Pokúsim sa to ukázať na príklade diela sira Isaaca Newtona (1643-1727).
Newton okrem iného sformuloval pre mechaniku tri mimoriadne užitočné zákony o pohybe a tiež všeobecný gravitačný zákon, významný pre tzv. nebeskú mechaniku.
Tisíce a milióny ľudí pred ním videli, ako sa pohybujú reálne telesá v pozemskom prostredí, ale dovtedy nikto nedokázal popísať pohyb takým spôsobom ako on. A podarilo sa mu to napriek tomu, že nepoznal pojem energie (alebo aspoň pojem kinetickej energie) ani nemal (aspoň základnú) predstavu o vnútornej látkovej štruktúre materiálnych telies (stavbe hmoty na úrovni atómov a molekúl). Ale dokázal sa vymaniť z dlho uznávaného predpokladu, že pohyb trvá len dovtedy, kým na pohybujúce sa teleso pôsobí nejaká reálna sila. Abstrahovaním vplyvu trecích síl na pohyb dospel k predstave zotrvačnosti telies.
Všetky tieto faktory zohrávajú pri pohybe veľmi dôležitú úlohu.
Newton zanalyzoval dovtedajšie poznatky o pohybe a generalizoval ich v troch známych pohybových zákonoch. Pri študovaní pohybov v rámci nebeskej mechaniky, pracoval s predpokladom, že rozmery planét, mesiacov alebo komét možno zanedbať a pracovať len s polohou ich ťažísk - "hmotných bodov", ktorým priraďoval všetku hmotnosť týchto astronomických objektov. Takýto kinematický prístup vo výpočtoch s využitím všeobecného gravitačného zákona sa osvedčil, takže nielen Newton ale ani jeho nasledovníci nevideli dôvod niečo na klasickej mechanike meniť.
Ak v dynamike niečo znepokojovalo neskorších fyzikov, bol to problém príčiny zotrvačnosti telies. V teórii gravitácie to zas bola - až mysticky vyznievajúca - predstava, že hmota je príčinou existencie gravitačnej sily, ktorá je schopná okamžite a príťažlivo pôsobiť na inú hmotnosť, nachádzajúcu sa v ľubovoľnej vzdialenosti.
Čo sa týka zotrvačnosti, napríklad Ernst Mach (1838-1916) vyslovil predpoklad, že zotrvačné vlastnosti telies určuje rozloženie hmoty a energie v celom priestore (vesmíru).
Načo však takto komplikovať v podstate jednoduchú vec?
Zotrvačnosť telies neznamená nič iné, len že ich pohybový stav sa nemení bez pôsobenia vonkajších síl. Inými slovami, každé teleso, na ktoré nepôsobia nijaké vonkajšie sily (resp. výslednica týchto síl je nulová), sa pohybuje rovnomerne priamočiaro. Takémuto inerciálnemu pohybu prislúcha konkrétna kinetická energia.
Za predpokladu, že (kinetická) energia chápaná ako reálna fyzikálna veličina je objektívnou mierou pohybu, je Newtonov prvý pohybový zákon - zákon zotrvačnosti - banálnym dôsledkom zákona zachovania kinetickej energie. Alebo azda dôsledkom zákona zachovania hybnosti, či dôsledkom platnosti oboch týchto zákonov v súbehu?
V súčasnosti sa vo fyzike považuje kinetická energia za relatívnu fyzikálnu veličinu.
Čo nás vedie k takému predpokladu, že kinetická energia je len fiktívne číslo, ktoré možno priraďovať pohybujúcim sa telesám v závislosti od ich hmotnosti a rýchlosti vzhľadom na ľubovolne zvolenú súradnicovú sústavu?
Predstavme si rovnú cestu, po ktorej idú v určitých odstupoch jedným smerom tri autá. Nech sú autá rovnako hmotné a nech sa pohybujú rovnomerným pohybom. Prvé nech má rýchlosť 20 m/s, druhé rýchlosť 30 m/s a tretie rýchlosť 10 m/s.
Povedzme, že v poslednom aute sedí pozorovateľ, ktorý pozoruje pohyb áut pred sebou, a to vzhľadom na súradnicovú sústavu spojenú so svojím autom. Vzhľadom na ňu (na tretie auto) ide prvé auto rýchlosťou 10 m/s a druhé rýchlosťou 20 m/s. Druhé auto doháňa prvé auto relatívnou rýchlosťou 10 m/s.
Nech pozorovateľ zvýši rýchlosť svojho auta (súradnicovej sústavy) na 15 m/s. Vzhľadom naň sa teraz bude pohybovať prvé auto rýchlosťou 5 m/s a druhé auto rýchlosťou 15 m/s, takže prvé auto je dobiehané druhým autom nezmenenou relatívnou rýchlosťou 10 m/s. Je len otázkou času, kedy dôjde v obidvoch prípadoch k stretu prvých dvoch áut, a síce nárazom druhého auta zozadu na to prvé.
Na prvý pohľad sa to môže zdať paradoxné, ale deformačná práca pri strete áut bude rovnako veľká v obidvoch prípadoch, pretože je priamo úmerná relatívnej rýchlosti približovania sa áut k sebe (10 m/s). Je to napokon logické - pohyb pozorovateľovho auta, ktoré nebolo účastníkom zrazu, predsa nemôže mať vplyv na veľkosť predmetnej deformačnej práce.
Hodnoty kinetickej energie zraziacich sa áut, ktoré vypočítal pozorovateľ v pomere 100:400 (v prvom prípade) a 25:225 (v druhom prípade) nemajú na priebeh zrazu žiaden vplyv. Takže sa môže zdať, že nazerať na kinetickú energiu telies ako na relatívnu fyzikálnu veličinu naozaj má svoje opodstatnenie.
Existujú však aj iné momenty fyzikálnej povahy, ktoré tento náhľad spochybňujú.
S prihliadnutím na "filozofickú pravdu", totiž, že celok má povahu svojich častí, možno o povahe energie pohybujúcich sa telies uvažovať aj ináč.
Objektívna platnosť zákona zachovania energie, ktorá podmieňuje nemožnosť zariadení typu perpetua mobile, umožňuje kvalitatívnu premenu rôznych foriem energie, a to kvantitatívne bezo zbytku. Napríklad mechanickú prácu možno premeniť na ekvivalentné množstvo tepla, žiarivej alebo elektrickej energie. Bolo by to možné, keby energia nemala povahu objektívnej fyzikálnej veličiny? - Sotva.
Teória kozmodriftu považuje energiu pohybu - kinetickú energiu - za základnú formu energie. Ako taká, energia sama osebe predstavuje dostatočný dôvod na zotrvačné správanie sa hmotných telies. Machov princíp je výrazom totálneho nepochopenia objektívnej reality.
Newton vo svojej dobe, pre nedostatočný stav poznania, potreboval existenciu fenoménu zotrvačnosti postulovať a urobil tak prostredníctvom svojho prvého pohybového zákona. Ako dnes tušíme, tento zákon je v skutočnosti len dôsledkom - prírodnou zákonitosťou - nadradenejšieho zákona, a to zákona zachovania objektívnej energie.
Druhý Newtonov pohybový zákon, zákon sily, má popri svojom kvantitatívnom vyjadrení vzťahu medzi zainteresovanými fyzikálnymi veličinami (silou, hmotnosťou, zrýchlením) aj kvalitatívne vyjadrenie v podobe "Sila je prejav vzájomného pôsobenia telies.". Preto, údajne, mal Newton nechuť k predstave okamžitého pôsobenia sily na diaľku - vo všeobecnosti nielen gravitačnej, ale napríklad aj magnetickej (a možno aj elektrostatickej) sily.
Vedľajším produktom kvalitatívnej definície sily je jeho zákon akcie a reakcie.
Newton vo svojom druhom pohybovom zákone kvantifikoval len tú stránku objektívnej skutočnosti, ohľadom pohybu telies, ktorá bola prístupná zmyslovému vnímaniu. To, čo vnímal ako pohyb reálnych telies, z pohľadu teórie kozmodriftu predstavuje len časť celkového pohybu, zviazaného s telesom, a to pohyb jeho formy.
Reálne telesá však okrem svojho vonkajšieho tvaru, vďaka ktorému vnímame ich pohyb, majú aj konkrétny obsah. Z dôvodu látkovej štruktúry je s telesom, a to aj v stave relatívneho pokoja, zviazané (či spojené) určité reálne množstvo vnútorného pohybu. Za vnútorný pohyb možno paušálne označiť každý pohyb, ktorý nepresahuje povrch telesa, napríklad tepelné kmity atómov alebo pohyb elektrónov vnútri atómov apod.
Teleso musí pozorovanej zmene svojho pohybu (pohybu formy) súčasne prispôsobovať aj svoje vnútorné pohyby (pohyb obsahu). Inými slovami, aby teleso - čo len o málo, celkom nepatrne - zmenilo svoj viditeľný pohyb, musí tomu prispôsobiť aj svoje vnútorné pohyby. Ale energia týchto jednotlivých vnútorných pohybov už nemá povahu relatívnej fyzikálnej veličiny. Nemožno ju totiž vzťahovať na ľubovolnú súradnicovú sústavu, ale iba na jedinú - unikátnu súradnicovú sústavu, spojenú s formou telesa. Jej množstvo je objektívne a je jednoznačným spôsobom závislé od pohybu (teda aj energie) formy telesa.
Aj to je vysvetľujúci dôvod, prečo teleso kladie prirodzený odpor proti zmene svojho pohybu, t.j. prečo sa prejavuje zotrvačne a prečo akcia vyvoláva reakciu.
Žiadne reálne teleso nezmení vplyvom pôsobiacej sily (pôsobením iných telies) pohybový stav svojej formy ani "o chlp", ak súčasne so zmenou pohybového stavu formy neprebieha aj adekvátna zmena pohybu obsahu.
Pretože sila je vlastne vzájomné pôsobenie telies, reakcia (napr. pomalšieho) telesa spôsobí, že rovnaký proces musí nastať aj u telesa (napr. rýchlejšieho), ktoré spôsobilo akciu (napr. nárazom). Pohyb telesa zodpovedného za "akciu" sa spomalí - primerane sa zmení energia pohybu jeho formy i obsahu. Pohyb telesa zodpovedného za "reakciu" sa zrýchli - a tým sa tiež primerane zmenia energie jeho formy i obsahu.
Súčet celkovej energie zraziacich sa telies sa zrazom nezmení, len sa patrične prerozdelí.
Poznáme taký špeciálny prípad pružného zrazu telies, napríklad dvoch biliardových gúľ, pri ktorých dôjde pôsobením silového impulzu k vzájomnej výmene ich hybnosti. Stáva sa, že biliardová guľa narazí určitou rýchlosťou na (rovnako hmotnú) guľu v (relatívnom) pokoji a zastane, prakticky na mieste zrazu. Predtým stojaca guľa sa rozbehne v smere impulzu, a to pôvodnou rýchlosťou prvej gule.
S prihliadnutím na vyššie uvedenú teóriu energie formy a obsahu pohybujúceho sa telesa, zrejme to nie je možné inak, iba že energia pohybu formy a pohybu obsahu telesa sú čo do množstva rovnako veľké.
Newton si neuvedomoval, ani nemal prečo, že vzájomné pôsobenie telies, teda sila, musí byť v skutočnosti dvojnásobne väčšia než si myslel, pretože súčasne mení pohybový stav formy i obsahu pozorovaného telesa.
Pri riešení úloh na pohyb však možno naďalej formálne postupovať tak, že si všímame len pohybové zmeny formy telesa, ktoré spôsobuje polovica "F" objektívnej sily o veľkosti "2F", teda môžeme pokojne pracovať so vzorcom "F = m.a" a nestarať sa o prácu druhej polovice tejto dvojnásobnej sily, konanej vnútri dotknutých telies.
Ibaže, ak som hovoril, že energia vnútorných pohybov v telese je daná objektívne vzhľadom na povrch, teda formu telesa, a ak sa majú tieto dve množstvá energie navzájom rovnať, nemožno (napr. kinetickú) energiu formy telesa vzťahovať na ľubovolne určenú súradnicovú sústavu. Ako som to vyššie ukázal na príklade s autami na ceste.
Energiu formy pohybujúceho sa telesa, aby sa rovnala jeho objektívnej vnútornej energii, treba vzťahovať na nejakú prirodzenú a pritom výnimočnú súradnicovú sústavu.
Je to súradnicová sústava, vzhľadom na ktorú sa objektívne pohybuje celá naša Zem, všetko na nej i v jej okolí, aj celá naša slnečná sústava.
Ak chceme túto súradnicovú sústavu poznať, postačí, ak dokážeme stanoviť napríklad objektívny pohyb Zeme. V teórii kozmodriftu ho označujem ako (vlastný) kozmodrift Zeme. Teda kozmodrift je ten objektívny pohyb, o ktorom celkom určite - podľa rôznych astronomických javov - vieme, že existuje, ale povedzme Einstein si myslel, že neexistuje experimentálny spôsob, ako ho zmerať. Paradoxne zabudol na relativistické správanie hmoty pri veľmi vysokých pozorovateľných rýchlostiach, ktoré tento obtiažny cieľ umožňuje splniť.
Pritom sa preslávil odvodením rovnice E = m.c(na druhú), ktorá udáva množstvo energie "E" naviazané na hmotu o hmotnosti "m", priamo úmerné druhej mocnine rýchlosti "c".
Odkiaľ sa vzalo tak veľké množstvo energie, naviazané na relatívne malé množstvo hmoty?
Podobne zaujímavý klam nastáva aj pri posudzovaní hmoty čo do množstva, teda pri určovaní hmotnosti reálnych telies.
V dávnej minulosti (ešte pred naším letopočtom) spôsob určovania hmotnosti telies vyriešili - nie fyzici ani matematici - ale kupci, ktorí predávali rôzne tovary za cenu, stanovenú pre jednotkové množstvo hmotnosti tovaru. Hmotnosť (nepriamo) určovali vážením. Pri vážení v bežných (pozemských) podmienkach však popri hmotnosti tovarov a závaží nevedomky porovnávali aj hybnosti a kinetické energie týchto telies (závaží, tovarov), a to na základe ich rovnakej váhy. Ale ak je váha vlastne sila, podmienená gravitáciou, a Zem sa počas váženia tovarov niekde na tržnici objektívne pohybuje svetovým priestorom, tu sa vlastne hmotnosť neporovnáva ani na základe rovnakých síl (rovnakých váh), ale na základe rovnakých výkonov týchto síl (váh).
My môžeme len usudzovať, že keď sú všetky spomenuté fyzikálne veličiny na obidvoch stranách rovnaké, že sa tam celkom určite nachádza aj rovnaké množstvo hmotnosti, a o to nám ide.
A teraz to zhrnime. -
Ukázal som, že celková energia objektívneho pohybu telesa, chápaná ako objektívna fyzikálna veličina, ktorej existencia podmieňuje fenomén zotrvačnosti (v zmysle zákona zotrvačnosti) i mechanizmus pôsobenia sily v zmysle zákona akcie a reakcie, je súčtom dvoch rovnako veľkých energií, a to energie pohybu formy telesa a energie pohybu obsahu telesa.
Objektívny pohyb telies na Zemi predurčuje kozmodriftový pohyb naše Zeme.
Už som predoslal v iných článkoch na blogu, že rýchlosť kozmodriftu "w" je rovná rýchlosti šírenia svetla vo vákuu "c" a že rýchlosť svetla je stála len vďaka tomu, že je relatívna (to zas vyplýva z iných fyzikálnych súvislostí).
Podľa toho, keby sme tvrdohlavo zostávali na klasickom ponímaní kinetickej energie telies, pri rýchlosti kozmodriftu "w = c" by mali mať telesá na zemskom povrchu energiu iba
W = ½.m.c(na druhú) , kde "m" je ich "univerzálna" hmotnosť,
čo je len polovičné množstvo oproti množstvu stanovenému Einsteinom. Ak však zohľadníme popri energii pohybu formy telesa aj rovnako veľké množstvo energie pohybu jeho obsahu, nastane zhoda s Einsteinovou rovnicou.
Toto je jeden z troch spôsobov, ako možno - takto, kvalitatívne, bez meraní - odvodiť rýchlosť kozmodriftu.
Oprávnenosť predpokladu, že v Newtonom stanovenom zákone sily v skutočnosti pôsobí dvojnásobne veľká sila, podporuje aj poznatok z inej oblasti ako z mechaniky alebo teórie gravitácie.
Ako vieme, Newton vykonal kus objavnej práce aj na poli optiky. Pri riešení otázky povahy svetla uvažoval o svetle ako o prúde (hmotných) korpuskúl. Neskôr boli objavené vlnové vlastnosti svetla a dnes sa (kompromisne) hovorí o "duálnej" povahe svetla.
V teórii kozmodriftu uprednostňujem predstavu o korpuskulárnej povahe svetla.
Pomocou Newtonovho všeobecného gravitačného zákona možno tiež vypočítať veľkosť ohybu svetla v gravitačnom poli veľmi hmotných telies, napríklad aj v gravitačnom poli nášho Slnka.
Výsledok pre tento jav, podľa Newtonovej teórie, vychádza dvakrát menší ako výpočet podľa Einsteinovej všeobecnej teórie relativity, ktorý bol experimentálne potvrdený anglickým astronómom Arturom Eddingtonom (1882-1944) v roku 1919.
Keby boli vypočítané ohyby svetelných lúčov podľa Newtona a Einsteina v pomere napríklad 1:1,736 alebo 1: 4,258, "nebilo" by to tak veľmi do očí ako pomer 1:2 !
Lebo, keď vidím pomer 1:2, napadá ma táto myšlienka. -
Newton stanovil v zákone sily dvakrát menšiu silu od sily, ktorá objektívne pôsobí a mení pohybový stav telies ako z hľadiska formy tak i z hľadiska obsahu. Ale ak sila pôsobí na elementárne malý hmotný objekt - bez vnútornej štruktúry - v tom prípade sa jej objektívna veľkosť celá prejaví v pôsobení len na pohyb formy objektu, teda dvakrát "intenzívnejšie" ako zvyčajne. V tom prípade by bola veľkosť ohybu svetla v gravitačnom poli veľmi hmotných telies rovnaká podľa Newtona i podľa Einsteina. A zároveň by to potvrdzovala správnosť koncepcie pôsobenia sily podľa teórie kozmodriftu.
Toto je len veľmi stručný náčrt, čo všetko možno doplniť k výsledkom Newtonovej práce. Respektíve, čo je načim overiť, a to iným spôsobom, rozdielnym od koncepčného prístupu teórie kozmodriftu k danej problematike, ak je to vôbec možné.
Na záver sa chcem krátko zaoberať príčinami, prečo sa podobné preverovanie doterajších poznatkov klasickej fyziky nekonalo už skôr. Prečo v poznaní problematiky pohybu a silového pôsobenia na materiálne telesá bežných rozmerov ostala od čias Newtona takáto medzera?
Sir Isaac Newton umrel v roku 1727 a on sám, vzhľadom na stav poznania vo svojej dobe, urobil pre fyziku veľmi-veľmi veľa.
Rokom 1750 sa datuje počiatok prvej priemyselnej revolúcie v Anglicku.
S rozvojom manufaktúrnej výroby, najmä vďaka pokroku techniky sa začali hromadiť poznatky, ktoré bolo potrebné teoreticky zhodnotiť, čoho sa vďačne ujala veda.
Okolo roku 1800 (aj hodne neskôr) však ešte len prebiehali spory ohľadom objektívnej miery (mechanického) pohybu, či je ňou hybnosť alebo kinetická energia.
Sadi Carnot (1796-1832), francúzsky fyzik, matematik a inžinier predbehol svoju dobu, keď v roku 1824 napísal svoje dielo "Úvahy o sile ohňa...", v ktorom definoval ideálny pracovný cyklus pre práve vznikajúce rôzne parné stroje.
V 19. storočí sa začala prudko rozvíjať nielen termodynamika, ale aj elektrodynamika (Maxwell, Lorentz) a iné odbory. Už koncom 19. storočia sa však fyzika (prekvapujúco!) zdala byť súčasníkom v podstate zavŕšenou a utriedenou vedou.
Prelom 19. a 20. storočia predstavuje koniec klasickej fyziky, ale vzápätí došlo k viacerým pozoruhodným objavom, predovšetkým k objavu prirodzenej rádioaktivity a k nástupu relativistických koncepcií. V čase zrodu Einsteinovej špeciálnej teórie relativity (1905) a všeobecnej teórie relativity (1916) sa pod dojmom objavu samovoľného rozpadu atómového jadra začala rozvíjať tzv. časticová fyzika. Do základného výskumu priniesla časticová fyzika štatistické a pravdepodobnostné metódy a modely, voči ktorým prejavil určitú averziu aj Einstein. Je známy jeho výrok, že "Boh nehrá v kocky.".
V roku 1945 už existovali, a žiaľ - aj boli použité - atómové bomby.
A zrejme preto, že v období rokov 1750 - 1900 fyzici nepociťovali praktickú potrebu "meditovať" nad tu preberanými otázkami látkovej štruktúry bežných materiálnych telies, ktoré celkom pochopiteľne ušli Newtonovej pozornosti, a po roku 1900 sa fyzici zamerali už rovno na subatomárnu štruktúru hmoty, zostala táto oblasť, týkajúca sa "bežných" či "obyčajných" telies, mimo nejakej významnejšej pozornosti.
Kto vie, čo všetko ešte vo fyzike ostalo podobne opomenuté zo skorších i neskorších čias po Newtonovi?
Z hľadiska koncepčnej fyziky a teórie kozmodriftu je zrejmé, že v neskoršom vývine fyziky došlo - okrem nejakých opomenutí - celkom určite aj k absurdnej zmene smerovania optimálneho vývoja fyziky. Minimálne v dôsledku niektorých nereálnych aspektov v relativistickej fyzike.
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.
