Gravitační síla neexistuje III

rubrika: Populárně naučný koutek


Nejdůležitější myšlenka, která se objevila v předchozí části, je, že těleso ve volném pádu necítí žádnou gravitační sílu. Proč je tohle konstatování tak důležité? Pokud na těleso nepůsobí žádná gravitace (nebo zrychlení, protože je to totéž), pak se chová přesně podle Einsteinovy speciální teorie relativity. A tady máme onen styčný bod, nesmírně důležitý můstek mezi speciální teorií relativity (STR) a novou teorií gravitace, kterou Einstein hledal.

Lucifer


Zjištění, že volně padající těleso svou váhu nepociťuje, a lze ho proto popsat pomocí STR, naznačuje v hrubých rysech možnost, jak rozšířit speciální relativitu na teorii gravitace. Představte si například svou kamarádku, která stojí na Zemi a velice očividně pociťuje gravitaci, která jí tiskne nohy k zemi. Můžete se na ni dívat z libovolného úhlu pohledu, ať už visíte hlavou dolů na blízkém stromě, nebo sedíte v prolétajícím letadle. Ale jeden úhel pohledu je obzvlášť výhodný. A sice, když se na věci budete dívat z hlediska volného pádu. Pak nebudete nic vážit, nebude na vás působit žádné zrychlení, a tím pádem budete moci k popisu své kamarádky využít STR.

Jenže STR popisuje, jak se svět jeví lidem, kteří se vzhledem k sobě pohybují konstantní rychlostí, a vaše kamarádka nyní vzhledem k vám zrychluje směrem vzhůru. To je pravda. Ale pokud vás neodradí spousta pracných výpočtů, můžete si představit, že se kamarádka směrem k vám pohybuje jistou konstantní rychlostí po dobu jedné sekundy, po dobu další sekundy zas jinou, nepatrně vyšší konstantní rychlostí atd. Není to sice dokonalé řešení, ale můžete tak její pohyb rozfázovat do řady kroků s rapidně rostoucí rychlostí a přibližně ho takto popsat. U každého z těchto krůčků prostě pomocí STR popíšete, co se zrovna děje s časem a prostorem vaší kamarádky.

Podle STR se čas pro pohybujícího pozorovatele zpomaluje. Musí se tedy zpomalovat i pro vaši kamarádku, protože ona se pohybuje směrem k vám. Ale moment - kamarádka se pohybuje vzhledem k vám proto, že na ni působí gravitace. Z toho plyne, že gravitace musí zpomalovat čas! To by vás nemělo příliš překvapovat. Koneckonců, pokud je gravitace zakřivení časoprostoru, dá rozum, že pokud jsme pod vlivem gravitace, náš prostor i čas musí být nějak zdeformované. Z tohoto závěru může kupříkladu vyplynout, že když pracujete v přízemí kancelářského věžáku či mrakodrapu, stárnete pomaleji než kolegové z horních pater. Proč? Protože dole u země na vás působí silnější gravitace a zpomaluje váš čas.

Zemská přitažlivost je ovšem velmi slabá. Můžeme natáhnout ruku před sebe a ani gravitace celé Země nás nepřinutí ji spustit. Proto je rozdíl v plynutí času mezi přízemními a horními patry i té nejvyšší budovy téměř neměřitelný. Ve vesmíru však najdeme místa s mnohem silnější gravitací. Jedním z nich je povrch bílého trpaslíka, kde je mnohem silnější gravitace než na Slunci. Einsteinova teorie gravitace předpovídá, že těmto hvězdám by měl čas plynout poněkud pomaleji než nám. Ověřit takovou předpověď se zdá nemožné. Příroda ale byla tak laskavá, že nám poskytla "hodiny" na povrchu bílých trpaslíků. Jsou jimi atomy.

Atomy totiž vyzařují světlo, které má určitou vlnovou délku, jíž odpovídá frekvence, určitý počet period za sekundu, což se u atomů různých prvků liší. Teleskopy můžeme zachytit světlo z atomů na bílých trpaslících. Počet period za sekundu například u atomu vodíku na bílém trpaslíku můžeme porovnat s počtem period záření za sekundu u atomu vodíku na Zemi. Zjistíme, že u světla z bílého trpaslíka je těch period za sekundu méně. Světlo je tam línější. Čas běží pomaleji! (Tento jev je znám jako gravitační rudý posuv.) Máme tu přímý důkaz Einsteinovy obecné teorie relativity. A pak jsou tu ještě neutronové hvězdy s ještě silnější gravitací, na jejichž povrchu běží čas jedenapůlkrát pomaleji než na Zemi.

Dilatace neboli relativní zpomalení času je jen jednou z mnoha originálních předpovědí Einsteinovy OTR. Další, o které již byla řeč (viz předposlední odstavec druhé části), je existence gravitačních vln. Víme, že existují, protože astronomové již pozorovali páry hvězd (z nichž alespoň jedna byla neutronová), které ztrácejí energii, když se k sobě po spirále přibližují. Záhadná ztráta energie se dá vysvětlit jen tak, že ji odnesly gravitační vlny.

Einsteinova teorie dále předpovídá, jak již bylo naznačeno (viz druhý odstavec druhé části), že gravitace ohýbá světlo. Důvodem tohoto ohybu samozřejmě je, že světlo se musí vypořádat se zakřiveným terénem čtyřrozměrného časoprostoru. Newtonův gravitační zákon nic takového nepředpovídá, ale mohl by, pokud bychom ho zkombinovali s STR, která tvrdí, že všechny formy energie, včetně světla, mají efektivní hmotnost. Když světlo prolétá kolem masivního tělesa jako Slunce, vlivem gravitace se odchyluje ze své dráhy. STR je pochopitelně s Newtonovým gravitačním zákonem neslučitelná, takže musíme predikci o ohybu světla brát trochu s rezervou. Správná teorie - OTR - předpovídá, že se světlo bude ve skutečnosti ohýbat dvakrát tolik.

Co z toho plyne a dalším zvláštnostem OTR bude věnována závěrečná část této gravitační série.

Zdroj: Marcus Chown, Kvantová teorie nikoho nezabije - Průvodce vesmírem


komentářů: 1         



Komentáře (1)


Vložení nového příspěvku
Jméno
E-mail  (není povinné)
Název  (není povinné)
Příspěvek 
PlačícíÚžasnýKřičícíMrkajícíNerozhodnýS vyplazeným jazykemPřekvapenýUsmívající seMlčícíJe na prachySmějící seLíbajícíNevinnýZamračenýŠlápnul vedleRozpačitýOspalýAhojZamilovaný
Kontrolní kód_   

« strana 1 »

Wai
1
Wai * 10.09.2012, 09:02:30
Děkuji za další díl mého oblíbeného seriáluUsmívající se
Teď je mi mnohem jasnější a pochopitelnější to, co se vlastně děje, když provozuji své pravidelné cvičení Usmívající se Jsou to vlastně takové příjemné hrátky s gravitací :o)

«     1     »