SRT, TOE – pod těmito zkratkami se skrývá pojem „teorie relativity“, známý téměř každému. Vše lze vysvětlit jednoduchým jazykem, dokonce i prohlášení génia, takže nezoufejte, pokud si nepamatujete školní kurz fyziky, protože ve skutečnosti je vše mnohem jednodušší, než se zdá.
Zrození teorie
Začněme tedy kurz "Teorie relativity pro figuríny". Albert Einstein publikoval svou práci v roce 1905 a vyvolal mezi vědci rozruch. Tato teorie téměř úplně pokryla mnoho mezer a nesrovnalostí ve fyzice minulého století, ale navíc obrátila myšlenku prostoru a času vzhůru nohama. Pro současníky bylo těžké uvěřit mnoha Einsteinovým výrokům, ale experimenty a studie jen potvrdily slova velkého vědce.
Einsteinova teorie relativity jednoduše vysvětlila, s čím lidé po staletí zápasili. Lze jej nazvat základem veškeré moderní fyziky. Než však budeme pokračovat v povídání o teorii relativity, měli bychomvyjasnit problematiku pojmů. Určitě mnozí při čtení populárně naučných článků narazili na dvě zkratky: SRT a GRT. Ve skutečnosti znamenají poněkud odlišné pojmy. První je speciální teorie relativity a druhá znamená „obecná teorie relativity“.
Jednoduše složité
SRT je starší teorie, která se později stala součástí GR. Může uvažovat pouze fyzické procesy pro objekty pohybující se rovnoměrnou rychlostí. Obecná teorie může popsat, co se stane s urychlujícími objekty, a také vysvětlit, proč existují gravitonové částice a gravitace.
Pokud potřebujete popsat pohyb a zákony mechaniky, stejně jako vztah prostoru a času při přibližování se rychlosti světla – to lze provést pomocí speciální teorie relativity. Zjednodušeně se to dá vysvětlit takto: například přátelé z budoucnosti vám dali vesmírnou loď, která dokáže létat vysokou rychlostí. Na přídi kosmické lodi je dělo schopné střílet fotony na vše vpředu.
Když dojde k výstřelu vzhledem k lodi, tyto částice létají rychlostí světla, ale logicky by stacionární pozorovatel měl vidět součet dvou rychlostí (samotné fotony a loď). Ale nic takového. Pozorovatel uvidí fotony pohybující se rychlostí 300 000 m/s, jako by rychlost lodi byla nulová.
Věc je taková, že bez ohledu na to, jak rychle se objekt pohybuje, rychlost světla je pro něj konstantní hodnotou.
Totoprohlášení je základem úžasných logických závěrů, jako je zpomalení a zkreslení času v závislosti na hmotnosti a rychlosti objektu. Mnoho sci-fi filmů a seriálů je založeno na tomto.
Obecná teorie relativity
Rozsáhlejší obecnou teorii relativity lze vysvětlit jednoduchými termíny. Pro začátek bychom měli vzít v úvahu fakt, že náš prostor je čtyřrozměrný. Čas a prostor jsou sjednoceny v takovém „subjektu“, jakým je „časoprostorové kontinuum“. V našem prostoru jsou čtyři souřadnicové osy: x, y, z a t.
Lidé však nemohou přímo vnímat čtyři dimenze, stejně jako hypotetický plochý člověk žijící ve dvourozměrném světě není schopen vzhlédnout. Ve skutečnosti je náš svět pouze projekcí čtyřrozměrného prostoru do trojrozměrného prostoru.
Zajímavým faktem je, že podle obecné teorie relativity se tělesa při pohybu nemění. Objekty čtyřrozměrného světa jsou ve skutečnosti vždy neměnné a při pohybu se mění pouze jejich projekce, což vnímáme jako zkreslení času, zmenšení či zvětšení velikosti a podobně.
Experiment s výtahem
Teorii relativity lze jednoduše vysvětlit pomocí malého myšlenkového experimentu. Představte si, že jste ve výtahu. Kabina se dala do pohybu a vy jste byli ve stavu beztíže. Co se stalo? Důvody mohou být dva: buď je výtah uvnitřvesmíru, nebo je ve volném pádu pod vlivem gravitace planety. Nejzajímavější je, že je nemožné zjistit příčinu stavu beztíže, pokud neexistuje způsob, jak se podívat z kabiny výtahu, to znamená, že oba procesy vypadají stejně.
Snad Albert Einstein po provedení podobného myšlenkového experimentu došel k závěru, že pokud jsou tyto dvě situace od sebe k nerozeznání, tak ve skutečnosti tělo pod vlivem gravitace nezrychluje, jde o rovnoměrný pohyb která je zakřivená vlivem masivního tělesa (v tomto případě planet). Zrychlený pohyb je tedy pouze projekcí rovnoměrného pohybu do trojrozměrného prostoru.
Ilustrativní příklad
Další dobrý příklad na "Relativity for Dummies". Není to úplně správné, ale je to velmi jednoduché a přehledné. Pokud se na napnutou látku položí jakýkoli předmět, vytvoří pod ní „průhyb“, „nálevku“. Všechna menší tělesa budou nucena zkreslit svou trajektorii podle nového zakřivení prostoru a pokud má těleso málo energie, nemusí tento trychtýř vůbec překonat. Z pohledu samotného pohybujícího se objektu však trajektorie zůstává rovná, nepocítí zakřivení prostoru.
Gravitace "snížená"
S příchodem obecné teorie relativity přestala být gravitace silou a nyní se spokojila s pozicí jednoduchého důsledku zakřivení času a prostoru. Obecná teorie relativity se může zdát fantastická, ale fungujeverze a potvrzeno experimenty.
Mnoho zdánlivě neuvěřitelných věcí v našem světě lze vysvětlit teorií relativity. Jednoduše řečeno, takové věci se nazývají důsledky obecné teorie relativity. Například paprsky světla létající na blízko od masivních těles jsou ohnuté. Mnoho objektů z dalekého vesmíru je navíc skryto za sebou, ale díky tomu, že paprsky světla obcházejí jiná tělesa, jsou našemu pohledu (přesněji pohledu dalekohledu) k dispozici zdánlivě neviditelné objekty. Je to jako dívat se skrz zdi.
Čím větší je gravitace, tím pomaleji plyne čas na povrchu předmětu. To platí nejen pro masivní tělesa, jako jsou neutronové hvězdy nebo černé díry. Efekt dilatace času lze pozorovat i na Zemi. Například družicové navigační přístroje jsou vybaveny nejpřesnějšími atomovými hodinami. Jsou na oběžné dráze naší planety a čas tam tiká o něco rychleji. Setiny sekundy za den se sečtou k číslu, které způsobí až 10 km chyby ve výpočtech trasy na Zemi. Právě teorie relativity nám umožňuje tuto chybu vypočítat.
Zjednodušeně lze říci toto: Obecná teorie relativity je základem mnoha moderních technologií a díky Einsteinovi snadno najdeme pizzerii a knihovnu v neznámá oblast.
