Upoznavši se sa svim problemima nastalim tokom vršenja eksperimenata u pokušaju
detekcije etera Ajnštajn je izveo dva veoma znacajna zakljucka. Ti zakljucci poznati su
kao dva osnovna postulata STR, i oni su temelj na kome se gradi cijela teorija.
Svi fizicki zakoni izražavaju se u istom obliku u svim sistemima koji se
krecu ravnomerno pravolinijski
Prvi postulat : Svi fizicki zakoni izražavaju se u istom obliku u svim sistemima koji se
krecu ravnomerno pravolinijski. Ovaj postulat prijedstavlja tzv. Ajnštajnov princip
relativnosti, koji Galilejev princip relativnosti uopštava sa mehanickih na sve fizicke
zakone. Iz ovog postulata se takode izvodi i zakljucak da se eter ne može detektovati.
Ajnštajn je do ovog postulata došao vrlo jednostavnim razmišljanjem.
Zamislimo covjeka koji se nalazi u vozu i posmatra vagon drugog voza koji se nalazi
neposredno pored njega. Ako jedan od ova dva voza krene, covjek bi lako mogao da
dode u zabunu koji se voz zapravo krece. Naravno,
ovde je lako odrediti ko se zapravo krece, potrebno
je samo pogledati bilo koji prijedmet pored pruge,
ali zamislimo sada nekog posmatraca u dalekoj
buducnosti. Neka taj covjek krene sa Zemlje na
svemirsko putovanje, i neka se on konstantno krece
brzinom od 8.000 km/h u odnosu na Zemlju. Dok
on tako krstari kroz prostor i izgubi Zemlju iz vida,
odjednom iza sebe opaža drugu raketu, i biva
iznenaden lakocom kojim ga ova raketa prijetice.
Vozac ove druge rakete cak može da pomisli da se
raketa koju zaobilazi uopšte ne krece ! Kako ce ovaj
"zvijezdani putnik" da dokaže da se krece ? Sve što
može da odredi je brzina kojom je druga raketa prošla pored njega, i ništa više od toga.
Ako bi ova brzina bila 1.600 km/h može se doci do više razlicitih zakljucaka.
Najrealniji zakljucak je taj da pošto pilot zna da se on krece brzinom od 8.000 km/h u
odnosu na Zemlju, a da je druga raketa prošla brzinom od 1.600 km/h pored njega,
brzina te druge rakete u odnosu na Zemlju 9.600 km/h, ali ovo ne mora biti tacno ! To
isto tako može da znaci da se on sada krece brzinom od 3.000 km/h a druga raketa
brzinom od 4.600 km/h u odnosu na Zemlju. Ili, ma koliko to izgledalo cudno, možda se
ova druga raketa uopšte ne krece u odnosu na Zemlju a da se posmatrac krece unazad,
brzinom od 1.600 km/h !
Brzo se dolazi do zakljucka da je bez korišcenja nekog "nepokretnog" predmeta radi
mjerenja brzine posmatraca nemoguce reci ko se krece a ko miruje, ako neko uopšte
miruje. Nemoguce je napraviti neki instrument koji bi pokazivao da li se posmatrac u
odnosu na nešto krece ili ne. U stvari ako bi se posmatrac nalazio negde daleko od svih
zvijezda i planeta, bez icega što bi mogao da koristi kao referentnu tacku za mjerenje
brzine, on nikad nece saznati da li se krece ili ne ! Ovo je bila cinjenica do koje je
Ajnštajn došao - svako kretanje je relativno. Nikada ne možemo govoriti o apsolutnom
kretanju, vec samo o kretanju u odnosu na nešto drugo. I uopšte se ne može reci da se
neki prijedmet krece tom-i-tom brzinom, vec se mora reci da ima tu-i-tu brzinu u odnosu
na nešto. Lako se može zamisliti razgovor koji ce se odvijati negde u buducnosti izmedu
oca i njegovog sina koji uživa u putovanju kroz vasionska prostranstva. Otac upozorava
sina da svoju raketu ne vozi brže od 1600 km/h, a sin mu odgovara: "U odnosu na
Sunce, tata, ili na Sirijus ?" Iz ovoga se lako zakljucuje zašto stacionarni eter ne može da
se detektuje. Ako bi on postojao i ispunjavao cijelokupnu vasionu, morao bi da miruje,
njegovo mirovanje bi bilo apsolutno, a Prvi postulat upravo kaže da ne postoji apsolutno
mirovanje.
Brzina svjetlosti, odnosno maksimalna brzina prijenošenja interakcije,
ista je u svim inercijalnim sistemima
Drugi postulat : STR kaže da je brzina svjetlosti, odnosno maksimalna brzina
prijenošenja interakcije, ista u svim inercijalnim sistemima. Ako bi se jedan decak nalazio na platformi i bacio loptu brzinom od 24 km/h to znaci da bi se lopta u odnosu na njega
kretala tom brzinom bez obzira da li se platforma krece ili ne. Ako bi se platforma
kretala, na primer, prijema mostu brzinom od 8 km/h a decak baci loptu prijema mostu
brzina lopte i platforme ce se sabrati i dati ukupnu brzinu lopte u odnosu na most, i tom
brzinom ce lopta udariti u most. Ako bi se platforma udaljavala od mosta a decak opet
bacio loptu ka mostu brzina lopte u odnosu na most bila bi jednaka razlici brzina
platforme i lopte.
U malo složenijoj situaciji, gde ulogu decaka igra neka daleka zvijezda, mosta – teleskop
na Zemlji, a ulogu lopte prijeuzima svjetlosni talas koji putuje sa zvijezde do Zemlje
situacija se malo komplikuje. Svjetlosni talas sa zvijezde putuje brzinom od 300.000
km/s u odnosu na zvijezdu. Ako bi se zvijezda i Zemlja približavale relativnom brzinom
od 160.000 km/s, analogno situaciji sa decakom, ocekivali bi smo da se brzine sabiraju,
odnosno svjetlosni talas bi trebalo da "udari" u teleskop brzinom od 460.000 km/s, i
obrnuto ako se zvijezda i Zemlja udaljavaju brzine bi trebalo da se oduzimaju i daju
140.000 km/s. Na ovakav nacin posmatrac bi odredio dve razlicite brzine svjetlosti, i to
je potpuno ispravno sa stanovišta Njutnove fizike, ali je u suprotnosti sa Drugim
postulatom. Prijema Drugom postulatu brzina svjetlosti u oba slucaja mora da iznosi
300.000 km/s.
Iskaz ovog postulata bio je revolucionaran. Ipak, Ajnštajn ga je uzeo kao jedan od
osnovnih postulata STR, bez obzira na to što je izgledalo da je u suprotnosti sa zdravim
razumom, jer su svi eksperimenti navodili na taj zakljucak. Vjerovalo se da je to jedan od
osnovnih zakona vasione. Kako su ova dva postulata bila u takvoj suprotnosti sa opštim
mišljenjem tog vremena, bilo je neophodno mnogo više od njihovog prijedstavljanja
javnosti. Jer, bez dalje potpore, oni bi samo bili interesantni a ne bi dokazivali ništa:
Tako su, polazeci od ovih postulata izvedene mnoge jednacine koje su ne samo
objašnjavale odredene fenomene, nego su omogucavale i izvesna predvidanja, koja su
kasnije bila eksperimentalno vjerifikovana. To je ustvari najstrožija provjera svake
teorije: ne samo da omoguci zadovoljavajuce objašnjenje svih zagonetki nekog
problema, nego da ucini i potpuno nova i drugacija predvidanja koja ce tek kasnije biti
eksperimentalno potvrdena.
Da bi se prijemostila praznina izmedu ovih postulata, koji su
sami po sebi apstraktni, i jednacina koje vode do potvrde i
prakticnih primena teorije, postulati su morali biti ugradeni u
fizicku situaciju podložnu eksperimentalnoj provjeri. Kako se
postulati odnose na prijedmet koji se krece konstantnom
brzinom u odnosu na posmatraca i na ponašanje svjetlosnih
talasa, ovo se najbolje može postici ako zamislimo posmatraca
koji "opisuje" prijedmet koji se krece konstantnom brzinom u
odnosu na njega. Ponašanje svjetlosnih talasa ce uticati na
opis jer je refleksija svjetlosnih talasa od prijedmeta do
posmatraca ono što omogucava posmatracu da vidi i opiše
prijedmet. Posmatracev "opis" prijedmeta sastojace se od fizickih karakteristika koje se
mjere posmatracevim instrumentima (npr. dužina, masa, energija, vrijeme...)
Predvidanja numerickih vrednosti vrednosti ovih karakteristika u skladu sa STR stavljaju
se u matematicki oblik da bi mogla da se uporede sa stvarnim mjerenjima. Ako
pretpostavimo da se dve identicne rakete A i B krecu jedan prijema drugoj konacnom
brzinom. Obe rakete su oprijemljene najelementarnijim naucnim instrumentima, lenjirom
i casovnikom, koji su prijethodno uporedeni tako da se zna da su instrumenti u raketi A
identicni instrumentima u raketi B. Analiza pocinje u trenutku kad B prolazi pored A,
njihovi casovnici pokazuju isto vrijeme, i u tom trenutku dogada se eksplozija obližnje
supernove. Ni raketa A ni raketa B još nisu svesne da je zvijezda eksplodirala, jer
svjetlosni talasi još nisu stigli do njih. Posle kraceg vremena svjetlosni talasi nastali
prilikom eksplozije stižu do raketa A i B koje ce u tom trenutku biti na rastojanju x.
Prijema II postulatu posmatraci na A i B vide svjetlosne talase koji dolaze istom brzinom
u odnosu na njih, tako da ako c prijedstavlja brzinu svjetlosnog talasa za A, a c' za B,
onda se može reci da je c=c'. Sada se unesu rastojanja d i d' (izmedu zvijezde i
posmatraca) i vremena koja pokazuju njihovi casovnici t i t', i analiza produži da bi se
uracunalo njihovo medusobno rastojanje, njihova relativna brzina, njihova vremena,
brzina svjetlosti, itd. Jednacine koje se dobijaju nazivaju se jednacine Lorencovih
transformacija, jer je Lorenc prijethodno došao do istih jednacina na osnovu svoje
teorije. Koristeci jednacine Lorencovih transformacija možemo sada predvideti rezultate
koje ce posmatrac sa jedne rakete dobiti za masu, dužinu i td. druge rakete. Kako
postulati sadrže rezultate koji su u suprotnosti sa svakodnevnim iskustvom, rezultati koji
se dobijaju na osnovu Lorencovih transformacija mogu biti neocekivani i naizgled cudni.
Razlog što se Teorija relativnosti, uopšte uzev, smatra neshvatljivom, nije to što je teško
razumeti njene rezultate, nego što je u njih teško povjerovati.
Nema komentara:
Objavi komentar