fil przyr5 2

38 • PIĘKNO WSZECHŚWIATA

kowną jazdę próbną. Rozgrzawszy silnik samochodu. Chudy sunie po kilometrowym pasie z prędkością 200 kilometrów na godzinę, Rudy zaś stoi na poboczu i mierzy mu czas. Chudy również używa stopera, chcąc uzyskać niezależne potwierdzenie pomiaru. Zanim pojawiły się prace Einsteina, nikt nie zakwestionowałby stwierdzenia, że Jeśli stopery Chudego i Rudego działają prawidłowo, obaj muszą uzyskać taki sam wynik. Tymczasem zgodnie ze szczególną teorią względności, chociaż na zegarze Rudego wyświetli się 18 sekund, stoper Chudego wskaże 17,99999999999969 sekundy -a więc nieco mniej. Oczywiście, różnica jest tak mała, że da się Ją wykryć tylko za pomocą urządzeń, których dokładność znacznie przekracza możliwości zwykłych ręcznych stoperów, uruchamianych i zatrzymywanych przez naciśnięcie palcem przycisku, urządzeń do pomiaru czasu stosowanych na olimpiadach, a nawet najdokładniejszych zegarów atomowych. Nic więc dziwnego, że codzienne doświadczenia nie pozwalają nam zauważyć, iż upływ czasu zależy od tego, czy się ruszamy.

Podobne niezgodności pojawią się podczas mierzenia odległości. Niech, na przykład, w kolejnym teście Rudy zastosuje pomysłową metodę pomiaru długości samochodu Chudego i uruchomi stoper dokładnie w chwili, gdy będzie go mijał przód samochodu, a zatrzyma, kiedy przemknie koło niego tył pojazdu. Ponieważ Rudy wie, że Chudy jedzie z prędkością 200 kilometrów na godzinę, obliczy długość samochodu, mnożąc tę prędkość przez czas, Jaki zmierzył Jego stoper. I w tym wypadku przed Einsteinem nikt nie zastanawiałby się nad tym, czy długość zmierzona przez Rudego w sposób pośredni zgadza się z długością wyznaczoną starannie przez Chudego w salonie samochodowym. Ze szczególnej teorii względności wynika jednak, że jeśli Chudy i Rudy przeprowadzą dokładne pomiary w opisany wyżej sposób, Chudy stwierdzi, iż długość auta wynosi, powiedzmy, 4,8 metra, a Rudy w wyniku swojego pomiaru otrzyma wartość 4,799999999999924 metra, czyli nieco mniej. I znów, tak jak w przypadku pomiaru czasu, różnica Jest na tyle mała, że zwykłe przyrządy okazują się niewystarczająco dokładne, aby Ją wykryć.

Mimo że między pomiarami Chudego i Rudego istnieje bardzo mała rozbieżność, *Już sam fakt Jej pojawienia się czyni wyłom w powszechnie przyjmowanym ujęciu przestrzeni i czasu Jako pojęć uniwersalnych i niezmiennych. Ze wzrostem prędkości błąd tkwiący w tej koncepcji staje się coraz bardziej widoczny. Aby uzyskać zauważalne różnice, trzeba osiągnąć prędkość sporego ułamka największej możliwej prędkości - prędkości światła - która, zgodnie z teorią Maxwella i wynikami pomiarów, wynosi około 300

tysięcy kilometrów na sekundę, czyli mniej więcej 1080 milionów kilometrów na godzinę. Prędkość ta wystarcza, aby okrążyć Ziemię ponad siedem razy w ciągu sekundy. Gdyby Chudy podróżował z prędkością nie 200 kilometrów na godzinę, ale na przykład 930 milionów kilometrów na godzinę (około 86% prędkości światła), zgodnie z równaniami szczególnej teorii względności Rudy wyznaczyłby długość samochodu na około 2,4 metra. Byłoby to znacznie mniej od wyniku Chudego (a także od wielkości podanej przez producenta). Podobnie, Rudy wyliczyłby, że na przebycie kilometrowego odcinka drogi potrzeba około dwóch razy więcej czasu niż zdaniem Chudego.

Ponieważ tak olbrzymie prędkości znacznie przekraczają prędkość osiąganą współcześnie, zjawiska określane specjalistycznie mianem „dylatacji czasu" i „skrócenia Lorentza" występują na co dzień w bardzo ograniczonym zakresie. Gdybyśmy żyli w świecie. gdzie przedmioty poruszają się z prędkością bliską prędkości światła. omówione wyżej właściwości przestrzeni i czasu wydawałyby się nam całkowicie zgodne z intuicją, ponieważ stale byśmy je obserwowali. Nie roztrząsano by tych kwestii, podobnie Jak nie rozważamy pozornego ruchu drzew przy drodze, o którym wspomnieliśmy na początku tego rozdziału. AJe skoro nie żyjemy w takim świecie, omówione wyżej zjawiska są nam obce. Jak się przekonamy, zrozumienie i przyjęcie ich wymaga od nas całkowitej zmiany sposobu postrzegania świata.

Zasada względności

Istnieją dwie proste, lecz fundamentalne struktury, które tworzą zręby szczególnej teorii względności. Jak Już wspomnieliśmy, jedna z nich wiąże się ze światłem i Ją omówimy szerzej w następnym podrozdziale. Druga zaś ma bardziej abstrakcyjny charakter. Dotyczy nie jednego prawa fizycznego, ale wszystkich praw fizyki, i nosi nazwę zasady względności. Podstawą tej reguły jest prosty fakt. Otóż zawsze gdy mówimy o szybkości lub prędkości (szybkości połączonej z kierunkiem ruchu ciała), musimy sprecyzować, kto albo co wykonuje pomiar. Zrozumienie wagi tego stwierdzenia stanie się łatwiejsze, gdy rozważymy następującą sytuację.

Wyobraźmy sobie, że Adam, ubrany w skafander kosmonauty i zaopatrzony w małe, czerwone, migające światełko, unosi się w całkowicie pustej przestrzeni, z dala od wszelkich planet, gwiazd czy galaktyk. Panuje tam absolutna ciemność. Adamowi wydaje się, że jest w spoczynku, zanurzony w jednorodnej, nieruchomej