4.3 Svetelné hodiny
Svetelné hodiny sú hypotetickým časomerným zariadením, pomerne častou rekvizitou v Einstenových myšlienkových experimentoch, ktoré majú dokázať, že nimi meraný čas závisí od ich pohybu.
Teoreticky ich tvoria dve paralelné zrkadlá, medzi ktorými „kmitá” svetelný lúč. Dostať tento lúč do priestoru medzi zrkadlami možno napríklad tak, že jedno z dvojice zrkadiel je zhotovené z polarizovaného skla. Kolmý lúč, vyžiarený zdrojom svetla nachádzajúcim sa za ním, prestúpi cez sklo a pokračuje k druhému zrkadlu, od ktorého sa odrazí naspäť. Uvažovaný lúč je potom nútený oscilovať medzi dvomi reflexnými plochami (teoreticky) donekonečna, ale prakticky by jeho energia bola zrkadlami veľmi rýchlo pohltená. Svetelný zdroj by preto musel oscilujúci lúč nahrádzať opätovnými zábleskami.
V myšlienkových experimentoch sa používa dvojica svetelných hodín; jedny pre každého z dvojice pozorovateľov, ktorí sa sa de facto môžu považovať raz za nehybných a inokedy v pohybe – najskôr podľa toho, ako sa práve vyspali. Ale je tu aj iný problém: relativistickí fyzici sa vyhli „poctivému” riešeniu otázky, ako sa svetlo reálne pohybuje. Prijmúc do svojej teoretickej argumentačnej výzbroje druhý postulát špeciálnej teórie relativity, ju jednoducho „zmietli z fyzikálneho stola”. No – čo už! – keď nevieme rozhodnúť ani otázku reálnej povahy svetla a opierame sa o barličku jeho duálnej povahy.
Dôsledkom postulátu je hypotéza, že rýchlosť (hybnosť) svetla sa v (relatívnom) priestore (vektorovo) neskladá s rýchlosťou (hybnosťou) zdroja, ktorý ho vyžiaril. To zásadne odporuje predstavám teórie kozmodriftu. Ak by to totiž bola pravda, tzv. svetelné hodiny predstavujú nereálnu fikciu, nepoužiteľnú ani v myšlienkovom experimente.
Je dôležité, že na začiatku myšlienkového experimentu musia byť takéto hodiny synchronizované. T.j. nastavené tak, aby obidva svetelné lúče oscilovali s rovnakou frekvenciou. Potom sa jeden z pozorovateľov začne pohybovať rovnomerným priamočiarym pohybom a druhý - „nehybný” pozorovateľ - sleduje, aký má tento pohyb vplyv na pohybujúce sa hodiny.
Podľa teórie kozmodriftu, tým, že na počiatku experimentu sa nachádzajú – práve kvôli synchronizácii hodín – obidvaja pozorovatelia vedľa seba, je posúdenie ich reálneho pohybového stavu veľmi jednoduché. Môžeme povedať, že sa nachádzajú v stave relatívneho pokoja. Objektívne to znamená, že sa v (objektívnom) priestore reálne pohybujú. Pohybujú sa rovnakým inerciálnym pohybom, t.j. vlastnou zotrvačnosťou – bez zmeny energie.
A už sme pri merite veci.
Formulácia z popisu myšlienkového experimentu, totiž - „potom sa jeden z pozorovateľov začne pohybovať…” – predstavuje (ako ja zvyknem hovoriť) „slovný most”. Pojem „slovný most” znamená, že ak nevieme niečo riadne vysvetliť (resp. si ani neuvedomujeme potrebnosť vysvetlenia), jednoducho - „oblúkom”, úplne nenápadne – preklenieme podstatný, kritický moment nejakou bežnou frázou, ktorá síce môže v inom prípade zodpovedať skutočnosti, v tomto prípade však nie.
Prečo?
Jednoducho preto, že zároveň možno položiť aj otázku – takrečeno „na biblický spôsob”: AKO SA TO STANE (Zvestovanie panne Márii) – že sa jeden z pozorovateľov začne pohybovať? Inými slovami, že prejde zo stavu relatívneho pokoja do stavu (iného, objektívneho) pohybu. A aké to bude mať dôsledky – predovšetkým na chod svetelných hodín?
Nepochybne sa v takom prípade zmení pohybová energia „rozbehnuvšieho” sa pozorovateľa. Súčasne s tým sa zmení aj pohybová energia jeho svetelných hodín. A ktorýže pozorovateľ z dvojice to bude? Nuž ten, ktorý pocíti zrýchlenie, nevyhnutné pri „rozbehu” svojho (akože) inerciálneho pohybu.
Je síce pravda, že akonáhle dosiahne svoju vytýčenú (relatívnu) rýchlosť voči (akože) nehybnému pozorovateľovi, môže sa už ďalej pohybovať zotrvačným pohybom, ale to nie je podstatné. Podstatná je otázka, má alebo nemá nejaký vplyv toto dočasne pôsobiace zrýchlenie na svetelný lúč v hodinách?
Lebo – ak by nemalo vplyv – znamenalo by to, že svetlo naozaj nemá zotrvačnosť a pohybuje sa priestorom nezávisle od pohybu zdroja, ktorý ho vyžiaril. Znamenalo by to, že kmitajúci lúč si zachová rovinu svojich kmitov nezmenenú. Určenú prvým kmitom. Že teda odklonenie lúča od roviny kolmej na zrkadlá v hodinách pohybujúceho sa pozorovateľa, a to pod určitým uhlom, ktoré údajne vidí nehybný pozorovateľ (v stave relatívneho pokoja) je obyčajná optická ilúzia.
Inak by bolo naskrze nepochopiteľné, vďaka čomu a akým spôsobom sa oscilujúci lúč v urýchlených hodinách) naklonil do „správneho” smeru.
Zostávalo by nám len prosto veriť, že to nepochopiteľné je pravda, a tým by sme skĺzli na úroveň nejakého „fyzikálneho náboženstva”, majúceho svoju špecifickú „bibliu”. Správnejšie je radšej veriť, že hodiny sa (v tomto prípade) pohybujú, a zároveň – kolmo na smer ich pohybu – si lúč stále „tiká” po svojom, postupne posúvajúc body svojich odrazov k okrajom zrkadiel, až by napokon niektoré minul. V tom prípade by sa stali svetelné hodiny za krátky okamih nefunkčné, pretože oscilácie svetla by tým pádom zanikli.
Ale – ak by (dočasné) zrýchlenie svetelných hodín malo nejaký vplyv na reálnu situáciu – najprijateľnejším by bol predpoklad, že svetlo naozaj má (upieranú mu dnes) zotrvačnosť. Že totiž rýchlosť svetelného zdroja, v objektívnom priestore, sa (trans)vektorovo skladá s rýchlosťou ním vyžiareného lúča. Potom, obyčajnou optickou ilúziou je v skutočnosti to, čo pozoruje „urýchlený” pozorovateľ v hodinách, ktoré sú v opatere pozorovateľa v stave relatívneho pokoja.
Čo sa týka významu pôsobenia určitého zrýchlenia, porovnajme to s inými bežne známymi prípadmi. -
Hmotné teleso sa nachádza v stave relatívneho pokoja, t.j. pohybuje sa vlastnou zotrvačnosťou. Z energetického hľadiska, zotrvačný pohyb je pohyb telesa „v stave energetickej rovnováhy s okolím”. Podľa predstáv teórie kozmodriftu, aj keby sa zotrvačne pohybovalo rýchlosťami blízkymi hodnote „c”, jeho hmota by sa nesprávala relativisticky, pretože by nato neexistoval dôvod.
Elektrostatický náboj, t.j. elektrický náboj (viazaný na určité hmotné teleso) nachádzajúci sa v stave relatívneho pokoja, vytvára vo svojom okolí elektrostatické pole a tiež sa nejako pohybujúc (vďaka vlastnej zotrvačnosti telesa) - v stave energetickej rovnováhy s okolím – sa správa pasívne. Ale už nepatrné zrýchlenie naň pôsobiace, spôsobí porušenie stavu jeho energetickej rovnováhy s okolím a náboj začne vyžarovať elektromagnetické vlnenie (na úkor energie svojho objektívneho pohybu).
Kondenzátory v Trouton-Nobleovom experimente, pozorované výlučne v stave relatívneho pokoja, nemajú dôvod meniť svoju polohu zrejme preto, že ako také sa tiež nachádzajú v stave energetickej rovnováhy s okolím.
Svetelný zdroj, t.j. hmotné teleso s látkovou štruktúrou, nachádzajúci sa v stave relatívneho pokoja, je síce v energetickej rovnováhe so svojím okolím, ale popritom je vystavený (v dôsledku prísunu tepla) silovým pôsobeniam na úrovni svojej vnútornej látkovej štruktúry, až na subatomárnej úrovni. Prebytočnej energie sa preto zbavuje maximálne efektívnym spôsobom – vyžarovaním svetla.
Vyžarovanie svetla je fyzikálny proces, v ktorom sa svetelný zdroj zbavuje maximálneho množstva kinetickej energie (v závislosti od hodnoty „c” a od smeru vyžiareného lúča vzhľadom na kozmodrift „ŵ”) prostredníctvom minimálneho množstva svojej hmotnosti. Pritom intenzita zdrojom produkovaného žiarenia je funkciou farby vyžarovaného svetla.
Je teda málo pravdepodobné, že by v tomto maximálne účelnom a efektívnom procese príroda nespájala transvektorovú kinetickú energiu pohybu svetelného zdroja s energiou ním vyžarovaného svetla. Na jednej strane, bežný svetelný zdroj predstavuje hmotné teleso, ktorého zotrvačnosť pohybu považujeme za samozrejmú. Na druhej strane už len skutočnosť, že svetelné lúče sa v priestore bežne (t.j. najčastejšie) šíria priamočiaro, svedčí v prospech predpokladu, že sa tak deje v dôsledku zotrvačnosti celého sledu diskrétnych svetelných kvánt, ktoré lúč vytvárajú. Čo môže objektívne brániť spojeniu zotrvačnosti svetelného zdroja so zotrvačnosťou ním vyžiarených svetelných lúčov? Preto je platnosť Ritzovej hypotézy (Walter Ritz, 1878 - 1909) naozaj vysoko pravdepodobná, nie však na úrovni relatívneho (pozorovateľného) ale na úrovni objektívneho (kozmodriftového) priestoru.
Dôsledkom toho sú, podľa predstáv teórie kozmodriftu, objektívne rýchlosti svetelných lúčov funkciou ich smeru v objektívnom priestore.
Na obr.1 je znázornené osovo súmerné rozloženie objektívnych rýchlostí jednotlivých svetelných lúčov, ležiacich v rovine kozmodriftu „ŵ”, pričom osou súmernosti je práve smer kozmodriftu „ŵ”. Obr.1 teda znázorňuje len rez guľovou množinou všetkých možných smerov a rýchlostí lúčov, ktoré je svetelný zdroj „Z” principiálne schopný vyžiariť.
4.3.1 Zotrvačnosť svetelných lúčov a princíp ekvivalencie
Princíp ekvivalencie je vo fyzike princíp, podľa ktorého je pohyb objektu v neinerciálnej vzťažnej sústave rovnaký ako v inerciálnej vzťažnej sústave za prítomnosti gravitačných síl. Inými slovami: nie je možné rozlíšiť gravitačné zrýchlenie od zrýchlenia pohybom. (Wikipedia.)
Princíp ekvivalencie je ilustrovaný, napríklad, myšlienkovým experimentom zakrivenia svetla v rakete [15], kde sa hovorí. –
Uvažujme zrýchľujúcu raketu. V jednom okamihu voľne poletujúci kozmonaut mimo rakety zasvieti baterkou do jej bočného okna a vidí lúč svetla prejsť rovno naprieč ňou. Za čas, kým svetlo prejde raketou, ona sa posunie o kúsok vyššie a svetlo vyjde z jej okna umiestneného nižšie. Obr.2.
Tento príklad je celkom dobre prešpekulovaný, ale už na prvý pohľad vidno, že nie je celkom „kóšer”. –
Zrýchlenie pôsobiace na raketu, na svetelný lúč prenikajúci ňou zľava doprava nepôsobí. Jeho (relatívna) trajektória, ktorú by videl kozmonaut vnútri rakety, je – ako dôsledok navodených pomerov - len optická ilúzia. Okrem toho, zakrivenie tejto relatívnej trajektórie svetelného lúča, nie je len funkciou zrýchlenia rakety, ale aj jej okamžitej rýchlosti (resp. doby pôsobenia zrýchlenia). Zakrivenie trajektórie svetelného lúča s časom narastá. Objektívnu priamočiaru trajektóriu daného lúča vidí kozmonaut mimo rakety.
Ale gravitačné zrýchlenie pôsobí ako na (nehybnú, napr. na štartovacej rampe) raketu , tak aj na svetelný lúč. Preto by kozmonaut vnútri rakety, v tomto prípade, videl objektívnu – v čase nemennú - a naozaj (veľmi nepatrne) zakrivenú objektívnu trajektóriu svetelného lúča. Obr.3.
Pokračovanie.
Pramene:
[15] http://stary.mladyvedec.sk/archiv/archiv-11-cisla/277-11-vseobecna-teoria-relativity.html
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.
