Článek
Nezávislá skupina vědkyň a vědců z českých i zahraničních výzkumných institucí odpovídá na vaše dotazy. Některé odpovědi pak sdílí i na sociálních sítích Facebook, Twitter, Instagram, Threads a zde na Médiu.
Dotaz
Na teorii relativity se vás vyptává asi hodně lidí. Mně nejdou do hlavy důsledky této teorie v chápání času. Proto moje otázka zní: Představme si planetu XY, řekněme 1000 světelných let od nás vzdálenou. Má smysl následující konstatování: „Rád bych věděl, co se v tuto chvíli děje na planetě XY.“? Existuje nějaké společné „teď“ pro celý vesmír?
Minutová odpověď
- Čas je stejně jako pohyb nebo prostor relativní.
- Relativita času je důsledkem konstantní a konečné rychlosti světla, která je stejná pro všechny pozorovatele.
- To znamená, že není možné určit jedno společné „teď“ pro celý vesmír a ptát se: „Co se teď děje na planetě vzdálené tisíce světelných let?“ Tato otázka nemá žádný význam.
Odpověď
Hned zkraje prozradíme, že taková otázka smysl nemá, jelikož stejně jako neexistuje absolutní prostor nebo pohyb, neexistuje ani absolutní čas. Jak pohyb, prostor, tak i čas mají význam pouze relativně vůči danému pozorovateli.
To jinými slovy znamená, že nemá smysl uvažovat o společném „teď“ pro celý vesmír. Na tom, že se dvě události staly současně, se všichni pozorovatelé shodnou, pouze pokud se události odehrály také na stejném místě. Jak relativita současnosti vyplývá z konstantní rychlosti světla, si názorně ukážeme na příkladu.
Jede, jede mašinka
Představme si, že jedeme ve vlaku. Vlak se pohybuje konstantní rychlostí z východu na západ. Na obou koncích vlaku je umístěn speciální mechanismus, který umí vyslat krátký světelný záblesk a současně spustit stopky, které jsou k němu připojeny.
Představme si, že sedíme přesně uprostřed vlaku a že jsme zaznamenali záblesk z obou zařízení ve stejnou chvíli. Jelikož rychlost světla je konstantní, usoudíme, že oběma zábleskům trvala cesta stejně dlouho, a tedy oba záblesky byly vyslány ve stejnou chvíli (fyzik by řekl simultánně).
Usoudíme, že oboje stopky ukazují stejný čas. Jenže to se zdá jen nám, protože jsme vůči vlaku v klidu.
Pozorovatel u trati to vidí jinak
Pro pozorovatele, který stojí vedle trati a dívá se na projíždějící vlak, se vše odehrálo úplně jinak. Z jeho pohledu se střed vlaku pohybuje směrem z východu na západ. To znamená, že on pozoruje, jak střed vlaku (kde měříme světelné záblesky) ujíždí světelnému záblesku vyslanému z posledního vagonu a naopak jede naproti záblesku, který byl vyslán od lokomotivy.
Oba záblesky proto musí urazit před měřením ve středu vlaku z pohledu pozorovatele jinou vzdálenost, ačkoliv se pohybují stejnou rychlostí – rychlostí světla. S pozorovatelem se však shodneme, že oba záblesky dorazily do středu vlaku ve stejnou chvíli. Oba záblesky jsme totiž detekovali na stejném místě – na naší sedačce uprostřed vlaku.
Jak si to ale má náš pozorovatel vyložit? Jelikož je zběhlý ve fyzice, tak ví, že světlo se pohybuje konečnou a konstantní rychlostí. Také ví, že z jeho pozorování plyne, že záblesk z konce vlaku urazil delší vzdálenost než záblesk z lokomotivy. Proto bleskově usoudí, že záblesk z konce vlaku byl vyslán dříve než záblesk z lokomotivy.
Jedině tak mohou oba záblesky při konstantní rychlosti světla dorazit do středu vlaku ve stejný okamžik. Jinými slovy, podle pozorovatele vedle trati ukazují stopky vpředu a vzadu vlaku jiný čas, a tedy záblesky nebyly vyslány v jednom společném „teď“, ale jeden po druhém [1].
Takže společné „teď“ neexistuje?
Z výše uvedeného příkladu vyplývá, že společné „teď“ neexistuje, protože my uvnitř vlaku a pozorovatel vedle vlaku se neshodneme na tom, jestli se záblesky odehrály současně, nebo po sobě. To je dáno tím, že jak pro nás, tak pro pozorovatele je rychlost světla stejná.
Tento neintuitivní závěr je jedním z důsledků teorie relativity, která říká, že současnost událostí je relativní a záleží na daném pozorovateli. Proto nemá fyzikálně smysl se ptát: „Co se teď děje na planetě vzdálené tisíce světelných let?“
Příčinný vztah však zůstává
Co ale zůstává zachováno, je příčinný vztah mezi událostmi. Tak například na současnosti dvou událostí A a B se neshodnou všichni pozorovatelé. Shodnou se ale na tom, zda A mohlo ovlivnit B, či zda B mohlo ovlivnit A, nebo jestli ani jedna z událostí tu druhou ovlivnit nemohla kvůli konečné rychlosti světla.
Tomuto zachování příčinného vztahu říkáme kauzalita. Pořadí událostí je tak relativní pouze v případě, že se tyto události nemohou nijak kauzálně ovlivňovat.
Za Zeptej se vědce odpovídal Vítek
Ing. Vít Svoboda, Dr. sc. ETH Zürich, JILA — CU Boulder & NIST
Odbornou revizi poskytl MMath Jonáš Fuksa, Freie Universität Berlin
Odpověď editovali Luděk Vašta, Hedvika Šimková, Ing. Kristýna Kantnerová, Dr. sc. ETH Zürich, University of Colorado Boulder, Geological Sciences & Institute of Arctic and Alpine Research
Zdroje
[1] A. Einstein, On the Electrodynamics of Moving Bodies, Annalen der Physik, 17, 1905, https://users.physics.ox.ac.uk/~rtaylor/teaching/specrel.pdf
Zeptej se vědce
Projekt Zeptej se vědce se snaží zprostředkovat kontakt mezi vědeckou a nevědeckou veřejností. Máte-li na vědce nějaký dotaz, zeptejte se nás na Facebooku, Twitteru nebo Instagramu. Líbí se vám naše příspěvky? Budeme rádi, když podpoříte naši činnost: darujme.cz/projekt/1209422
