Einstein udělal sem tam nějakou chybičku, tak ho musíme opravit (pokud jde o současnost)

30. 07. 2019 13:42:45
Milý Albert "zuřivě" bojoval proti nelokálnosti v kvantové mechanice, neboli nesouhlasil s tím, že by kvantová provázanost mohla být rychlejší než světlo. Jenže ve své speciální teorii relativity zavedl právě nelokální současnost.

Jak je ve speciální teorii relativity (STR) vlastně definována současnost? K pochopení nám pomůžou následující obrázky. (Omluvte mé neumné malůvky.) První obrázek ukazuje Einsteinovu úvahu v podobě pro nás obvyklé.

Einstein si představil, že co se děje současně na tělese i u pozorovatele určí tak, že pozorovatel vyšle světelný paprsek k tělesu. Od zrcadla na tělese se paprsek odrazí a vrátí se k pozorovateli. Protože paprsek letí stejnou dobu tam jako zpět, je snadné určit okamžik jeho odrazu. Pozorovatel změří čas, za který se vyslaný paprsek vrátil. Tento čas dělí dvěma a získá tak časový údaj okamžiku na svých hodinách, ve kterém se paprsek odrazil od tělesa. Tento pozorovatelův okamžik je tedy současný s okamžikem odrazu paprsku od tělesa, tedy s dějem na tělese. Tím byla vytvořena představa současnosti společné pro pozorovatele i těleso.

Teď si stejnou situaci ukážeme ne v prostoru, ale v prostoročase, na prostoročasovém diagramu. Vodorovná osa x na obrázku znázorňuje prostor. Pro jednoduchost jsme tam ponechali jen jeden rozměr, a ne obvyklé tři. Pozorovatel na obrázku, který hledá společnou současnost pro sebe a těleso, je v prostoru, tedy na ose x v klidu, tedy ve stále stejné poloze. Tuto polohu jsme zvolili jen pro jednoduchost výkladu. Jeho poloha je určena průsečíkem osy x s osou t, která je na osu x kolmá. Osa t je časová osa. Pozorovatel se nepohybuje v prostoru, tedy na ose x, takže jak čas ubíhá, pohybuje se jen nahoru po ose t, tedy v čase. Čas prostě plyne.

Pozorovatel má za úkol synchronizovat svůj čas s časem tělesa, nakresleného na obrázku. Udělá to tak, jak už vysvětleno u prvního obrázku, že pošle světlo, tedy foton, v čase t=0 k tělesu. Na tělese je zrcadlo (kolmé na osu x), které světlo odrazí zpět k pozorovateli. Pozorovatel zachytí odražené světlo v čase t=2 (tuto hodnotu jsme opět určili pro jednoduchost výkladu). Dráha světla, pohybujícího se rychlostí c tam a zpět, je vyznačena šikmými čarami.

Einstein určil okamžik pozorovatele současný s okamžikem odrazu paprsku tak, že uvážil, že doba letu paprsku od pozorovatele k tělesu je stejná, jako doba letu paprsku od tělesa zpět k pozorovateli. Pak mu tedy stačilo celkový čas letu paprsku od pozorovatele a zpět k pozorovateli dělit dvěma a získal časový okamžik pozorovatele, který byl současný s okamžikem odrazu paprsku od tělesa. Celková doba letu paprsku je 2, tedy okamžik odrazu od zrcadla se udál v čase t = 2/2 = 1. Čárkovaná čára na obrázku znázorňuje onu současnost odrazu paprsku s okamžikem pozorovatele. Vše je krystalicky jasné. (Ve více dimenzích se této čárkované přímce současnosti říká (nad)rovina současnosti.) (Pozorovatele může zaznamenat čas přijetí odraženého paprsku, ne však odraz paprsku, neboť ten je daleko. Pozorovatel registruje jen to, s čím má přímý kontakt.)

(Jen pro úplnost uveďme, že těleso nakreslené na obrázku, je nakresleno pouze v té poloze, kdy se od něj odráží vyslaný paprsek. Správně by těleso, pro které pochopitelně také běží čas, mělo být znázorněno jako pruh, podobně jako je poloha pozorovatele vlastně čára, kryjící se s osou t. Pruh znázorňující těleso může být i šikmý, pokud se těleso vůči pozorovateli pohybuje. A pochopitelně by těleso nemělo být správně znázorněno jako obdélník, ale jen jako úsečka, když je prostor na obrázku jen 1D.))

Chcete-li jiný výklad současnosti, zkuste blog Vidíme hvězdy v minulosti, nebo v současnosti?

Einstein tedy definoval současnost velmi jasně a jednoduše, ale zdá se, že je tu "malý" problém. Pokud je něco v klidu, jako třeba pozorovatel, je to kolmé na osu x. Pokud se třeba právě pozorovatel začal pomalu pohybovat třeba doprava, jeho dráha (v STR říkáme světočára) by byla mírně skloněná doprava. Maximální rychlost v STR je rychlost světla, a protože jsme pro obrázek vybrali takové měřítko, že světočára něčeho, co se pohybuje rychlostí světla, je skloněná pod úhlem 45 stupňů, je maximální sklon světočáry právě těchto 45 stupňů. Více skloněné tedy nic nemůže být, protože rychlost světla je v STR maximální a nepřekročitelná.

Co ale potom ta čárkovaná čára, která znázorňuje současnost? Vodorovná čára na našem obrázku přece musí představovat nadsvětelnou rychlost. A to dokonce rychlost nekonečnou. Jenže něco takového přece do STR nemůže patřit, protože to porušuje limitní rychlost světla, která je v STR zásadní. Může základ STR, tedy definici současnosti v STR, teorii relativity porušovat? Pochopitelně nemůže. Einstein, zdá se, tady vypadl ze své vlastní teorie relativity. Jeho teorie tak nemusí být logicky konzistentní. Ba ještě hůře. Uvažme, že současnost, kterou Einstein zavedl, není navíc ani fyzikální. Je to jakési fiktivní pozorování tělesa nekonečnou rychlostí. Einstein tak zřejmě vypadl i z reálné fyziky a octl se v imaginárním světě, který není nijak experimentálně ověřen.

V běžném životě obvykle pozorujeme tělesa světelnými paprsky, které se pohybují světelnou rychlostí. Světlo je fyzikální vlnění, jde zkoumat jeho fyzikální vlastnosti, neboť reálně existuje. Nějaké imaginární pozorování jako základ současnosti se ale neděje žádným fyzikálním polem nebo fyzikálními částicemi, reálně existujícími částicemi. Trochu tento idealistický přístup připomíná Newtona s jeho absolutním a imaginárním prostorem a časem. Zachránit Einsteina by tady mohla snad jedině kvantová provázanost, na kterou svým "bojem" proti nadsvětelným rychlostem v kvantové mechanice v roce 1935 svým článkem upozornil. Zatím se totiž zdá, že jedině tato provázanost má nadsvětelnou rychlost.

Řešením by ale také mohla být F-současnost, tedy fenomenologická současnost, která říká, že současné je to, co vidíme v daném okamžiku světelnými paprsky, tedy co vidíme rychlostí světla, ne imaginární nekonečnou rychlostí. To je vlastně druhá možnost, jak pojmout v STR současnost, kterou Einstein dokonce uvedl ve svém článku, kterým v roce 1905 představit světu svoji STR. Tuto F-současnost označil za nepraktickou (mění se totiž podle polohy pozorovatele), nenapsal ale, že by byla fyzikálně nekorektní. Svou E-současnost, tedy Einsteinovu současnost si Albert vybral proto, že při jejím použití je formulace STR daleko jednodušší.

Když se v noci podíváme na hvězdnou oblohu, vidíme světlo, které právě dorazilo do našich očí, tedy vidíme vesmír v F-současnosti, ne v E-současnosti. A v současnosti nedisponujeme žádným fyzikálním způsobem, kterým bychom viděli vesmír v E-současnosti. Navíc se dá s úspěchem pochybovat, že existuje cokoliv fyzikálního, co by se mohlo pohybovat nekonečnou rychlostí, neboť aktuální nekonečno je něco absolutního, tedy něco nevědeckého, neboť to nejde falsifikovat (Popper), částečně popřít, což je kritérium vědeckosti. Každé takové nekonečno je pouze idealizace něčeho velmi velikého. Dříve například byla i rychlost světla považována za nekonečnou. A dosazením nekonečné hodnoty za rychlost světla přejde STR v Newtonovu klasickou fyziku s absolutním prostorem a a absolutním časem, tedy je jasně newtonovská fyzika ukazuje jako zjednodušený model. Můžeme tedy uvažovat o tom, že kvantová provázanost je jen prakticky nekonečně rychlá, což by mohl být jediný dobrý fyzikální základ pro E-současnost.

Když rozsvítíte lampu, je světlo prakticky okamžitě po celé místnosti, takže se vám jeví prakticky jako nekonečně rychlé. To je další ukázka praktické "nekonečnosti". Dá se tady použít termín geniálního Prof. Vopěnky, tedy přirozené "nekonečno". To je něco, co je tak velké, že se nám to jeví jako nekonečně velké, i když to fakticky nekonečně velké pochopitelně není.

Uvažme ještě, proč udělal Einstein takovou chybu v definici současnosti. Je to pochopitelné právě na příkladu zmíněné lampy. V obvyklém světě vše pozorujeme právě světlem, jehož rychlost je vzhledem k našim pomalým pohybům prakticky nekonečná. Současnost je tedy v naší intuitivní představě obraz světa, "pozorovaný" ihned, tedy nekonečnou rychlostí. Rychlost světla se v našem přirozeném světě jeví jako absolutní (což vlastně Newtona vedlo k představě absolutní současnosti a tím i k absolutnímu času). Einstein tedy podlehl staré lidské intuici a zanechal ve své STR kus stařičkého Newtona, jeden jeho absolutní rys, absolutní tedy nekonečnou rychlost. Einstein byl naprosto úžasný, téměř božský, přece jen ale někdy zřejmě udělal zcela lidsky přirozenou chybu.

A zábavné je, že při STR výpočtech se stejně prakticky přechází z E-současnosti do F-současnosti tak, že se odečítá zpoždění světelných paprsků. E-STR svou jednoduchostí, která vzešla z E-současnosti, na jedné straně usnadňuje její pochopení, na druhé straně ale zatemňuje pochopení její hlubší podstaty, stejně jako klišé o neexistenci éteru. O tom ale zase jindy.
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------
Chcete-li za pár minut pochopit podstatu STR, koukněte na blog Pochopte základní ideu Einsteinovy teorie relativity za pár minut, který má už 15 tisíc shlédnutí.

Autor: Jan Fikáček | úterý 30.7.2019 13:42 | karma článku: 42.80 | přečteno: 2133x

Další články blogera

Jan Fikáček

Naučte svého psa kvantovou mechaniku

Současná fyzika je zvláštní v tom, že někdy hledá podivné souvislosti tam, kde jsou souvislosti v principu prosté. Na jednu stranu je to logické, neboť fyzika 20. století je ve srovnání s newtonovskou fyzikou hodně zvláštní.

19.8.2019 v 9:03 | Karma článku: 41.06 | Přečteno: 2322 | Diskuse

Jan Fikáček

Je gravitace vůbec síla?

Třeba jste už slyšeli tvrzení fyziků, že gravitace není síla, ale je to jen projev zakřiveného prostoročasu, jak ho popisuje obecná teorie relativity. Nebo že elektromagnetická síla, není síla, ale jen výměna (virtuálních) fotonů.

12.8.2019 v 9:04 | Karma článku: 42.15 | Přečteno: 2156 | Diskuse

Jan Fikáček

Jak vyrobit mrak duhových motýlů

Patří to k mým životním zážitkům, na jejichž vyprávění jsem dřív balil holky. Jak známo, balení na sbírku motýlů funguje dost slušně. Tohle ale byli dokonce živí motýli. A jak se mi povedlo vyrobit motýlí mrak? No, to bylo tak:

5.8.2019 v 9:08 | Karma článku: 38.09 | Přečteno: 1521 | Diskuse

Další články z rubriky Věda

Jan Tomášek

Jak vzniká bílkovina

Bílkoviny jsou vlastně všude kolem nás - živočichové - rostliny - ale co to je a jak vznikají, to například mě zas tak jasné nebylo... Myška a sýr ... správný popud pro zkoumání bílkovin.

23.8.2019 v 17:06 | Karma článku: 5.94 | Přečteno: 153 | Diskuse

Petr Hlinomaz

Jak správně předpovědět počasí

Nekoukej do mobilu, ale nahoru. Asi tak bych to shrnul. Zvykli jsme si spoléhat na moderní technologii, jenže i ta může často zklamat.

23.8.2019 v 8:49 | Karma článku: 7.53 | Přečteno: 221 | Diskuse

Dana Tenzler

O muži, který zachránil celý svět

Ne, dnešní blog nebude o ekologii. Nebude o samozvaných hrdinech, kteří se perou o místo před kamerou. Bude o člověku, který opravdu zachránil svět. Zcela potichu a bez účasti médií. (délka blogu 5 min)

22.8.2019 v 8:00 | Karma článku: 45.09 | Přečteno: 7000 | Diskuse

Petr Hlinomaz

Ochrany životního prostředí se ujal extrémismus

Antropogenní vliv skleníkových plynů úzce souvisí s ochranou životního prostředí, přesto někteří tento jasný fakt stále nedokáží pochopit, dokonce to považují za faul, neboť zejména oxid uhličitý přeci naopak životu prospívá.

21.8.2019 v 8:42 | Karma článku: 10.77 | Přečteno: 547 | Diskuse

Jan Mestan

V plochou Zemi podle časopisu Forbes věří zhruba třetina mileniálů

Mileniálové ve Spojených státech, zdá se, často nevnímají Zemi kulatě. Ale jako placku. Zbytek světa na tom nebude lépe.

20.8.2019 v 10:46 | Karma článku: 16.75 | Přečteno: 676 | Diskuse
Počet článků 149 Celková karma 41.10 Průměrná čtenost 2588

Vystudoval chemii, kybernetiku a teorii systémů (interdisciplinární studia) a považuje se za obecně uvažujícího člověka někde na pomezí mezi přírodními vědami a filosofií. Roky vyučoval filosofii fyziky a virtuální reality na PřF a MFF UK v Praze (a v té době odmítal tituly jako Doc. nebo CSc.). Nyní PhD student filosofie teoretické fyziky. Pracoval jako evropský expert pro "Future and Emerging Technologies". V letech 1991-7 byl předsedou společnosti Mensa ČRVíce informací zde.

Chcete-li sledovat diskuse v jeho skupině, připojte se do Vědecké filosofie & Fyziky (nejen). jan@fikacek.cz
 
Upozornění: Toto je popularizační blog pro veřejnost, neberte ho tedy jako vědeckou dizertační práci. :-) Autor má zde uváděné základní myšlenky většinou propracované do hloubky, do blogu pro veřejnost však není vhodné uvádět příliš složité formulace. Autora ale baví komunikovat s veřejností, proto tato forma s někdy expresivním vyjadřováním, přehnané nadpisy, které k popularizaci asi patří. Některé blogy jsou však čistá věda, ba dokonce mainstream, některé (asi většina) jsou kritické úvahy snažící se formulovat nové nápady, některé jsou opravdu jen sci-fi nebo spíše sci-sci-fi.

P.S.: Komentáře, které budou řešit autora, ne (jen) obsah blogu, budou bez varování smazány. :-) 

Najdete na iDNES.cz