ELEARNING.SK | PR SPRÁVY | GSGROUP | NAJDES.SK | BRIGÁDY, PRÁCA | GLOBALOFFICE.SK | REGISTRAČNÉ VIRTUÁlNE SÍDLO FIRMY | MINCE | CMS | ESHOP | TESTIVA
Prihlásenie:
>Staňte sa redaktorom eQuark.sk

eQuark.sk

Anketa

Ak by ste o tom mohli rozhodnúť práve vy, zaradili by ste Pluto opäť medzi planéty?

Quark

Prečo čas závisí od rýchlosti?

21.6.2007 13:35:13 | * q
Odpovedá Peter Kluvánek, Katedra fyziky ÚPHV, Trenčianskej univerzity A. Dubčeka | Počet zobrazení: 3058x

To, že na plynutie času má vplyv rýchlosť pohybu, odhalil začiatkom minulého storočia Albert Einstein vo svojej špeciálnej teórii relativity. Pred ním sa čas považoval, podobne ako priestor, za nemenný, pričom pohyb pozorovateľa naň nemal žiaden vplyv. Klasickí fyzici (pracujúci s Newtonovou fyzikou) mali tak absolútny čas a priestor, ktoré boli raz a navždy daným „javiskom“ pre všetky prírodné deje. Špeciálna teória relativity nám ukázala, že toto javisko vôbec nie je nemenné.

 

Vysvetlime si najprv, ako treba zmenu času so zmenou rýchlosti pozorovateľa chápať. Táto zmena je relatívna. Objaviť ju dokážeme len vtedy, keď sa porovnáme s iným pozorovateľom. Rozhodne sa nestane nič také, že by ste si povedali: Zaujímavé, na Zemi som prečítal 4 strany za minútu a na tejto hyperiónovej rakete, pri rýchlosti blízkej rýchlosti svetla, sa čas tak predĺžil, že v pohode prečítam za minútu 28 strán. Spomalenie plynutia času s nárastom rýchlosti pozorovateľa (lebo čas sa spomaľuje) platí rovnako pre všetky fyzikálne deje. A keďže za chémiou stojí fyzika a za biológiou zasa chémia, budú sa rovnako spomaľovať aj chemické a biologické procesy1. Pozorovateľ tak nemá žiadnu možnosť zistiť, že sa deje niečo s časom v jeho pozorovacej sústave, pokiaľ nedostane možnosť porovnať sa s ostatnými pozorovateľmi v iných sústavách. Spomalenie plynutia (dilatácia) času je pri nízkych rýchlostiach len veľmi nepatrné (ale zas nie až tak veľmi, aby presné merania na atómových hodinách nepotvrdili dilatáciu času už pri lete lietadiel). Pre rýchlosti blížiace sa rýchlosti svetla je tempo spomaľovania stále väčšie až pri dosiahnutí rýchlosti svetla čas prestáva plynúť úplne. Fotóny preto prejdú skrz celým vesmírom v jedinom okamžiku svojho času (všetko sa pre ne deje okamžite) a jediný okamžik ich času je pre nás večnosťou.
Predstavme si najprv obyčajný klasický priestor s troma dobre známymi rozmermi. Majme tyč dlhú 1 m, ležiacu v smere osi x súradnicovej sústavy. X-ový rozmer tyče je teda x = 1 m a ostatné rozmery sú nulové. Pri pootočení súradnicovej sústavy o 45° okolo osi z sa rozmer tyče v smere novej osi x skráti na x’ = 70 cm. Jej rozmer v smere novej osi y sa predĺži na y‘ = 70 cm. Celkový rozmer však zostáva aj naďalej 1 m. Takéto správanie určite nikoho neprekvapí. Je to známa transformácia súradnicovej sústavy nazývaná rotácia. Pri nej sa zachováva celková dĺžka objektu (hovoríme, že dĺžka je invariantná voči rotácii), definovaná ako s2 = x2 + y2 + z2 (čo je len zovšeobecnenie Pytagorovej vety), ale mení sa pomer rozmerov objektu v smere jednotlivých osí x, y a z. Nedochádza, prirodzene, k žiadnej deformácii objektu, jeho natiahnutiu, ohnutiu či skrúteniu.
Einstein však zistil, že problémy objavujúce sa vo fyzike na prelome 19. a 20. storočia sa dajú veľmi elegantne vyriešiť dvoma jednoduchými predpokladmi. Z nich potom vyplynulo, že tri priestorové súradnice a čas tvoria jediný štvorrozmerný časopriestor. V ňom sa okrem posunov a rotácií obyčajného trojrozmerného priestoru objavujú aj takzvané boosty – čiže transformácie spôsobené zmenou rýchlosti pozorovateľa. Invariantom (nemennou veličinou) pri všetkých transformáciách priestoročasu je veličina s2 = x2 + y2 + z2 - (ct)2, kde c je rýchlosť svetla. Pri posunoch a rotáciách sa čas správa nezúčastnene (nemení sa), takže navzájom sa menia len pomery medzi priestorovými zložkami súradníc x, y a z. Boosty sú transformácie meniace pomer medzi všetkými komponentmi časopriestoru. Vplyvom rýchlosti sa teda mení pomer medzi x, y, z a t, čiže dochádza k spomaľovaniu plynutia času a ku skracovaniu objektov v smere ich pohybu. Môžeme tak povedať, že čas sa mení s rýchlosťou preto, lebo tvorí spolu s priestorom jediný celok, časopriestor, a ten sa vplyvom pohybu pozorovateľa deformuje určitým spôsobom. Matematika boostov je veľmi podobná matematike priestorových rotácií. Dokonca môžeme zaviesť aj analógiu uhla boostu, ktorý je však imaginárny2 a závisí od pomeru rýchlosti pohybu pozorovateľa k rýchlosti svetla.
Hĺbavejší čitateľ sa však nemusí nechať presvedčiť predchádzajúcim vysvetlením, ktoré vedie k novým fundamentálnejším otázkam. Prečo je napríklad čas a priestor „zmiešaný“ do jedného časopriestoru? Veď medzi nimi existujú zjavné odlišnosti. Napríklad sa môžeme posúvať v priestore jedným aj druhým smerom, ale v čase to nevieme. Keď si pozriete invariant transformácií časopriestoru, pri časovej zložke je znamienko mínus, pri priestorových je plus. Prečo vyvoláva rýchlosť jedného pozorovateľa voči druhému taký zvláštny typ transformácie ako boost? Prečo nie je boost jednoduchší a nenecháva čas na pokoji? Jedinou odpoveďou na tieto otázky je doteraz neotrasiteľný súhlas špeciálnej teórie relativity s experimentom. Einstein si ako základ svojej teórie zvolil dva postuláty, ktorých priamym dôsledkom sú spomínané zvláštne transformácie (objavil ich H. A. Lorenz, po ktorom majú aj svoje meno). Nepoznáme zatiaľ žiadnu hlbšiu teóriu vysvetľujúcu, prečo rýchlosť ovplyvňuje čas. Máme len špeciálnu teóriu relativity a tá nám hovorí, ako rýchlosť ovplyvňuje čas, ale nehovorí, prečo to tak je.
Odpoveď na otázku, prečo čas závisí od rýchlosti, je teda „lebo platia Einsteinove postuláty“. Možno sa vám zdá, že to žiadna odpoveď nie je a máte do určitej miery aj pravdu. Podstata fyziky je jednoducho taká, že oveľa presnejšie vie odpovedať na otázku, ako sa niečo deje, než vysvetliť, prečo sa to deje.


1 Spomaľovať by sa malo samozrejme aj myslenie. Ale len, ak sa natoľko nevymyká všetkým fyzikálnym zákonom, že by naň nemal vplyv pohyb toho, ktorý myslí. Keďže myslenie je veľmi úzko spojené s procesmi prebiehajúcimi v mozgu, je veľmi pravdepodobné, že s rastúcou rýchlosťou budete nielen pomalšie starnúť, ale aj myslieť.

2 Ak nemáte v láske imaginárne čísla, tak môžete pracovať s obyčajným reálnym uhlom, ale tam, kde sú pri rotáciách goniometrické funkcie sin a cos, musíte používať hyperbolické sinh a cosh.

Zdieľaj článok
 
Hodnotenie: 3,88
Príspevok na titulke

Vyberte článok na titulku kliknutím na linku

 

www.brigada.sk - brigády, brigáda, práca, zamestnanie www.najdes.sk - katalóg, portál, vyhľadávač www.equark.sk - veda, výskum, technika www.uvery.sk - úvery, pôžičky, hypotéky www.elearning.sk - elearning, LMS, vzdelávanie, kurzy, elektronické vzdelávanie www.globaloffice.sk - registračné sídlo, virtuálna adresa a kancelária www.globalhosting.sk - domény, doména, webhosting, hosting www.globalweb.sk - CMS, WCMS, redakčný systém, publikačný systém www.globalshop.sk - internetový obchod, eshop, e-commerce Global Services Slovakia s.r.o. - www.gsgroup.sk, informačné systémy, portálové riešenia, intranety, web dizajn

Generuje redakčný CMS systém GlobalWeb spoločnosti Global Services Slovakia s.r.o.