SRT, TOE – pod týmito skratkami sa skrýva takmer každému známy pojem „teória relativity“. Všetko sa dá vysvetliť jednoduchým jazykom, dokonca aj výrok génia, takže nezúfajte, ak si nepamätáte školský kurz fyziky, pretože v skutočnosti je všetko oveľa jednoduchšie, ako sa zdá.
Zrodenie teórie
Začnime teda kurzom "Teória relativity pre figuríny". Albert Einstein publikoval svoju prácu v roku 1905 a medzi vedcami vyvolala rozruch. Táto teória takmer úplne pokryla mnohé medzery a nezrovnalosti vo fyzike minulého storočia, no navyše obrátila myšlienku priestoru a času hore nohami. Pre súčasníkov bolo ťažké uveriť mnohým Einsteinovým výrokom, ale experimenty a štúdie len potvrdili slová veľkého vedca.
Einsteinova teória relativity jednoduchým spôsobom vysvetlila, s čím ľudia zápasili po stáročia. Možno ho nazvať základom celej modernej fyziky. Avšak skôr, ako budeme pokračovať v rozprávaní o teórii relativity, mali by smeobjasniť problematiku pojmov. Určite mnohí pri čítaní populárno-vedeckých článkov narazili na dve skratky: SRT a GRT. V skutočnosti znamenajú trochu odlišné pojmy. Prvá je špeciálna teória relativity a druhá znamená „všeobecnú teóriu relativity“.
Jednoducho zložité
SRT je staršia teória, ktorá sa neskôr stala súčasťou GR. Môže brať do úvahy iba fyzikálne procesy pre objekty pohybujúce sa rovnomernou rýchlosťou. Všeobecná teória môže opísať, čo sa stane so zrýchľovacími objektmi, a tiež vysvetliť, prečo existujú častice gravitónu a gravitácia.
Ak potrebujete popísať pohyb a zákony mechaniky, ako aj vzťah priestoru a času pri približovaní sa k rýchlosti svetla – to dokáže špeciálna teória relativity. Zjednodušene sa to dá vysvetliť takto: napríklad priatelia z budúcnosti vám dali vesmírnu loď, ktorá dokáže lietať vysokou rýchlosťou. Na čele kozmickej lode je delo schopné strieľať fotónmi všetko vpredu.
Keď dôjde k výstrelu vzhľadom na loď, tieto častice letia rýchlosťou svetla, ale logicky by stacionárny pozorovateľ mal vidieť súčet dvoch rýchlostí (samotné fotóny a loď). Ale nič také. Pozorovateľ uvidí fotóny pohybujúce sa rýchlosťou 300 000 m/s, ako keby rýchlosť lode bola nulová.
Ide o to, že bez ohľadu na to, ako rýchlo sa objekt pohybuje, rýchlosť svetla je preň konštantná.
Tototvrdenie je základom úžasných logických záverov, ako je spomalenie a skreslenie času v závislosti od hmotnosti a rýchlosti objektu. Mnoho sci-fi filmov a seriálov je založených na tomto.
Všeobecná relativita
Rozsiahlejšiu všeobecnú teóriu relativity možno vysvetliť jednoduchými termínmi. Na začiatok by sme mali vziať do úvahy skutočnosť, že náš priestor je štvorrozmerný. Čas a priestor sú spojené v takom „subjekte“, akým je „časopriestorové kontinuum“. V našom priestore sú štyri súradnicové osi: x, y, z a t.
Ľudia však nedokážu priamo vnímať štyri dimenzie, rovnako ako hypotetický plochý človek žijúci v dvojrozmernom svete nie je schopný vzhliadnuť. V skutočnosti je náš svet iba projekciou štvorrozmerného priestoru do trojrozmerného priestoru.
Zaujímavým faktom je, že podľa všeobecnej teórie relativity sa telesá pri pohybe nemenia. Objekty štvorrozmerného sveta sú v skutočnosti vždy nezmenené a pri pohybe sa menia len ich projekcie, čo vnímame ako skreslenie času, zmenšenie alebo zväčšenie a pod.
Experiment s výťahom
Teória relativity sa dá vysvetliť jednoducho pomocou malého myšlienkového experimentu. Predstavte si, že ste vo výťahu. Kabína sa dala do pohybu a vy ste boli v stave beztiaže. Čo sa stalo? Dôvody môžu byť dva: buď je tam výťahvesmíre, alebo je vo voľnom páde pod vplyvom gravitácie planéty. Najzaujímavejšie na tom je, že je nemožné zistiť príčinu stavu beztiaže, ak neexistuje spôsob, ako sa pozrieť von z kabíny výťahu, to znamená, že oba procesy vyzerajú rovnako.
Možno, že Albert Einstein po vykonaní podobného myšlienkového experimentu dospel k záveru, že ak sú tieto dve situácie od seba nerozoznateľné, tak v skutočnosti teleso pod vplyvom gravitácie nezrýchľuje, ide o rovnomerný pohyb ktorá je zakrivená vplyvom masívneho telesa (v tomto prípade planét). Zrýchlený pohyb je teda iba projekciou rovnomerného pohybu do trojrozmerného priestoru.
Ilustračný príklad
Ďalší dobrý príklad „Relativity for Dummies“. Nie je to úplne správne, ale je to veľmi jednoduché a prehľadné. Ak sa na napnutú látku položí akýkoľvek predmet, vytvorí pod ňou „vychýlenie“, „lievik“. Všetky menšie telesá budú nútené skresľovať svoju dráhu podľa nového zakrivenia priestoru a ak má teleso málo energie, nemusí tento lievik vôbec prekonať. Z pohľadu samotného pohybujúceho sa objektu však zostáva trajektória rovná, nepocítia zakrivenie priestoru.
Gravitácia „znížená“
S príchodom všeobecnej teórie relativity prestala byť gravitácia silou a teraz sa uspokojila s pozíciou jednoduchého dôsledku zakrivenia času a priestoru. Všeobecná relativita sa môže zdať fantastická, ale fungujeverzia a potvrdená experimentmi.
Mnoho zdanlivo neuveriteľných vecí v našom svete možno vysvetliť teóriou relativity. Jednoducho povedané, takéto veci sa nazývajú dôsledky všeobecnej teórie relativity. Napríklad lúče svetla letiace na blízko od masívnych telies sú ohnuté. Navyše, veľa predmetov z ďalekého vesmíru je skrytých za sebou, no vďaka tomu, že lúče svetla obchádzajú iné telesá, sú nášmu pohľadu (presnejšie pohľadu ďalekohľadu) dostupné zdanlivo neviditeľné predmety. Je to ako pozerať sa cez steny.
Čím väčšia je gravitácia, tým pomalšie plynie čas na povrchu objektu. To platí nielen pre masívne telesá, ako sú neutrónové hviezdy alebo čierne diery. Efekt dilatácie času možno pozorovať aj na Zemi. Napríklad satelitné navigačné zariadenia sú vybavené najpresnejšími atómovými hodinami. Sú na obežnej dráhe našej planéty a čas tam beží o niečo rýchlejšie. Stovky sekundy za deň sa pripočítajú k číslu, ktoré spôsobí až 10 km chyby vo výpočtoch trasy na Zemi. Práve teória relativity nám umožňuje vypočítať túto chybu.
Zjednodušene môžeme povedať toto: Všeobecná relativita je základom mnohých moderných technológií a vďaka Einsteinovi môžeme ľahko nájsť pizzeriu a knižnicu v neznáma oblasť.
