Proč má teorie relativity problém s rychlostí světla

14. 04. 2020 9:24:26
Řeknete si, že se tady asi někdo zbláznil. Vždyť rychlost světla je ve speciální teorii relativity (STR) "všudypřítomná". Je tam jako její základní postulát, jako limitní rychlost. Ale zkuste ji do jejích vzorců dosadit !

Můžeme ještě pokračovat ve výčtu, kde všude se rychlost světla v STR objevuje. Například Einsteinovým problémem z dětství, který mu dlouho vrtal v hlavě, byla otázka, jak by vypadal paprsek světla, kdyby vedle něj Albert letěl na jiném světelném paprsku. Nebo v Minkowského prostoročasovém modelu (viz obrázek níže), který graficky zobrazuje celou STR, je světelný kužel, vykreslený úhlem rychlosti světla, hranicí mezi normální světem, jak ho známe, s normální kauzalitou a podivnou říší, kde běží čas (možná) pozpátku a následek předchází příčinu.

Rychlost světla se také vyskytuje skoro v každém vzorci STR (jak se můžete přesvědčit například u vzorce pod obrázkem), nebo se světlo používá k synchronizaci hodin. Pozorovatel vyšle paprsek světla, ten se odrazí od pohybujícího se tělesa a vrátí se k němu zpět. Čas letu se pak dělím dvěma, neboť cesty byly dvě, jedna tam, druhá zpátky. Relativita současnost STR se také nejčastěji demonstruje za pomoci světelných paprsků, na barvitém příkladu Einsteinova vlaku, ze kterého ji do důsledku pochopil sám autor STR. Jestli chcete ještě dnes pochopit podstatu STR, můžete si přečíst text Pochopte základní ideu Einsteinovy teorie relativity za pár minut, kde se vysvětluje podstata dilatace času. V tomto výkladu se pochopitelně uvažují světelné hodiny, což je vlastně jen paprsek světla, který se stále odráží tam a zpět. Prostě všude samé světlo!

Jenže zkuste dosadit rychlost světla do vzorců STR! Třeba do toho, který popisuje, jak se mění hmotnost tělesa v závislosti na jeho rychlosti. Ten vidíte zde:

Když bude rychlost tělesa v rovna rychlosti světla c, vyjde nám zlomek v2/c2 roven jedné. Pak budeme mít pod odmocninou 1 - 1, což je nula. Odmocnina z nuly je nula. Tedy hmotnost m pohybujícího se tělesa bude nekonečná, neboť klidovou hmotnost tělesa mo (třeba 1kg) budeme dělit nulou. Ale tady je velký problém. K dosažení této nekonečné hmotnosti, bychom podle E=m.c2 potřebovali nekonečnou energii. Hmotnost je totiž přímo úměrná energii (a c je jen konstanta (i když je na druhou)). Takovou energii ale nikdy mít nemůžeme. A kdybychom ji měli jakýmsi nevýslovným zázrakem k dispozici, tak by okamžitě vše zničila, jelikož by nesla i nekonečnou hmotnost, podle rovnice E=m.c2. A nekonečná hmotnost by se hned zhroutila do černé díry, a to ještě dříve, než bychom začali těleso urychlovat. I těleso urychlené na rychlost světla by se přeměnilo na černou díru, protože by mělo nekonečnou hmotnost. Nemluvě o tom, že neexistuje a nebude existovat žádný fyzikální postup, jak nekonečnou energii či hmotnost změřit. Máme snad nekonečně hmotné závaží? :-)

Rychlost světla je prostě hranice platnosti STR, tam už její vzorce nedávají smysl, neplatí. Urychlovač v CERNu může urychlit částice neuvěřitelně blízko k rychlosti světla, dva protisměrné paprsky mají 99,95 % rychlosti světla. Nicméně, nekonečná energie, kterou bychom potřebovali k dotažení těch zbylých 0,05 % a kterou by pak paprsek měl, je ještě nekonečněkrát větší než energie tohoto paprsku. K nekonečné energii proto neudělal tento stroj ani ten nejmenší první krok. Totéž platí pro dilataci času. Čas je u těchto paprsků v CERNu extrémně prodloužen, zpomalen, ale k jeho zastavení, tedy k prodloužení na nekonečnou délku, máme ještě nekonečně daleko. Není možné takové dilatace dosáhnout, stejně jako nelze dosáhnout nekonečné hmotnosti. I k zploštění částic na nulovou délku relativistickou kontrakcí bychom potřebovali přidat nekonečně mnoho energie.

Prostě, STR pro rychlost světla už neplatí. A to dokonce i u paprsků světla. Světlo nepodléhá ani dilataci času, ani kontrakci délky, protože se jeho rychlost nemění. Ani hmotnost fotonů se s rychlostí nemění, protože rychlost c je neměnná, a foton také nemá nekonečnou hmotnost. O světle tedy STR neříká nic, a představovat si STR efekty při dosažení rychlosti světla je nesmyslné. Vznikají tím nelogické paradoxy. Představa, jak by svět vypadal z pohledu fotonu, že by čas byl zastaven a prostor by měl o jednu dimenzi méně, je velmi populární, ale velmi pravděpodobně mimo realitu. Lidé nelogické paradoxy prostě milují, tak jimi svůj rozum opíjejí, ale na takového úvahy zkrátka postupy STR už nestačí.

Hezky je to vidět třeba na nulové klidové hmotnosti fotonu. Tato představa vznikla tak, že byla známá nenulová hmotnost (m) fotonu v pohybu rychlostí c, dosazena do vzorce výše. Už jsme předtím uvedli, že pod odmocninou je nula, a když dosadíme za m libovolnou hmotnost, třeba 1, dostaneme rovnici. 1=mo/0, tedy mo = 1.0 = 0. Bohužel tuto úvahu nelze experimentálně ověřit, protože foton není nikdy v klidu. Nulová klidová hmotnost fotonu je tak jen fikce. (Zkuste si třeba dosadit do tohoto vzorce nulovou klidovou hmotnost fotonu a zvyšovat rychlost v od nuly. Relativistická hmotnost bude pořád nula, a až při v=c umožňuje podíl 0/0 libovolnou hodnotu, tedy to ani neodporuje empiricky změřené hmotnosti. Podíl 0/0 řešený limitou funkce přitom může dát libovolnou hodnotu, ale tuto zde nelze matematicky určit, nicméně empirii ji určuje. Jasně je tedy tento vzorec nepoužitelný pro daný případ.)

Rychlost světla tedy vstupuje do STR jako axiom, v podobě stálé rychlosti světla pro všechny pozorovatele, ale jestliže se pokusíme pomocí STR uvažovat, co se při této rychlosti děje, nedostaneme žádný rozumný výsledek, který by bylo možné experimentálně ověřit. A to je u experimentální vědy, naneštěstí, nepřekonatelný problém.

Autor: Jan Fikáček | úterý 14.4.2020 9:24 | karma článku: 43.21 | přečteno: 4599x

Další články blogera

Jan Fikáček

Nahraďte svou ženu a děti umělou trpělivostí (inteligencí?)!

Tak jo, uznávám, že ženu a děti nelze umělou inteligencí nahradit ve většině případů, ale v jednom by to asi šlo, ne? :)

20.3.2024 v 9:07 | Karma článku: 21.34 | Přečteno: 600 | Diskuse

Jan Fikáček

Mašínové: Padouch nebo hrdina, my jsme jedna rodina!

Film Bratři o skupině Mašínů dostal v sobotu cenu za nejlepší film roku na Českém lvu. Jeho tvůrce na večeru prohlásil, že to byli hrdinové. Tak se pojďme podívat na jejich činy.

11.3.2024 v 9:07 | Karma článku: 45.70 | Přečteno: 6276 | Diskuse

Jan Fikáček

Jak nás intuice vede na scestí v otázce, co je to realita

V hollywoodských filmech často nějaký hrdina, astronaut nebo detektiv, vyřeší problém intuicí. Když selže rozum a důkazy, intuice zaskočí. Jenže intuice není vždy spásné řešení, někdy tomu řešení naopak brání..

27.2.2024 v 9:07 | Karma článku: 30.21 | Přečteno: 2101 | Diskuse

Jan Fikáček

Dá se v padesáti naučit anglicky?

Mnohokrát jsem slyšel názor, že pokud se člověk nenaučí nějaký cizí jazyk do třiceti, už se ho nenaučí nikdy. A proto když jsme se přestěhovali s rodinou před tímto mým věkem do Belgie, ani jsem se nový jazyk naučit nesnažil.

13.2.2024 v 9:07 | Karma článku: 39.56 | Přečteno: 7005 | Diskuse

Další články z rubriky Věda

Dana Tenzler

Barvy v kuchyni (3) - přírodní červená

Blíží se Velikonoce. Napadlo vás někdy, čím se vlastně barví velikonoční vajíčka? Jakými přírodními nebo umělými barvivy se dá jídlo barvit dnes a jak tomu bylo v minulosti? (délka blogu 3 min.)

28.3.2024 v 8:00 | Karma článku: 0.00 | Přečteno: 53 | Diskuse

Zdenek Slanina

Problém co začal už Arrhenius: Kysličník uhličitý a doba ledová - a teď i sopečné aktivity

Už S. Arrhenius řešil vztah obsahu CO2 v atmosféře i k době ledové. Tehdy hlavně ukázal, že jeho navyšování v atmosféře povede k nárůstu její teploty. Nyní výzkumy z univerzity v Sydney ukazují na roli sopek v nástupu ochlazování.

26.3.2024 v 5:22 | Karma článku: 22.06 | Přečteno: 502 |

Martin Tuma

Berte Viagru, dokud si na to vzpomenete

Rozsáhlá studie odhalila významné snížení výskytu Alzheimerovi nemoci u pravidelkných uživatelů Viagry

25.3.2024 v 14:17 | Karma článku: 13.60 | Přečteno: 303 | Diskuse

Dana Tenzler

Barvy v kuchyni (2) - průmyslová žlutá

Blíží se Velikonoce. Napadlo vás někdy, čím se vlastně barví velikonoční vajíčka? Jakými přírodními nebo umělými barvivy se dá jídlo barvit dnes a jak tomu bylo v minulosti? (délka blogu 3 min.)

25.3.2024 v 8:00 | Karma článku: 13.85 | Přečteno: 179 | Diskuse

Dana Tenzler

Barvy v kuchyni (1) - přírodní žlutá

Blíží se Velikonoce. Napadlo vás někdy, čím se vlastně barví velikonoční vajíčka? Jakými přírodními barvivy se dá jídlo barvit dnes a jak tomu bylo v minulosti? První díl seriálu o barvách.

21.3.2024 v 8:00 | Karma článku: 18.08 | Přečteno: 283 | Diskuse
Počet článků 307 Celková karma 31.85 Průměrná čtenost 3138

Vystudoval chemii (SŠ), kybernetiku, řízení, ekonomii a teorii systémů (interdisciplinární studia - VŠ), je obecně uvažujícím člověkem někde na pomezí mezi přírodními vědami a filosofií. Roky vyučoval filosofii fyziky a virtuální reality na PřF a MFF UK v Praze. Od září 2021 Ph.D. se zaměřením na filosofii fyziky a matematiky. Pracoval jako evropský expert pro "Future Technologies", 7 let pak v jedné z nejvyšších evropských pozic v počítačové bezpečnosti. Momentálně finanční expert na evropské úrovni. V letech 1991-7 byl předsedou společnosti Mensa ČR. Je členem světové vědecké Společnosti pro filosofii času. Absolvent Oxfordského kurzu Filosofie vědy. Více informací zde.

Chcete-li sledovat diskuse v "jeho" skupině, připojte se do Vědecké filosofie & Fyziky (nejen). jfikacek@gmail.com
 
Upozornění: Toto je popularizační blog pro veřejnost, neberte ho tedy jako vědeckou dizertační práci. Někdy je to jen divoká fantazie. Na druhé straně se snaží udržovat jistou vědeckou kvalitu, takže "esoterické" komentáře nejsou vítány. P.S.: Osobně útočné a odborně velmi nekvalitní komentáře, zejména velmi dlouhé, budou mazány.

Rána pro britskou monarchii. Princezna Kate má rakovinu, chodí na chemoterapii

Britská princezna z Walesu Kate (42) se léčí s rakovinou. Oznámila to sama ve videu na sociálních sítích poté, co se...

Smoljak nechtěl Sobotu v Jáchymovi. Zničil jsi nám film, řekl mu

Příběh naivního vesnického mladíka Františka, který získá v Praze díky kondiciogramu nejen pracovní místo, ale i...

Rejžo, jdu do naha! Balzerová vzpomínala na nahou scénu v Zlatých úhořích

Eliška Balzerová (74) v 7 pádech Honzy Dědka přiznala, že dodnes neví, ve který den se narodila. Kromě toho, že...

Kam pro filmy bez Ulož.to? Přinášíme další várku streamovacích služeb do TV

S vhodnou aplikací na vás mohou v televizoru na stisk tlačítka čekat tisíce filmů, seriálů nebo divadelních...

Stále víc hráčů dobrovolně opouští Survivor. Je znamením doby zhýčkanost?

Letošní ročník reality show Survivor je zatím nejkritizovanějším v celé historii soutěže. Může za to fakt, že už...