Teorija relativiteta

Ajnstajnova i specijalna

Ovaj podnaslov je potreban da bi znali o cemu se radi: dakle Ajnstajnova (Einstein) teorija, a ne Galilejova i specijalna, a ne opsta (generalna).

Kad sam prvi put cuo laicko objasnjenje specijalne teorije relativiteta (STR), ono sa poredjenjem sjedanja na klupi u parku sa djevojkom i sjedanja u stolici kod zubara, mislio sa da je ovo klasicno vulgarno pojednostavljenje koje ili ima vrlo malo ili ni malo sa STR. Prevario sam se…

U opisanom primjeru potrebno je izdvojiti da se radi o dva posmatraca u razlicitim situacijama i o istom vremenu. Samo sto jedan osjeca da je vrijeme kratko, a drugi da je dugo. U STR takodje postoje dva posmatraca, ali objektivnim mjerenjem, pokaze se da vrijeme nije isto.

Negdje na prelasku iz 15. u 16. vijek, Galileo Galilej je posmatrajuci svijet oko sebe definisao svoj princip relativnosti koji kaze da ako nema nekog fiksnog mjesta posmatranja, onda ne mozete razlikovati kretanje od mirovanja. Galilej je na ovaj nacin objasnio visevjekovnu zabludu da se Sunce krece oko Zemlje. Ali ako imate razlicite tacke gledanja, onda imate promjenljivu brzinu. To „fiksno mjesto posmatranja“ („frame of reference“), a to su vam ona klupa u parku i stolica kod zubara, kljucni je izraz za teoriju relativnosti. Mi bi rekli, zavisi odakle gledas. Ovaj princip je prihvatio i Njutn i time ga odrzao u fizici sve do dolaska Ajnstajna. Ali prije Ajnstajna, dvojica Kanadjana u 19. vijeku su izveli (u fizici, cuveni) eksperiment zeleci da izmjere brzinu kretanja Zemlje. To je jedan komplikovan i instrument i eksperiment, mada, skoro pa – sto bi rekli Hrvati, ljupak. Njihova masina (interferometar) je bila 11 m duga i sastojala se od izvora svjetla, nekoliko ogledala i detektora. Sustina je da su mjerili kretanje svjetla paralelno sa kretanjem Zemlje i – okomito na kretanje Zemlje. I opet dva posmatraca: jedan koji se krece sa aparatom i drugi koji stoji pored (dva razlicita referentna okvira, da kazemo to malo finije). Bez obzira na glavni cilj njihovog eksperimenta, ono sto je fizika tu zapamtila jeste da su oni pokazali da se svjetlost uvijek krece istom brzinom (c) bez obzira na referentni okvir (odakle se gleda). Ovim su srusili Galilejev relativitet koji je tvrdio da brzina zavisi od mjesta posmatranja. Tek kad je dosao Ajnstajn, on je rijesio ovaj paradoks.

Jos kao 16 godina star, Ajnstajn je zamisljao kako trci brzinom svjetlosti pored snopa svjetlosti. Tada bi mogao da analizira kako se svjetlost krece, jer bi ova za njega – mirovala (idu istom brzinom). U to vrijeme bila je i dalje teska polemika da li se svjetlost krece kao snop cestica (Njutn) ili kao talas (Huk /Hook/). Mogu vam reci da ima cijela knjiga Ajnstajnovih misaonim eksperimenata, a najpoznatiji su oni sa vozovima (Galilej je „koristio“ brodove). Jedan, koji je meni zadavao glavobolju je voz koji se krece brzinom c. Posmatrac stoji na kraju voza, suprotno od izvora svjetlosti. Lampa se upali. Posmatrac ne vidi svjetlost jer ga ova ne stize. Ako voz malo uspori, svjetlost stigne do posmatraca i iz ovoga slijedi da posmatrac iz jednog referentnog izvora (bez da gleda vani) moze da zna da li se krece ili ne. Meni ovaj eksperiment nije bas … jasan. Svjetlost ne stize do posmatraca, a kondukter? Ali zato jedan drugi eksperiment pomaze. Sada posmatrac stoji na peronu i pored njega prolazi voz. U momentu kada voz sredinom prolazi pored posmatraca, udare dvije munje jedna u lokomotovu i jedna u zadnji vagon. U istom trenutku. Posmatrac ih vidi i dozivi u istom trenutku. Putnik u vozu dozivi gromove kao dva dogadjaja u razlicitim vremenima, jer se voz krece, pa lokomotiva dobije udarac, a onaj sto pogodi zadnji vagon, mora malo duze da ide da bi ga stigao.

Nema veze ako su ovi misaoni eksperimenti teski, nije ni Ajnstajnu, ni njegovim sagovonicima bilo lako. Cak i danas ima vise tumacenja „voza sa udarima groma“?!

Ali zato moze da pomogne pomenuti eksperiment Kanadjana. Svjetlost ide od izvora do ogledala i nazad do detektora (na istom mjestu gdje i izvor). Aparatura se krece jer je nosi Zemlja. Posmatrac u aparatu vidi da se svjetlost kretala za vrijeme t, a posmatrac van aparata, vidi da je trebalo duze vrijeme jer se detektor pomjerio pa sad svjetlost ne ide vise tamo i nazad paralelno, vec prema Pitagori, hipotenuzom. I kad se izracuna dobije je se vrijeme t’ koje je vece od t. I moze da se izmjeri ako umjesto detektora imamo mocne satove. Fenomen je poznat kao dilatacija (sirenje) vremena. Na isti nacin se moze pokazati i da postoji skracenje prostora i onda znate i sami kad vam na TV pokusavaju ilustrovati teoriju relativiteta, obicno vole da iskrive sliku….