Fyzika V. Speciální teorie relativity a to se souměrným diagramem

Teorie relativity má první část, kterou Albert Einstein zveřejnil roku 1905 a také ji prosadil. Náročnější pokračování o přitažlivosti - gravitaci pak vytvořil v desátých letech 20. století - obecnou teorii.

První z obou teorií získala přízvisko speciální; týká se jen některých soustav. Těch, které nejsou poháněné k větší rychlosti, ani nejsou brzděné. Proto se jejich pohybové souvislosti uvažují snadněji než u akcelerujících soustav. Brzdění lze vysvětlit například odhazováním závaží směrem dopředu, tedy ve směru pohybu. Soustavou je, dejme tomu, kosmický koráb nebo i oběžnice.

Speciální teorie relativity (STR) užívá k základním výpočtům vztahů středoškolské matematiky. Objektům počítá změnu času, hmotnosti, a dokonce i délky jeho okolí, a to podle rychlosti pohybu. Změny času jsou mi základem, kterým se pokouším hledat funkční podstatu časoprostoru.

Zpomalování času se projevilo v technice dvacátého století. Například vakuová obrazovka, kterou někteří ještě pamatují, využívá urychlené elektrony. Svou rychlostí bývají trochu ovlivněné relativistickým zpožděním času, ačkoliv se rychlosti světla - téměř třem stům tisíců km/s - nepřiblíží. Zásadní zpomalení času pak mají částice v obrovských fyzikálních přístrojích - v urychlovačích částic.

Zpomalování času bylo bezpečně prokázáno, kdežto změny délek nikoliv. A během desítek let se názory uklidňují. Skutečně se rozměry mění?

Nyní opatrněji:

*

Ohledně fyzikální délek tuším i nějaké zdání - stěží skutečnost.

Metoda „dobrých zdání“ byla později legračně připomínána - až poté, co technika vyjádřila vlastnosti přenášeného signálu a zvládla jejich měření.

*

Zavedená změna času při pohybu postihuje naprosto vše. Jak hodiny, tak stárnutí hmoty a chod organismu tvora.

Heisenberg připomíná více působících vlivů na částice, jež jsou v konci podrobené jednotnému relativistickému výsledku, jednotným změnám času. Přístupem kvantové teorie jsou měřítka i hodiny velmi složitá tělesa:

Dbám možnosti, která je odedávna zmiňována. Částice ať se skládají z elementárních podčástic – bodů. Informatických bodů - viz v dalším.

Minkowského graf bývá základem vysvětlování STR. Zdůrazňuje nejvyšší obhajitelnou rychlost pohybu ~ 300.000 km/s. Nejrychlejší pohyb má foton, a víc skloněná pohybová čára se už nevyskytne. Mezní dovolenou rychlost pohybu hmoty ukazuje žlutá plocha v zavedeném časoprostoru. V době začátku teorie relativity Minkowski svým grafem zdůraznil Einsteinovu rychlostní mez, dříve nečekanou a neznámou. Poznatek je srozumitelný i bez výpočetní obhajoby. Tento graf je dvojrozměrným (2D) časoprostorem, který vodorovně obsahuje 1D prostor a svisle čas.

Minkowski zvýraznil vzájemnou závislost času a pohybu, čímž založil pojem časoprostoru. Obě veličiny jsou propojené; řekněme jako dvojitý rybí měchýř. Když se rychlost blíží maximální, světelné, pak je čas velmi zpomalený. V našich malých rychlostech změny času nepozorujeme.

Pro 2D prostor, rovinu, nabídnu zobrazení 3D časoprostoru, v souladu s Minkowským. Kužel časoprostoru se stále zvyšuje, jak určuje růst času.

Minkowský světu věnoval výstižné zobrazení časoprostoru. Přesto však dává jen částečné pochopení jeho podstaty. Už proto, že ani čas dosud nemá svou fyzikální, všeobecně uznávanou definici.

Minkowského graf je sice potřebný, avšak neukazuje rovnocennost času a prostoru, jež bývá považována za důležitou součást STR. K tomu navrhuji jiný graf. Je souměrný; na svislé ose nanáší čas tělesa a na vodorovné jeho pohyb prostorem. Mohl by vést k dalšímu vyjasňování souvislostí STR, zvlášť pokud jeho validitu zhodnotí znalejší lidé.

Lorentzovu transformaci {1} lze převést do tvaru Pythagorovy věty {2}. Ta, stejně tak patří rovnici kružnice. Transformaci zobrazuje souměrný diagram. Ukazuje rovnocennost času a dráhy v teorii relativity.

{1} Lorentzova transformace … t = t0/√(1 – v2/c2)
{2} Pythagorova rovnice .......... (v/c)2 + (t0/t)2 = 1

v … proměnná rychlost sledovaného objektu [m/s]
t … proměnný relativistický čas objektu v pohybu [s]
t0 … čas objektu bez pohybu [s]
c … rychlost světla [m/s]

Rostoucí kružnice určuje vzájemnou závislost času a délky objektů v různých rychlostech. Hmotný objekt se vždy nachází na jejím obvodě.

Minkowského graf vyjadřoval děje v pozemském čase.

Souměrný graf umožňuje odečet zpomaleného času toho, kterého objektu na obvodě kružnice. Mám za to, že například studentům přiblíží problematiku STR.

Nejrychleji plyne čas postavě, jež se prostorem nepřesunuje - zakreslena na svislé ose. Naopak nejpomalejší, zastavený čas, přísluší fotonu - částici světla. Rozkmitané „cosi“ letí prostorem největší známou rychlostí. Fyzika běžně nepopisuje sestavu fotonu, jeho mechanický model. Zde spekuluji o informatických bodech, které ho sestavují.

Když na Zemi uplynul čas 3 sekundy, uletěl hvězdolet dráhu 300.000 km. Jeho vlastní čas je pomalejší; graf ukazuje jen 2,8 sekundy. Foton přitom uletěl vzdálenost 900.000 km. Toto jsou údaje z obvodu časoprostorové kružnice, kterou souměrný diagram zavádí.

Měření času u stojící postavy a v hvězdoletu dává odlišné údaje. V něm jsou děje pomalejší.

Proč kružnice stále roste?

Vesmír hlídá - určuje nárůst času a spojuje ho s pohybem prostorem. Souvislost obou veličin graficky připomíná rostoucí časoprostorová kružnice. Dosud fyzika neurčuje příčinu této propojenosti – časoprostorovou kružnici nepoužívá. Stoupající polopřímka Minkowského grafu nám připadá samozřejmá - čas narůstá.

Příčinu růstu hledám v neznámé veličině, jejíž přírůstky stále poskytuje naší hmotě jakýsi skrytý Zdroj. Dovoluje buď nárůst času, nebo pohyb.

Popsané názory vyplývají z Einsteinovy teorie relativity. S přínosem Minkowského a s mnoha odbornými diskusemi dalších desetiletí. Její souvislosti nejsou cestujícímu průkazné například za letu letadla, v rychlosti 900 km/h. Srovnáním hodin z letadla a z cílového letiště změnu nezjistí. Naše hodinky, při nevelké rychlosti, nepodlehnou nějaké měřitelné změně.

Náročnost Einsteinovy fyziky je zesílena pojmem relativity. Ta určuje, že všechen běh času, v zavedených soustavách, má být rovnocenný.

Jenže se nabízí i jinak. Co když základní - nejpomalejší čas patří nějakému objektu, jenž zůstal v místě velkého třesku bez pohybu? Na místě, odkud se veškerá hmota měla dát do pohybu.

Lze zvážit tento - ovšem málo důvěryhodný začátek Vesmíru. Astrofyzika jej určila v průběhu 20. století. Takový časový počátek vytvořeného Vesmíru mohl být po chuti opouštěným náboženstvím. Vždyť zázrakem, bez vysvětlení, měla postupně vzniknout veškerá látka, tedy hmota a fyzikální pole, z jednoho místa, z bodu.

Škoda spekulovat, když poznání je zde ještě příliš blízko svému začátku. Například méně známé názory naznačují, že každá hvězdná soustava má mít svou odlišnou časoprostorovou podstatu.

Speciální teorie relativity bývá představovaná jako nauka, která neuznává současnost. Jaká to současnost, když každá soustava může mít svůj odlišný čas? Podle rychlosti svého pohybu. Přesto lze pojem „přitom“ obhajovat.

Nadřazenou současnost více objektů nabízí souměrný diagram. Časy objektů, vzešlých ze společného časoprostorového počátku, jsou odlišné, a přece zvažuji jejich současnost - nacházejí se společně na obvodě téže kružnice. Ta je určující.

STR současnost odmítá - nejen soustavám o různých rychlostech pohybu. Zdůrazňuje omezenou rychlost elektromagnetických signálů, jež zpomaluje sdělování například mezi Zemí a Měsícem. Vždyť co současného se děje v kterékoliv vzdálenosti, to nám hmota nesděluje. I v rámci jediné soustavy, pro objekty neměnící svou vzdálenost, přichází informace opožděná. Einsteinova nauka neznala přenos informace rychlejší, než poskytuje světlo.

Už roku 1905 speciální teorie relativity nabídla, a to staršími Lorentzovými přepočetními vzorci - pochybnosti nad Euklidovým světem. Každý pohyb značil nejen změnu času, ale i proměnnost délek - v našich malých rychlostech ovšem změny neměřitelně malé. Vliv změny délky se má projevit u částice mionu, jež vlétá do ovzduší z kosmu a zanikne kupodivu později, než když se nachází na Zemi bez rychlého pohybu. Proletí nečekaně dlouhou dráhu.

Kdežto Informatický Vesmír, který chystám do dalších pokračování, dbá dlouhého života částice v jejím zpomaleném čase. Následkem toho pak proletí dlouhou dráhu. Zkouším se obejít beze změn délek v závislosti na rychlosti pohybu, oproti STR.

Nežijeme-li v neměnném časoprostoru, v Newton-Euklidovském světě, pak odkud lze brát názory na náš svět? Čas je proměnný, i když podléhá výpočetním zákonům. Čemu důvěřovat - lidským smyslům? Rozum, je-li jedním z dalších smyslů, zaručený není. Vždyť ten nás vede k lineárnímu rozložení hmoty v prostoru, kdy se nedbá příčin často chybějících výpočetních výsledků. Smiřujeme se s jejich iracionalitou - a to bez potřebného zdůvodnění. V tom sleduji jisté opomíjení významu matematiky. Euklidův prostor sice věda důkladně prostudovala a navázala na něj zakřivené následovníky, ale přesto jej opovážlivě odmítám za naše působiště, zvlášť když je možná jeho náhrada.

[1] Šíp času - Peter Coveney, Roger Highfield. Nakl. Oldag, Ostrava 1995, s. 88

[2] Základy teorie relativity - Novotný, Jan - Jurmanová, Jana - Geršl, Jan - Svobodová, Marta. Masarykova univerzita, Brno, s. 51

[3] Einstein - život, smrt, nesmrtelnost - B. G. Kuzněcov. SPN, Praha 1984, s. 259

[4] Speciální teorie informatická - Bohumír Tichánek. Vydalo roku 2023 nakl. Cyrrus Trade ISBN 978-80-7504-65 7-4