Szczególna teoria czyli nieistniejący paradoks

Faktem jest, że szczególna teoria względności (STW) ma szczególny dar przyciągania obalaczy. Część z nich przyciąga osoba Alberta Einsteina, czy raczej jego sława, a właściwie chęć jej zburzenia. Argumentują, że to wcale nie on jest odkrywcą, ale zupełnie kto inny i powołują się przy tym także na inne jego „rzekome” osiągnięcia, tak jakby fizyka była tworzona przez indywidua w kompletnej izolacji, a sława była zawsze sprawiedliwa…

Rzeczywiście, tzw. ruchy Browna wyjaśnił głębiej prof. Smoluchowski z UJ, a o krok od otrzymania równań grawitacji Einsteina był Dawid Hilbert. W przypadku słynnej pracy Einsteina z 1905 nt. szczególnej teorii względności było „jeszcze gorzej”,  bo autor nie umieścił tam żadnych odwołań, ani cytowań – w szczególności ani do pionierskich publikacji Henri Poincaré’go ani do tych Hendrika Lorentza („Because Lorentz laid the fundamentals for the work by Einstein, this theory was originally called the Lorentz-Einstein theory…).  Owszem, nawet z paru różnych powodów, zachowanie Einsteina może bulwersować, ale odmawianie mu osobistego i wyjątkowego wkładu w powyższych przypadkach jest zupełnie bez sensu. W dodatku, swą jedyną nagrodę Nobla otrzymał za zupełnie oryginalne wytłumaczenie (także z 1905!) efektu fotoelektrycznego poprzez hipotezę istnienia fotonów – kwantów fal elektromagnetycznych.

Jednak tak czy inaczej, wcześniej czy później obalacze atakują samą teorię względności przedstawiając jej rzekomo paradoksalną, czyli sprzeczną naturę. Ulubionym tego przykładem jest tzw. paradoks bliźniąt. Zacznijmy jednak ab ovo, czyli od przypomnienia, że obalenie STW oznaczałoby automatycznie obalenie równań Maxwella, czyli obalenie elektromagnetyzmu (klasycznego). Bo właśnie historycznie, owa szczególna teoria względności została wywiedziona z rozważań nt. elektromagnetyzmu – wpierw w 1900 przez Poincaré’go i w owym 1905 przez Einsteina – przypomnijmy tytuł jego publikacji: „Zur Elektrodynamik bewegter Körper” (O elektrodynamice ciał w ruchu).

Dlaczego to jest teoria szczególna? A, bo dotyczy TYLKO fizyki w układach inercjalnych, czyli układach odniesienia, w których każde ciało, niepodlegające zewnętrznemu oddziaływaniu z innymi ciałami, porusza się bez przyspieszenia (tzn. ruchem jednostajnym prostoliniowym) lub pozostaje w spoczynku. STW po prostu zawiera w sobie stary aksjomat Galileusza o niezmienności praw fizycznych w tychże układach inercjalnych, ale nowym aksjomatem jest stałość prędkości światła w próżni (= c), niezależnie od ruchu jego źródła czy obserwatora! I właśnie ten aksjomat prowadzi do szeregu spektakularnych zjawisk, kiedy prędkości ciał są bliskie owej prędkości maksymalnej, czyli c. Tutaj warto nadmienić, że słynna relatywistyczna równoważność masy i energii była dla Poincaré’go paradoksem i to właśnie Einstein zrobił ten wielki krok i uczynił z niej zasadę i to wykraczającą poza zjawiska elektromagnetyczne!

Wracając w końcu do tego tzw. paradoksu bliźniąt trzeba znowu podkreślić, że nie jest to żaden paradoks, ani sprzeczność. Wręcz przeciwnie – jest to jeden z najlepszych, pedagogicznie rzecz biorąc, przykładów poglądowych na „działanie teorii”.

W dodatku uważam, iż – co jest wyjątkowe – polska wiki daje lepszy opis problemu niż przegadana i przekomplikowana wersja angielska! U góry dałem obrazek stamtąd, który świetnie wyjaśnia źródło „efektu bliźniaków”. Przypomnijmy o co tam chodzi: o hipotetyczną podróż jednego z bliźniaków z prędkością podświetlną (powyżej to okolo 75% c) na odległość pięciu lat świetlnych – tam i z powrotem. Otóż, przy ponownym spotkaniu okazuje się, że brat-astronauta jest o prawie 4 lata młodszy od brata bliźniaka, który pozostał na Ziemii!

Jak już wyżej wspomniałem – to nie jest żaden paradoks, ale zwykłe przewidywanie STW. Potwierdzone to zostało wielokrotnie, bezpośrednio i doświadczalnie, wprawdzie nie na ludziach, ale na innych obiektach o skończonym czasie życia, a które potrafimy przyspieszać do podświetlnych prędkości**. A jak argumentują nasi obalacze? Np. powołując się na aksjomat względności! Dlaczego mamy jakąś różnicę między braćmi skoro z punktu widzenia brata-astronauty to właśnie Ziemia oddala się z identyczną prędkością, tyle że o przeciwnym zwrocie!

I jest w tym trochę racji, co można zaobserwować na wykresie u góry – rzeczywiście podczas dwóch faz ruchu jednostajnego do i z powrotem – wzajemne obserwacje sygnałów przyjęć urodzinowych braci są IDENTYCZNE!! Symetria jest wtedy zupełna, ale jest złamana w trzech momentach, kiedy nasz astronauta startuje, zawraca i hamuje. I jest złamana w sposób absolutny – brat na Ziemii wie, że to nie on zawraca, bo nie odczuwa żadnych PRZYSPIESZEŃ. Cały efekt bierze się z „przeskakiwania” astronauty pomiędzy RÓŻNYMI układami inercjalnymi: wpierw, z tego w spoczynku do tego w ruchu „do”, potem do tego w ruchu „z”, i w końcu z powrotem do spoczynku. TO właśnie jest przyczyną obserwowanej różnicy wieku, a NIE jakoby inny sposób płynięcia czasu w rakiecie i na Ziemi – czas „własny” (czy „biologiczny”) płynie i tu i tam identycznie.

Za to względnie rzecz biorąc, czyli z punktu widzenia obserwatora zewnętrznego – czas płynie wolniej w obiekcie poruszającym się względem owego obserwatora. Zatem, obaj bracia tak właśnie interpretują sygnały nt. swoich wzajemnych urodzin, tyle że tylko astronauta dokonuje owych kluczowych (i „absolutnych”) „przeskoków” pomiędzy układami inercjalnymi, które w efekcie powodują absolutną różnicę wieku przy ich ponownym spotkaniu.

_

**) Wyjątek to klasyczny eksperyment z 1971 na „bliźniaczy efekt”, czyli zegary atomowe na pokładzie samolotu. O czym za moment…

___

PS. Żeby uniknąć nieporozumień, tak na wszelki wypadek – brat-astronauta w żaden sposób nie żyje dłużej „z własnego punktu widzenia”, czy też jego koleżanek i kolegów w owej rakiecie – różnica wieku się pojawia dopiero przy porównaniu do tych co zostali na Ziemi. Jest to, innymi słowy, sposób, aby żyć (dużo) dłużej ale tylko z punktu widzenia „ziemskiej historii”… wracając z jeszcze dłuższej i szybszej podróży np. po 300 ziemskich latach.

Reklamy

3 myśli na temat “Szczególna teoria czyli nieistniejący paradoks”

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie na Google

Komentujesz korzystając z konta Google. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj /  Zmień )

Połączenie z %s