Pochopte základní ideu Einsteinovy teorie relativity za pár minut

18. 01. 2016 9:04:00
Dnes si předvedeme nejjednodušší možný výklad podstaty speciální teorie relativity, a to konkrétně výklad dilatace času. Za chvíli pochopíte, proč se čas může zpomalovat. Jednodušší výklad teorie relativity neexistuje.

K tomuto prostému výkladu potřebujeme chápat, jak je možné, že je rychlost světla vůči pozorovateli stále stejně velká, i když "stojíme" nebo se za světelným paprskem ženeme obrovskou rychlostí. To jsme si názorně vysvětlili v minulém blogu. Teď to už bereme jako fakt.

K našemu výkladu použijeme příklad, na němž teorii relativity pochopil sám Einstein. Je důležité říci, že Albert už měl rovnice speciální teorie relativity hotové, ale pro něj bylo zásadní si relativistické efekty představit i názorně. Vzorce nejsou všechno, hlavní je pochopení. Občas zašel uvažovat nad speciální relativitou na nádraží v Bernu. Představoval si relativistické efekty, které by probíhaly, kdyby se vlaky pohybovaly skoro světelnou rychlostí. Takový vlak máme zjednodušeně nakreslený na následujícím obrázku.

Nejdříve si představme situaci A, což je situace, kdy sedíme ve vlaku a budeme pozorovat pohyb světelného paprsku mezi dvěma zrcadly. Jedno je na stropě a druhé na podlaze. (Tomuto zařízení se říká světelné hodiny.) Sedíme-li ve vlaku, jsme vzhledem k vlaku v klidu a také soustava dvou zrcadel s paprskem je vůči nám v klidu. Vidíme tedy paprsek tak jako v případě A.

Nicméně onen vlak projíždí velkou rychlostí kolem nástupiště a my jej můžeme také pozorovat z nástupiště. To odpovídá situaci B, která je na druhém obrázku. Vlak v pohledu z nástupiště pohybuje vpravo a s ním ale i zrcadla s paprskem. Paprsek se pochopitelně musí posunovat spolu se zrcadly, což ale znamená, že ho z nástupiště vidíme pohybovat se šikmo. Dráha paprsku prostě z nástupiště vypadá jinak.

Znázorněme si to podstatné z obou situací A a B na dalším obrázku. To, co opravdu sledujeme je dráha jednoho paprsku a bude nám postačovat třeba dráha paprsku od stropu k podlaze. (Tím se vyhneme odrazu paprsku, který by znamenal zrychlení, čím bychom se ocitli už v obecné teorii relativity, tedy mimo speciální relativitu, kterou si tu vykládáme.)

Jsme-li pozorovatel ve vlaku, uvidíme dráhu paprsku A, která je znázorněna modrou šipkou, a to i když se vlak vzhledem k nástupišti pohybuje šílenou rychlostí. My jsme totiž vůči vlaku v klidu. Jsme-li ale pozorovatelem na nástupišti, uvidíme dráhu téhož paprsky jako dráhu B, znázorněnou červenou šipkou. Černá šipka znázorňuje pohyb vlaku rychlostí v.

Na první pohled je zřejmé, že dráha paprsku z pohledu člověka na nástupišti, tedy B, je delší než dráha téhož paprsku z pohledu cestujícího v tomto vlaku, tedy A. Kdybychom takto pozorovali pohyb nějakého tělesa (třeba padajícího míče), řekli bychom si prostě, že těleso se v případě B pohybuje rychleji než v případě A a proto urazí za stejný čas větší dráhu.

To je ale přesně to, co si u světelného paprsku říci nemůžeme, protože jsme si minule vysvětlili, že rychlost každého paprsku světla je stále stejná, a to právě c, ať se pozorovatel pohybuje jakkoliv. Tedy jak po dráze A, tak po dráze B se paprsek světla pohybuje toutéž rychlostí c. Nezbývá nám než připustit, že v případě B ubíhá čas pomaleji než v případě A. Tomuto jevu se říká dilatace času.

Pro větší názornost si představme, že vše pozorujeme z nástupiště a že zcela stejné (tedy i stejně velké) světelné hodiny, máme jak na nástupišti, tak ve vlaku. Když na hodinách na nástupišti dospěje paprsek od stropu k podlaze, paprsek na hodinách ve vlaku ještě nedorazí k podlaze, protože se pohybuje po delší dráze. To ale znamená, že paprsek ve vlaku (A) letí delší dobu, než letí identický paprsek (B) na nástupišti. A protože obě zařízení jsou identické hodiny, je zřejmé, že hodiny ve vlaku jdou pomaleji než hodiny na nástupišti. No, není to průzračné a nádherné vysvětlení dilatace času, které nám Albert připravil?

Další blogy ze speciální relativity:
Proč je rychlost světla stále neměnná - relativita snadno a názorně...
Teorie relativity jako symetrický klam a iluze?
Ucelenejší výklad - Teorie relativity pro ty, kdo si myslí, že ji nikdy nepochopí :

Proč neexistuje paradox dvojčat
Chybička pana Einsteina aneb proč není současnost jen iluze
Když chce náročnější téma: Vidíme hvězdy v minulosti nebo v současnosti?
Je čas jen iluze?

Autor: Jan Fikáček | pondělí 18.1.2016 9:04 | karma článku: 46.52 | přečteno: 42273x

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: 21.69 | Přečteno: 613 | 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: 6277 | 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: 30.29 | Přečteno: 2107 | 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: 13.12 | Přečteno: 121 | 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: 24.05 | Přečteno: 513 |

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: 14.44 | Přečteno: 189 | 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: 18.10 | Přečteno: 291 | Diskuse
Počet článků 307 Celková karma 31.94 Průměrná čtenost 3139

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.

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...

Pliveme vám do piva. Centrum Málagy zaplavily nenávistné vzkazy turistům

Mezi turisticky oblíbené destinace se dlouhá léta řadí i španělská Málaga. Přístavní město na jihu země láká na...

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...