Jak rozumieć Teorię Względności ?

 

W skrzynce private , znalazłem wczoraj dramatyczny liścik , w którym pewien blogger, piszący o sobie ,że jest humanistą postawił mi dwa pytanie:

 

1.czy to prawda , że Einstein odkrył , iż wszystko jest względne?

 

oraz

 

2.czy to prawda , że teoria względności opiera się na ludzkich wrażeniach zmysłowych , by coś orzekać o stanie kinematycznym ciała?

 

Postanowiłem moje odpowiedzi przedstawić w postaci publicznego artykułu , jako że jeszcze wisi na salonie24 wielgaśny tekst o Teorii Względności , w którym można przeczytać komiczną interpretację praw i kategorii tej teorii , która to interpretacja rzekomo ma służyć jako dowód bzdurności TW.

 

A jest przeciwnie: interpretacja tam występująca , to dowód bzdurności owego salonowego wpisu o teorii względności.

 

Teoria Alberta Einsteina uzyskała taką niefortunną nazwę , na skutek głupoty świata dziennikarskiego , który dla sensacji[i sprzedaży swych produktów] ogłosił , iż pewien fizyk wykrył , że wszystko na świecie jest względne.

Natomiast, bardziej przebiegli w tym świecie [mediów prasowych] osobnicy wykorzystali fizykę Einsteina do ogłoszenia ordynarnego kłamstwa , że prawda bezwzględna nie istnieje , wszystkie prawdy [sądy] są relatywne , względne.

 

A.Einstein ubolewał nad tym , denerwowała go ta nazwa jego mechaniki - nowej w stosunku do mechaniki Galileusza-Newtona ,ale cóż mógł poradzić? Z “czwartą siłą” , gdy gra cynicznie i nie czysto , nikt nie zwycięży...

 

Najbardziej właściwą nazwą dla teorii Alberta Einsteina byłaby nazwa: Teoria Absolutu.

 

Absolutu przed Einsteinem poszukiwali: Arystoteles , Archimedes , Ptolemeusz, Kopernik ,Galileusz , Newton i Maxwell.

 

Każdy z nich czynił w tym kierunku prawidłowe kroki. I każdy z nich coraz bardziej zbliżał się do Absolutu, rewidując pojęcia i tezy poprzednika , lecz nie przez negację , tylko przez wykrywanie większego i głębszego absolutu i coraz bardziej “absolutnego” w sensie powszechności zasięgu.

 

Drogą , po której kroczyli była filozofia przestrzeni i czasu. Tę filozofię możemy nazwać – fizyką klasyczną [taką fizyką jest mechanika Einsteina} , jako opozycję do fizyki kwantowej.

 

W fizyce Arystotelesa  , istnieje wyróżniony przestrzennie układ odniesienia , który “spoczywa” , jest absolutnie nieruchomy , oraz płynie w nim również absolutny czas.

Tym układem dla Arystotelesa była Ziemia- absolutnie nieruchoma we wszechświecie i czas jednakowo płynący w całym wszechświecie. Według takiej filozofii można wykryć obiektywnie - analizą rozumową i eksperymentem - czy ciało jest w ruchu , czy w spoczynku.

Znający matematykę wiedzą , że taką czasoprzestrzeń można przedstawić w postaci iloczynu kartezjańskiego

E = TxS

Gdzie

T= E¹ reprezentuje oś czasu ,a

S = E³ reprezentuje trójwymiarową przestrzeń położeń.

W tym modelu można mówić o absolutnej odległości zdarzeń w przestrzeni , nawet wówczas gdy zdarzenia te nie są równoczesne.

 

Galileusz odrzucił czasoprzestrzeń Arystotelesa , jako model zbioru fizycznych zdarzeń , i zbudował nowy model – czasoprzestrzeń Galileusza- w którym czas nadal pozostaje absolutny , a odległość przestrzenna jest określona tylko dla dwóch zdarzeń równoczesnych. Natomiast odległość dwóch zdarzeń nie równoczesnych, zależy od wyboru układu odniesienia.

Jeśli długość pręta leżącego na osi OX określimy jako

dx = x(2) –x(1)

to dla wszystkich układów inercjalnych [spoczynek , lub ruch jednostajny prostoliniowy] równoczesny pomiar

dx  [czyli długości pręta ] daje ten sam wynik.

 

Ruch jednostajny prostoliniowy może być geometrycznie ujęty tzw. transformacją Galileusza [ rozważam tylko przemieszczenie na osi OX] , która w geometrii nazywa się translacją i zapis jej jest:

x^(‘) = x - v*t

v-prędkość układu “primowanego” względem nieruchomego.

 

Do czasu wystąpienia Einsteina okazało się [ i było dowiedzione] , że :

 

wszystkie prawa fizyki są niezmiennicze względem transformacji Galileusza.

 

Lub inaczej, równoważnie:

 

Wszystkie prawa fizyki mają symetryczną postać dla wszystkich układów odniesienia będących w spoczynku, lub poruszających się ruchem jednostajnym prostoliniowym.

 

I w tym sensie powiem , że fizyka Galileusza-Newtona jest niezmiennicza , absolutna względem transformacji Galileusza.

Tymczasem, kiepscy popularyzatorzy nowej fizyki wciągnęli “obserwatora” wywołując wrażenie , że zjawiska i zależności w nich są subiektywne , zależne od obserwatora. A ktoś kto nie zna fizyki , powtarza za nimi tę oczywistą bzdurę.

 

Galileusz odkrył nową niezmienniczość, nowe inwarianty [w stosunku do Arystotelesa] , czyli nieznaną przedtem absolutną strukturę przyrody :

ze stanowiska dowolnego inercjalnego układu odniesienia wszystkie prawa fizyki mają tę samą postać, są niezmiennikami przyrody.

 

Matematyk powie , że czasoprzestrzeń Galileusza ma strukturę przestrzeni włóknistej i jest naturalnym uogólnieniem iloczynu kartezjańskiego zbiorów.

 

Na przełomie XIX-XX wieku okazało się , że prawa elektrodynamiki Maxwella ,w których występuje prędkość światła  [pole ExB] nie spełniają tej niezmienniczości.

 

H. Poincare,oraz H.A.Lorentz zaproponowali inną transformację , względem której rzeczywiście wszystkie prawa fizyki są symetryczne względem dowolnych układów inercjalnych , ale dopiero H.Minkowski i A.Einstein zaproponowali zwarty system formalny [geometryczno-algebraiczny] modelujący czasoprzestrzeń fizyczną , w ramach którego ukazała się nowa wizja absolutu rzeczywistości.

 

Transformacja Lorentza –Einsteina [i jej geometryczna interpretacja H.Minkowskiego] miała postać zbliżoną do transformacji Galileusza [ta ostatnia jest jej szczególnym przypadkiem , gdy v/c  zdąża do  0 ],

X = k(x – v*t)

gdzie

k = 1/sqr[ 1 – (v/c)²]

i dotyczyła układów inercjalnych poruszający się z prędkościami z przedziały [0,c) , ale niezmiennikami jej były nowe , nieznane przedtem wielkości.

Na przykład , nie były już inwariantami [ niezmiennikami ] dx , lub dt ,

lecz

dx² – (cdt)²wyrażenie zwane interwałem [odstępem] w czasoprzestrzeni.

Taka forma kwadratowa , jest absolutna dla wszystkich układów inercjalnych.

 

Również forma kwadratowa utworzona z wielkości fizycznych : pędu i energii

P² – E²jest niezmiennikiem transformacji Lorentza –Einsteina.

Herman Minkowski pokazał , że geometrycznym modelem spełniającym niezmienniczość Lorentza-Einsteina jest płaska czasoprzestrzeń z metryką pseudo-euklidesową o strukturze stożkowej [“stożki świetlne”]

 

                       Jednak absolut szczególnej teorii względności [bo o nim dotychczas pisałem] zweryfikowany dziesiątkami doświadczeń i potwierdzony odpowiednią technologią , po włączeniu do niego grawitacji, wymagał –dla swojego uogólnienia – jeszcze bardzie absolutnej geometrii i jeszcze bardziej absolutnej algebry.

 

A.Einstein śmiało po nie sięgnął [a były to rozmaitości różniczkowe Riemanna i rachunek tensorowy] i sformułował w ramach GR słynne tensorowe równanie , symetryczne względem dowolnej transformacji ,dowolnego układu odniesienia , czyli niezależne od dowolnego układu odniesienia [prawdziwe w każdym układzie współrzędnych].

 

W takim modelu rzeczywistości pojawiły się nowe “absoluty”, np. : krzywizna czasoprzestrzeni , tensor metryczny , rozszerzona równoległość , rozszerzone przesunięcie równoległe , linie geodezyjne [geodetyki], dewiacja geodezyjnych , koneksja symetryczna.

 

Następnie Einstein pokazał formalny związek pomiędzy czasoprzestrzenią Minkowskiego , modelująca szczególną teorię względności [SR] , a rozmaitością riemannowską modelująca ogólną teorię względności [GR].

 

Czasoprzestrzeń , w której działa GR jest lokalnie podobna do czasoprzestrzeni , w której działa SR.

Albo dokładniej : płaska , czterowymiarowa czasoprzestrzeń Minkowskiego jest lokalnie , wektorową przestrzenią styczną w dowolnym punkcie rozmaitości Riemanna z krzywizną.

 

Taka droga - naszkicowana powyżej telegraficznie- była drogą uwalniania fizyki od antropomorficznego obrazu wszechświata , obrazu fundowanego na doświadczeniu zmysłowym człowieka i jego tzw. zdrowym rozsądku.

 

Toteż , gdy czytam , że :

 

“To, że my, ludzie, nie czujemy, gdy poruszamy się jednostajnie, to nie znaczy, że się nie poruszamy. A. Einstein jest naiwny jak małe dziecko siedzące w pociągu na stacji, który wolno jedzie.”

Lub :

 

“Pod tym względem, iluzorycznego postrzegania i przyjmowania efektów tego postrzegania za rzeczywistość, teorie Wielkiego Einsteina są… prawdziwe’ [komentarz do autora poprzedniego]

 

uśmiecham się wyrozumiale.

 

A nawet dostarczę dowodów na poparcie tezy o iluzoryczności praw SR lub GR , a także zjawisk opisywanych przez te teorie. Na przykład , wszystkie urządzenia technologii atomowej i elektroniki kwantowej wykorzystujące te prawa, są iluzoryczne, są złudzeniem obserwatorów, szczególnie takich jak autorzy powyższych cytatów.

Wszystko , co dzieje się w laboratoriach fizyki atomowej i w przemyśle opartym na tej fizyce , jest złudzeniem, oraz iluzją , którą narzucił światu “Wielki Albert”

 

Dwieście lat od opublikowania “Principów” I.Newtona, ukazywały się podręczniki fizyki o treści błędnie interpretującej jego zasady dynamiki.

 

Od momentu opublikowania SR przez Alberta Einsteina upłynęło 105 lat, od opublikowania GR mija właśnie 95 lat.

 

Co w tym dziwnego, lub przerażającego ,że nadal są wystąpienia negujące wartość poznawczą tych teorii? Albo ,że tłumy zainteresowanych ideami fizyki XX wieku, wciąż mają kłopoty ze zrozumieniem założeń, i praw tych teorii, oraz ich dowodów doświadczalnych i formalnych , ze szczególnym uwzględnieniem interpretacji epistemicznych i ontycznych ?

Poczekajmy ,jeszcze przez następnych sto lat.

Literatura

Najlepszą książką w j. polskim , dla humanisty jest:

[1] J.L.Synge, Porozmawiajmy o teorii względności,PWN,Warszwa,1974

Dla lubiących matematykę nie zaawansowaną, po studiach technicznych:

[2] W.Kopczyński, A.Trautman, Czasoprzestrzeń i grawitacja,

PWN,Warszawa,1981

Dla fizyków ,którzy dawno temu studiowali i nie mają nic do czynienia z SR oraz GR :

[3] B.F.Schutz, Wstęp do ogólnej teorii względności,PWN,Warszwa,1995

W związku ze 100-leciem SR, “Postępy fizyki” opublikowały piękne dwa teksty z historii powstania i rozwoju tej teorii:

[4] A.Krasiński, Jak powstawała teoria względności, Postępy Fizyki, Tom 54,zeszt 3,2003,s.95-105

[5] S.L.Bażański, Powstawanie i wczesny odbiór szczególnej teorii względności, część I ,II, Postępy Fizyki, Tom 56,zeszyt 6,2005,s.253-268