Nový článek
Nový článek
Kategorie

Jak to funguje: Teorie relativity

Každý snad někdy v životě styšel pojem "teorie relativity", ale málo lidí skutečně ví, co to znamená, pokusím se to tedy v tomto článku vysvětlit.

Jak to funguje: Teorie relativity

Tenhle článek se trochu vymyká tomu, o čem jsem chtěl v tomto seriálu psát, ale ať už si to uvědomujeme nebo ne, relativita nás obklopuje každý den a ačkoliv jsou její důsledky pro nás zanedbatelné, pořád tady je, proto jsem se o ní rozhodl napsat.

Nejprve bychom si asi měli říct, co vlastně znamená, že je něco relativní. Představte si situaci, kdy například jedete vlakem a koukáte z okénka na pole kolem a na tom poli brigádníci okopávají brambory. Z vašeho pohledu se může zdát, že pole a lidé venku ubíhají kolem vlaku a vlak stojí na místě. Lidé na poli ovšem vidí, že naopak vlak projíždí kolem nich a oni stojí na místě. Kdo má tedy pravdu? To je právě to... záleží na úhlu pohledu, pro cestujícího vlak stojí a pole ujíždí a pro brigádníky na poli se zase hýbe vlak. Proto je to relativní, vztahující se k tomu, jak se na situaci díváme.

Tak, to bychom měli základ a teď se pustíme do něčeho složitějšího. K tomu už budeme potřebovat rychlost světla, ta se značí "c" a figuruje ve známé Einsteinově rovnici. Bohužel se tyto experimenty nedají zrealizovat (rozhodně ne v domácích podmínkách) takže teď to bude zase hodně o představivosti. Představte si tedy jinou situaci: na povrchu Marsu stojí strážník marťanské dopravní policie a má u sebe radar na měření rychlosti. Kolem planety proletí loď vesmírné mafie poloviční rychlostí svtětla, tedy 0,5c a protože zrovna honí práskače, který jim utekl, vypálí po něm z laserového děla, a laserový paprsek pochopitelně letí rychlostí světla, tedy přesně 1c.

Nyní pomineme marťanskou legislativu a soustředíme se na to, co by onen strážník naměřil, kdyby změřil rychlost toho laserového paprsku. Dalo by se to srovnat s tím, když pojedete autem a z něj vystřelíte z pozemské palné zbraně, jaká bude rychlost kulky? Ve škole nás učili že výsledná rychlost bude rychlost auta + rychlost kulky, poletí tedy rychleji, než kdybyste vystřelili z místa. Ze selského rozumu vyplývá, že rychlost onoho laserového paprsku by měla být jeden a půl násobek rychlosti světla (1,5c), to ale nejde. Dostáváme se tím k jinému mému článku kde popisuji problémy při cestování nadsvětelnou rychlostí (viz zmíněný článek) a zároveň musíme vzít v úvahu, že nezávisle na pozorovateli je rychlost, jakou se světlo pohybuje ve vakuu vždy 1c, nezáleží na tom, jestli letíte proti nebo po jeho směru, vždy bude jeho rychlost 1c.

Nastalo by tedy to, že radar by naměřil maximální možnou rychlost světla: 1c. Teď se ale dostáváme k tomu, co vidí cestující z lodi, která střelu vypálila, podle nich se totiž paprsek vzdaluje pryč od lodi také rychlostí světla a bereme to z pohledu posádky, podle níž loď stojí a vesmír kolem ubíhá a rychlost lodi a rychlost paprsku by se měly sčítat. Jak je tedy možné, že ačkoliv se rychlost měří ze dvou míst, která se vůči sobě pohybují, bude naměřena stejná absolutní hodnota? Je to proto, že když se jakýkoliv objekt pohybuje, ohýbá před sebou prostor, a to tím způsobem, že se prostor před a kolem něj zkracuje.

A tady opět nastupuje pojem relativity... pozorovatel, který vše vidí z povrchu planety by fakticky viděl toto zakřivení prostoru, loď by mu připadala výrazně kratší, z pohledu někoho na lodi by ale vše bylo normální, záleží na úhlu pohledu... Dejme tomu, že loď má v úmyslu urazit jeden světelný rok a poletí poloviční rychlostí světla, z pohledu lidí (marťanů) stojících na planetě by tato cesta trvala dva roky (1 světelný rok / 0.5 rychlost světla = 2 roky). Z pohledu lidí na palubě lodi by ale vzhledem ke smrštění prostoru byla cesta daleko kratší, například půl světelného roku a takovou vzdálenost by měli urazit při dané rychlosti za jeden rok. Jak to tedy je? Kdo má pravdu? Ve skutečnosti ji má jak posádka lodi, tak pozorovatelé na planetě, ale jak může loď dorazit na místo určení za jeden a dva roky zároveň?

Je to proto, že na palubě lodi běží jinak rychle čas jako kompenzace ke stlačenému prostoru. Čím rychleji se pohybujete a čím více je prstor stlačený (například u černé díry, kde je prostor stlačen extrémní gravitací), tím pomaleji vám běží čas, proto se dvouletá cesta zdá posádce při vysoké rychlosti jako jednoletá. Kdybychom, na loď umístili hodiny a na Zemi bychom dali stejné, po dokončení cesty by hodiny z lidi zaostávaly za těmi pozemskými, toto vše platí i v menším měřítku pro každého z nás, ale vzhledem k rychlostem, jakými se běžně pohybujeme se jedná o rozdíly prakticky nulové a neměřitelné. Nicméně, pokud bychom cestovali vesmírem opravdu rychle (rychleji než světlo), museli bychom se připravit na to, že při návratu by lidé, které jsme znali, byli výrazně starší a možná už by ani nežili, a naopak z jejich pohledu by mezihvězdní cestovatelé žili nepřirozeně dlouho, můžete to přidat k problémům spojeným s cestováním FTL, které popisuji v článku "Rychleji než světlo".

Alespoň si ale můžete říkat, že pokud chodíte běhat, nebo hodně cestujete, jste ve skutečnosti o malý kousek mladší, než lidé, kteří se jen válí doma...

Doufám, že jste si z tohoto článku něco odnesli i když tohle téma není zrovna nejjednodušší na pochopení, dejte vědět v komentářích a pokud se chcete dozvědět další zajímavosti, přečtěte si mé ostatní články, zatím nashle...

Zpět nahoru