Ocena brak

Jak udowodniono teorię Einsteina, czyli paradoks bliźniąt

Autor /Bonifacy Dodano /03.10.2011

Fizycy jako spadkobiercy filozofów przyrody od wieków rozważają nad czasem. Starają się dojść do tego, co decyduje o jego własnościach. Bardzo ciekawe i intrygujące jest to, że najważ-niejsze, a za razem najabardziej ponadczasowe koncepcje czasu ukształtowały się już wkrótce po narodzinach nowożytnej fizyki.

Izaak Newton, zastanawiając nad istotą czasu, w roku 1687 pisał: Czas absolutny, praw-dziwy i matematyczny, sam z siebie i przez swą naturę, upływa równomiernie bez związku z czym-kolwiek zewnętrznym i inaczej nazywa się trwaniem (według niemieckiego miesięcznika "Das Be-ste" cytat ten brzmi inaczej: Prawdziwy, matematyczny czas płynie równo, nie mając odniesienia do żadnych procesów zewnętrznych). Wydaje się na zdrowy rozum, ze nie ma nic bliższego praw-dy. Przecież jeśli nastawimy nasz zegarek według zegara na Zamku Królewskim, wskazówki obu mechanizmów będą posuwać się z tą samą prędkością, niezależnie od tego, co robi właściciel ze-garka i co stanie się z Zamkiem. Czas płynie bez względu na to, jak usiłujemy nim manipulować. Nawet jeśli nastawię swój zegarek na inny czas, i tak nie odbędę podróży w czasie. Przez ponad 250 lat fizycy byli przekonani, że Newton ma rację i wtedy pojawił się Albert Einstein.

Ten uczony w 1905 roku sformułował między innymi swoje szczeguły dotyczące teorii względności. Powiedział: czas jest względny. Upływa z rozmaitą prędkością w zależności od tem-pa poruszania się przedmiotów w przestrzeni. Jego praca "O elektrodynamice ciał w ruchu" odnosi się do całej fizyki, ale pod pewnymi względami stoi w poważnej sprzeczności z intuicyjnym rozu-mieniem czasu i przestrzeni. Jeżeli jego teoria względności odpowiada prawdzie, czas nie jest by-tem absolutnym. Wystarczy, byśmy poruszali się dostatecznie szybko, czas zależy bowiem od szybkości podróżującego. Przeczytałam, że fizycy ilustrują to twierdzenie następującą opowiastką: żyła niegdyś para bliźniaków, Ernest i Ernestyna. Ernestyna wyruszyła w jednodniową podróż w przestrzeń. Rankiem wsiadła do rakiety, mknącej prawie z prędkością światła i poleciała w kosmos. Ernest został na Ziemi. Gdy po kilku godzinach siostra wróciła, ku swemu zdumieniu spostrzegła, że jej bliźniaczy brat posiwiał, a jego twarz pokrywają zmarszczki.

Podczas podróży siostry na Ziemi upłynęło wiele, wiele lat. Ernestyna, urodzona tego samego dnia, co jej brat, była teraz od niego o wiele młodsza, tylko dlatego, że z wielką prędkością podróżowała w kosmosie. Fizycy nazywają to zjawisko para-doksem bliźniąt. Chodzi o to, że kobieta żyła w innym układzie odniesienia - szybko poruszającego się statku kosmicznego o własnej skali czasu. Gdy wylądowała, wróciła do układu odniesienia swojego, gdzie czas płynął dużo szybciej.

Przy pomocy niezwykle dokładnych zegarów naukowcy potrafią można dowieść, że para-doks bliźniąt nie jest tylko science fiction. W październiku 1971 roku fizycy amerykańscy Joseph Hafele i Richard Keating umieścili na jego pokładzie jumbo jeta cztery precyzyjne i niezawodne zegary atomowe. Cztery inne zegary zostawiono na Ziemi, miały one pozwolić na porównania. Sa-molot, który startował z Waszyngtonu, dwukrotnie okrążył Ziemię. Gdy wylądował, uczeni wstrzy-mali dech w piersiach. Podróżujące zegary w istocie wykazywały około 300 miliardowych sekundy opóźnienia - dokładnie, jak przewidywał Einstein.

Różnica 300 miliardowych sekundy - to niewiele, nawet nie tyle, co mrugnięcie oka. Ale paradoks bliźniąt nadal ma duże znaczenie praktyczne. Statki, sterowane satelitarnie, muszą go brać pod uwagę, w przeciwnym razie zboczą z kursu o ładnych "parę" kilometrów. Kolejnym przykładem jest zegar umieszczony na wieży Uniwersytetu Harvarda, który, jak wykazały precyzyjne pomiary przeprowadzone w 1960 roku, chodził szybciej niż ten 23 metry niżej.

Teoria Einsteina mówi też, że potężne masy materii - takie jak planety, gwiazdy czy czarne dziury - zniekształcają przestrzeń, a zatem rozciągają bądź ścieśniają czas. Uczony założył, że istnieje stałość prędkości światła. W każdym zakątku wszechświata światło rozprzestrzenia się z jednakową prędkością, niezależnie od szybkości poruszania się jego źródła. Cząsteczki światła zawsze rozchodzą się z prędkością 300 000 kilometrów na sekundę. W matematycznych równa-niach teorii względności czas i przestrzeń są nierozerwalnie ze sobą związane - niczym nici w u-tkanym materiale.

Zrozumiałam to, gdy przeczytałam następujący dowód: Załóżmy, że z tego czasoprze-strzennego materiału upleciemy hamak. Każdy, kto utnie sobie w nim drzemkę, musi go w różnych miejscach rozciągnąć. Gdy śpiący się porusza, wybrzuszenia materiału przesuwają się w różne strony. Bardzo podobnie rozciąga się i kurczy czasoprzestrzeń, i to rzeczywiście, nie tylko teore-tycznie. Czas Einsteina nie jest już absolutny. Fizyk Claus Kiefer, jeden z czołowych niemieckich badaczy czasu, ilustruje to w następujący sposób: Jeżeli zmienię pozycję swego ciała, obracając się na krześle od biurka w stronę pokoju - zmieniam krzywiznę przestrzeni, a co za tym idzie, cza-soprzestrzeń tego pomieszczenia. A zatem czas płynie z różną prędkością w rozmaitych miejscach tego pokoju przed i po wykonaniu w nim ruchu.

W życiu nie zauważamy tego, ale na niezwykle szczegółowych i precyzyjnych aparatach można to udowodnić. Fizycy udowodnili też - usiłując teoretycznie pogodzić ze sobą dwie sprzecz-ne koncepcje Newtona i Einsteina. Rezultatem tego teoretycznego połączenia była następująca konkluzja: czas znika. Z matematycznego punktu widzenia traci wszelkie znaczenie. Wspominany już fizyk niemiecki mówi: W równaniach pojęcie czasu już nie występuje. To fakt matematyczny, nie do pojęcia z punktu widzenia ludzkiej percepcji.

Nie wspomniałam jeszcze o jednym bardzo ważnym fakcie - o jednokierunkowości czasu. Czas upływa, nigdy się nie cofając. Gdy zwrócimy uwagę na proste zjawiska, a film puścimy do tyłu nie dostrzeżemy istotnej różnicy. Gdy podobnie postąpimy ze zjawiskami bardziej złożonymi, takimi choćby jak roztrzaskujący się o marmurową posadzkę kryształowy wazon, okaże się, że cofający się film przedstawia sytuacje, które nigdy nie występują. Czy ktoś widział, jak roztrzaskany w drob-ny mak wazon zbiera się z powrotem w pierwotny kształt?

Teraz może coś o szalonych naukowcach i konstruktorach (załóżmy, że ich pomysły da się zrealizować), którzy za wszelką cenę chcą obalić prawo jednokierunkowości czasu. Wyobraźmy sobie, że któryś z nich buduje wehikuł czasu i rusza w przeszłość. Zabija tam swojego dziadka, nim ten zdążył spłodzić syna, czyli ojca szalonego konstruktora. Mordując dziadka unicestwia ojca, a tym samym siebie - nie może istnieć. Czy opłacają się więc podróże w czasie? Najśmieszniejsze w tym wszystkim jest jednak to, że choć od tylu lat fizycy rozważają nad czasem, podobno jeszcze żaden z nich nie sformuował jasnej i zrozumiałej, ani jakiejkolwiek innej definicji co to właściwie jest cały ten czas.

Podobne prace

Do góry