POZNAĆ  WSZECHŚWIAT  -  CZAS  NA  EINSTEINA
 
 
    Kiedy ktoś mówi "Einstein z Ciebie..." wiemy, że chodzi o pochwałę za jakiś dobry pomysł. Einstein stał się symbolem geniusza, wszedł z tym na dobre do naszego języka i nawet dziecko z młodszych klas podstawówki zrozumie powyżej przytoczone powiedzenie. Ale co wiemy tak na prawdę o tym Einsteinie? Z pewnością najczęstszą odpowiedzią będzie: To geniusz który dokonał jakiś wielkich rzeczy w fizyce... teoria względności, E=mc^2... Ot i to w zasadzie wszystko. Oczywiście, wiele z was wie na ten temat znacznie więcej, ale z pewnością znaczna część osób oprócz tego powyżej powie nie wiele więcej. I wcale to nie oznacza, że jest to jakiś poważny ubytek naszej wiedzy. Po prostu rzeczy które wymyślił, a właściwie które odkrył Einstein są dość trudne. Żeby dokładnie zrozumieć teorie względności z wyliczeniami matematycznymi, trzeba być naprawdę dobrym w te klocki. Ja nie jestem tak dobry nawet w małej części, albo nawet znacznie mniej. Ale to co wiem i to co rozumie postaram się wam przedstawić w tym artykule. Postaram się wyjaśnić, co takiego odkrył Einstein, a jest to nie zwykle ważne dla poznania naszego wszechświata.
    Albert Einstein wcale nie zapowiadał się na takiego geniusza. Jak był mały dość wolno uczył się mówić. W szkole raczej nie był lubiany, a i on przez to nie lubił szkoły. Zrezygnował z nauki w szkole średniej, przez co nie miał matury. Aby pójść na wyższą uczelnię musiał zdawać specjalne egzaminy, na studia dostał się dopiero za drugim razem. Skończył studia z fizyki, lecz nie mógł znaleźć pracy. W końcu po znajomości dostał posadę niższego urzędnika w szwajcarskim urzędzie patentowym w Bernie. I to tu w wolnych chwilach rozmyślał nad naturą Wszechświata, co zaowocowało wspaniałymi odkryciami.
    W 1905 roku, w wieku 26 lat Einstein sformułował zasadę szczególnej teorii względności, która jest jednym z największych osiągnięć ludzkości. A o co w niej chodzi? Einstein zastanawiał się nad właściwością światła. Próbował wyobrazić sobie światło: czym ono jest i czy można je dogonić? Gdyby tak dogonić promień świetlny i poruszać się obok niego z tą samą prędkością, z naszego punktu widzenia powinniśmy widzieć je, jakby się zatrzymało. To tak, jak jadąc samochodem i wyprzedzając inny samochód zrównalibyśmy się prędkością jadąc obok siebie. Wówczas widzielibyśmy ten samochód dokładnie tak samo, jak w momencie kiedy stałby obok nas na parkingu. To czy ze światłem było by podobnie? Kierując się intuicją uznamy, że teoretycznie potrafimy dogonić fale świetlne i światło wyda nam się stacjonarne. Z teorii Maxwella i rozmaitych przeprowadzonych obserwacji wynika jednak, że światło nigdy nie stoi w miejscu, a więc nie można doprowadzić do sytuacji, gdzie światło wyda nam się stacjonarne. Nad tym problemem zmagali się najwybitniejsi fizycy na całym świecie, lecz Einstein nie znając dróg innych, które i tak były nie właściwe sam doszedł do rozwiązania: Prędkość światła jest taka sama we wszystkich poruszających się układach. Co to znaczy i dlaczego?? Otóż gdybyśmy starali się dogonić światło (nawet gdybyśmy pędzili z prędkością bliską prędkości światła), ono zawsze będzie nam umykać ze stałą prędkością - ok. 300 000 km/s (aby nie utrudniać sprawy będziemy przyjmować prędkość światła w próżni). To brzmi całkiem nie dorzecznie! Przecież to było by podobnie tak, jak byśmy starali się dogonić samochód, który jedzie z prędkością 100 km/h. My jechalibyśmy 98 km/h, to tamten samochód powinien oddalać się od nas o 2 km/h. Tymczasem w przypadku światła tak by nie było i samochód ten wciąż oddalałby się od nas o 100 km/h. Dlaczego tak jest w przypadku światła?? Różnica polega na tym, że 300 000 km/s to ogromna prędkość, gdyby promień świetlny miał okrążyć Ziemię, to w jednej sekundzie okrążyłby ją 7,5 razy! Prędkość tego rzędu niesie ze sobą pewne konsekwencje. Proszę sobie wyobrazić, że będąc w ruchu, np. jadąc samochodem, pociągiem, czy lecąc samolotem, czas płynie u nas wolniej względem ludzi stojących przy drodze, czekających na peronie, czy na lotnisku. Jednak jest to tak mała różnica, że w ogóle niedostrzegalna. Dopiero przy potężnych prędkościach, sięgających prędkości światła różnica ta będzie dość pokaźna. Czas w poruszającym się tak szybko obiekcie zwolni na tyle, że pomiar, jaki w nim zostanie dokonany będzie z tego powodu wciąż podawał niezmieniającą się prędkość uciekającego nam promienia świetlnego. Jakby tego mało było obserwator, który przypatruje się temu (gdyby posiadał superszybką migawkę w swoim aparacie wzrokowym) zauważy, że obiekt ów uległ spłaszczeniu w kierunku ruchu. Czas i przestrzeń płatają figle! Ale przy tak dużej prędkości tak właśnie jest. Wszystkie eksperymenty jakie uczeni przeprowadzili w ostatnim stuleciu potwierdzają zasadę, że prędkość światła jest zawsze równa c, niezależnie od tego jak szybko się poruszamy. Dzieje się tak dlatego, że im szybciej się poruszamy, tym wolniej tykają nasze zegarki i tym krótsze są nasze linijki (jak to ujął M. Kaku). Zegarki zwalniają, a linijki ulegają skróceniu w taki sposób, że kiedykolwiek zmierzymy prędkość światła, zawsze dostaniemy ten sam wynik. Wynika też z tego, że istnieje ścisły związek prędkości z pojęciami przestrzeni i czasu. Przestrzeń i czas ulęgają zmianie, nie są pojęciami uniwersalnymi jak do tego na co dzień jesteśmy przyzwyczajeni. Potrafimy osiągnąć prędkość o dość skromniutkim ułamku prędkości światła, dlatego efekty powyżej przytoczone są niezauważalne, chociaż występują przy każdej prędkości względem jakiegoś obserwatora. Kiedy prędkości są większe,  te zadziwiające efekty szczególnej teorii względności są bardziej widoczne.
    Gdyby jakiś człowiek podróżował statkiem kosmicznym z prędkością 95,5 % c przez 10 lat (według swojego zegarka) i po tej podróży wróciłby na Ziemie, to na Ziemi minęłoby 10 razy więcej czasu, czyli 100 lat.Gdyby tak ktoś jeszcze dokonał pomiaru długości pędzącego z ową prędkością statku tego kolesia zauważyłby, że jest on o ok. 80 % krótszy, niż gdy był  wcześniej zmierzony na Ziemi. Jednak podróżujący niczego takiego by nie zauważył.
    Tak więc przez stwierdzenie, że prędkość światła jest stała doprowadzono do zastąpienia tradycyjnych pojęć przestrzeni i czasu - traktowane jako sztywne, obiektywne wyznaczane wielkości - nową koncepcją, zgodnie z którą wielkości te ściśle zależą od względnego ruchu obserwatora i obserwowanego.
    Prędkość światła jest dla nas granicą wszelkiej prędkości, nic i nigdzie w całym naszym Wszechświecie nie porusza się szybciej od c. Wraz z prędkością zwalnia tempo upływającego czasu, dla obiektów poruszających się z prędkością światła czas stoi w miejscu. Foton, który pojawił się w Wielkim Wybuchu jest dokładnie tego samego wieku, co wtedy. W "Poznać Wszechświat - Wstęp" napisałem, że wraz z prędkością rośnie masa (jeśli cos posiada masę) i dążąc do c masa dąży do nieskończoności. Wynika to m.in. ze wzoru Einsteina E = mc^2. Einstein uznał, że masa i energia jakiegoś obiektu, to pojęcia zależne od siebie, da się wyznaczyć energię, znając masę, lub masę znając energię. Energia (E) i masa (m) są jakby wymienialne według pewnej stałej c, czyli prędkości światła i to podniesionej do kwadratu. Przekształcając wzór wychodzi, że m=E/c^2. Wiadomo jest, iż im szybciej się coś porusza, tym więcej ma energii. Z równania Einsteina wynika, że im więcej ma coś energii, tym większą zyskuje masę. A im bardziej masywniejszy jest obiekt, tym trudniej go przyśpieszyć i więcej energii trzeba w to włożyć. W sumie można przyśpieszyć jakąś cząstkę (np. w akceleratorze) do sporej części prędkości świetlnej, ale nigdy nie można uzyskać prędkości światła. Przykładowo - cząsteczka mionu poruszająca się z prędkością 99,9 % prędkości światła (c) jest 22 razy cięższa, niż mion stacjonarny. Przy prędkości 99,999% c jest już 224 razy cięższy, przy 9,99999999% c jest aż o ponad 70 tys. razy cięższy. Masa mionu rośnie nieograniczenie, gdy jego prędkość zbliża się do c.
    Szczególna teoria względności odkryła rzeczywistą naturę przestrzeni i czasu, była to rewolucja myśli ludzkiej, porównywalna z dokonaniem Kopernika. Już po tym czynie Einstein zasłużył na miano jednego z największych geniuszy naszych czasów, ale to nie było wszystko. Po jakimś czasie Albert Einstein jeszcze raz zrewolucjonizował nasze poglądy na przestrzeń i czas tworząc ogólną teorię względności. Wykazał, że czas i przestrzeń zakrzywiają się i odkształcają, przenosząc siłę grawitacji. Ale o tym w innej części "Poznać Wszechświat".
 
POPRAWKA do artykułu "Poznać Wszechświat - Narodziny":
- W końcowej części tekstu jest: "Temperatura wynosi ok. 10^-14 stopni kelvina. ", a powinno być "Temperatura wynosi  ok. 10^14 stopni kelvina." - tylko jedna kreska, a temperaturę obniżyła o 100 bilionów razy :). Obecna średnia temperatura Wszechświata wynosi około 3 stopnie kelvina.
 
JakBym
 
JakBym@poczta.onet.pl