória relativity pre milióny. ALFA, Bratislava 1969. (zdroj: REPRODUKCIA: F. Cudziš)

 Popis tohto experimentu z pera M. Gardnera je uvedený aj v článku [1]. Ak by si ho však niekto z laických čitateľov chcel skopírovať za účelom konzultácie jeho obsahu s nejakým odborníkom, z dôvodu čitateľského komfortu ho uvádzam znova. -

 » „Predstavte si,“ hovoril (vraj, Einstein – pozn. autora), „pozorovateľa M stojaceho vedľa železničnej trate. V určitej vzdialenosti pozdĺž trate je bod A. V tej istej vzdialenosti proti smeru pohybu vlaku sa nachádza bod, ktorý označíme B. Blesk udrie vedľa železnice súčasne v bode A a v bode B. Pozorovateľ zistí, že tieto udalosti sa stali súčasne, pretože vidí dva blesky v tom istom časovom okamihu. Nachádza sa presne v strede medzi bleskami, a pretože svetlo sa šíri konštantnou rýchlosťou, usúdi, že blesky udreli súčasne v oboch bodoch.

 Teraz uvažujme takýto prípad.

 Keď udrú obidva blesky, vlak sa práve pohybuje veľkou rýchlosťou po trati v smere od bodu A k bodu B. V momente, keď sa zablyskne, pozorovateľ vo vlaku - označíme ho M´- je práve oproti pozorovateľovi M pri trati a pohybuje sa smerom k jednému z bleskov, vzďaľujúc sa od druhého blesku. Uvidí skôr blesk v bode B ako blesk v bode A. Pozorovateľ M´, ktorý sa nachádza vo vlaku, vie, že sa pohybuje a berie ohľad na rýchlosť svetla, ktorá je stála, urobí si uzáver, že oba blesky vznikli súčasne. Všetko je dosiaľ v poriadku.

 Ale podľa dvoch základných postulátov špeciálnej teórie (overených Michelsonovým-Morleyovým experimentom) (!) môžeme tak isto uvažovať, že vlak je v pokoji, zatiaľ čo sa Zem rýchlo pohybuje naspäť. Z tohto hľadiska pozorovateľ M´- vo vlaku - si urobí uzáver, že blesk v bode B skutočne vznikol skôr ako blesk v bode A, teda presne tak, ako ich pozoroval. Okrem toho vie, že sa nachádza práve v strede medzi dvoma bleskami, a pretože sa považuje za nepohyblivého, musí usúdiť, že blesk, ktorý uvidel ako prvý, vznikol skôr ako ten, ktorý uvidel ako druhý.

 Pozorovateľ M na Zemi musí súhlasiť. Pravda, videl blesky súčasne, ale teraz je v situácii, že musí uvažovať, ako keby sa pohyboval. Keď berie ohľad na rýchlosť svetla a na skutočnosť, že sa pohybuje smerom k blesku v bode A a vzďaľuje sa od blesku v bode B, dospeje k záveru, že blesk v bode B musel vzniknúť skôr. « Koniec citátu.

 Už som bol napísal, že Einstein bol majstrom (akoby) „šerosvitu vo fyzike“. – Všímal si len to, čo sa mu hodilo, a zanedbával čo sa mu nehodilo.

 Venujme pozornosť obsahu tučno vyznačených viet v citáte. –

 Pozorovateľ M´, ktorý sa nachádza vo vlaku, vie, že SA POHYBUJE a BERIE OHĽAD NA RÝCHLOSŤ SVETLA, ktorá je stála...

 A to je všetko? - pýtam sa, lebo mne osobne tam (k jednoznačnosti popisu) ešte voľačo chýba. 

 V úvodnej časti myšlienkového experimentu sa tvrdí, že obidva blesky udreli súčasne a že pozorovateľ M pri trati, presne v strede úsečky AB, ich údery zaregistroval (prirodzene) ako súčasné. Len potiaľto je s výkladom všetko v poriadku. Ale s výhradou, že len toto nemôže byť všetko, čo je v tomto myšlienkovom experimente podstatné.

 Okrem toho, aj keď sa v popise experimentu o tom výslovne nehovorí – a to je zo strany takého fyzikálneho velikána ako Einstein chyba – treba uvažovať aj o ďalších (z fyzikálneho hľadiska) podstatných okolnostiach, ako je napr. farba bleskov.

 Principiálne by mohli nastať len dve možnosti: obidva blesky predstavujú zdroje svetla rovnakej alebo nerovnakej farby (t.j. svetla s rovnakou frekvenciou a rovnakou vlnovou dĺžkou alebo nerovnakou frekvenciou a nerovnakou vlnovou dĺžkou). Pozrime sa najprv na prvú možnosť.

 Pozorovateľ M pri trati, nachádzajúci sa v strede úsečky AB, zaregistroval súčasný úder bleskov v bodoch A a B, a to prostredníctvom ich svetla s rovnakou frekvenciou.

 Pozorovateľ M´ vo vlaku - bez ohľadu na to či si je vedomý svojho pohybu alebo nie – pretože „všetko so všetkým súvisí“ (a pohyb vlaku, v ktorom sa vezie, spôsobuje Dopplerov efekt [6] na ňom pozorovanom svetle od bleskov v bodoch A a B) – nutne zaregistruje svetlá s nerovnakou frekvenciou.

 Z rozdielnych frekvencií svetla bleskov, nameraných pozorovateľom M´, môže tento vypočítať jednak rýchlosť vlaku a tiež frekvenciu svetla, vnímanú pozorovateľom M, pretože rýchlosť „c“ je mu známa ako akási prírodná konštanta. Aj keď registroval úder blesku v bode B skôr ako úder blesku v bode A, výpočtami by sa mal dopracovať k výsledku, že sa udiali v rovnakom čase.

 Toto sú dôvody, prečo je pokračovanie popisu Einsteinovho myšlienkového experimentu s dvojicou bleskov irelevantné. Pozorovateľ M´ musí rešpektovať, že sprievodné fyzikálne javy (ktoré sa do Einsteinovej úvahy akosi nedostali) jednoznačne potvrdzujú, že SA POHYBUJE ON. Môže sa síce „stavať na hlavu“ a relativisticky predpokladať, že sa nachádza v pokoji – je mu to prd platné.

 Druhá časť uvedeného myšlienkového experimentu, vyznačená modrým písmom vonkoncom neprichádza do úvahy a, ako taká, je bezpredmetná. Einstein sa prosto „kopol“ podobne ako svojho času – v inom jednoduchom myšlienkovom experimente – Poincaré.

 Podľa druhej možnosti, totiž, že farba bleskov je nerovnaká, sa na situácii nič nemení. Pozorovateľ M pri trati vníma „reálne“ frekvencie svetla oboch bleskov, aj ich zaregistruje súčasne. Pozorovateľ M´ vo vlaku vníma frekvencie svetla oboch bleskov pozmenené dopplerovským efektom. Bez znalosti údajov nameraných pozorovateľom M však nemôže zistiť ani rýchlosť vlaku, v ktorom sa nachádza, ani časový sled bleskov.

 Predpokladám, že k tomuto môjmu článku sa asi nerozvinie žiadna rozsiahlejšia diskusia. Možno aj preto, že poniektorí „havkáči“ nemajú zaplatené predplatné SME.sk. Myslím si však, že nech by sa aj snažili napadnúť logiku analýzy predmetného Einsteinovho myšlienkového experimentu sebeviac, „nezavďačili“ by sa ani jemu ani (objektívnej) fyzike.

 Pramene:

[1] https://cudzis.blog.sme.sk/c/440346/einstein-casomerac.html

[2] https://sk.wikipedia.org/wiki/Martin_Gardner

[3] https://sk.wikipedia.org/wiki/Henri_Poincaré

[4] https://sk.wikipedia.org/wiki/Jan_Werich

[5] https://sk.wikipedia.org/wiki/Hendrik_Lorentz

[6] https://sk.wikipedia.org/wiki/Dopplerov_jav

  Do pozornosti stálym čitateľom mojich článkov:

 Vážení priatelia, v poslednej dobe dostávam do svoje e-mailovej schránky cufr@centrum.sk od facebooku zoznamy mien ľudí, ktorí by azda chceli so mnou komunikovať cez facebook. Za všetky ponuky na tento kontakt vám srdečne ďakujem, no (predbežne) zo - subjektívnych dôvodov - nechcem pobývať na facebooku, aj keď ponúka možnosť chatu. Preto každého, kto má záujem o nejaké doplňujúce informácie k mojim myšlienkam, alebo dokonca záujem o nejakú (aj jednorázovú) formu spolupráce so mnou, nateraz odkazujem na uvedený e-mailový kontakt. Dúfam, že vás to neurazí ani neodradí od vašich zámerov v súvislosti so mnou. Ďakujem vám za porozumenie.

Skryť Zatvoriť reklamu