Einsteinův-Rosenův vlnící se vesmír

rubrika: Populárně naučný koutek


Po Fraktálových vesmírech jsem z Knihy vesmírů vyhrabal vesmír, který Einstein zplodil spolu s Rosenem. Zajímavé na něm je, že se v něm poprvé objevují gravitační vlny, ačkoli tento vesmírný model v sobě nemá ani kapku hmoty. I přes tento „drobný“ nedostatek, a i přes Einsteinův počáteční odpor, se gravitační vlny dostaly na přetřes až tak, že je většina fyziků začala brát vážně jako něco, co v našem vesmíru zcela reálně existuje. Jako třešničku na dortu (takový „lepkavý korálek“) si můžete vychutnat gravitačně konferenční zážitek nenapodobitelného Richarda Feynmana. 

 

Lucifer


V roce 1932 Einstein odjel z Německa a po krátkém přednáškovém a badatelském pobytu na Christ Church College v Oxfordu Evropu natrvalo opustil. Jeho cílem byl nově založený Institut pro pokročilá studia v Princetonu v americkém státě New Jersey, kde začal přemýšlet o řešení svých gravitačních rovnic. Od roku 1935 mu byl k ruce matematicky zdatný asistent Nathan Rosen. V roce 1936 společně nalezli nový typ řešení těchto rovnic, které popisovalo rozpínající se vesmír, pracovalo však s válcovou symetrií, takže všechny fyzikální veličiny závisely jen na čase a jedné prostorové souřadnici. Nalezený vesmír měl novou vlastnost, která jej dynamicky odlišovala od všech do té doby objevených řešení Einsteinových rovnic. Obsahovala totiž vlny, které se šíří prostorem a na své cestě mění jeho geometrii.

 

Pro Einsteina a jeho současníky byla nejzajímavější právě přítomnost těchto „gravitačních vln“. Pozoruhodné na tom však ještě bylo to, že Einsteinův-Rosenův vesmír neobsahuje žádnou hmotu, takže jakékoli vlny jsou jen v čase se šířící vlnky v geometrii prostoru. Myšlenka gravitačních vln se přetřásala už delší dobu a někteří vědci věřili, že jsou reálné. Jiní tvrdili, že jde jen o „vlny na papíře“, pouhý důsledek volby souřadnic v prostoročase, a že nevyvolávají žádné fyzikální efekty.

 

Einstein s Rosenem si rychle uvědomili, že jejich nové řešení může tuto kontroverzi rozhodnout bez nějakých přibližných či numerických metod. Jejich první závěr kupodivu zněl, že cylindrické gravitační vlny reálné nejsou, že jsou to jen artefakty volby souřadnic. A že je to něco podobného, jako kdybychom z pohledu na glóbus usoudili, že na severním či jižním pólu se děje něco významného, protože se tam všechny poledníky protínají v jednom bodě. Jenže nic takového není pravda, reálné poledníky tam nejsou nijak stlačovány do jednoho bodu – zeměkouli bychom mohli popisovat i v souřadnicích, jejichž pól by byl na kterémkoli místě. Einstein a Rosen museli rozhodnout, zda jejich vlnky v křivosti představují něco podobně reálného jako zvlnění mapované vrstevnicemi, čí zda je to jen zdánlivý efekt, odpovídající volbě zvlněných čar konstantní zeměpisné délky. V této fázi se rozhodli pro druhou variantu.

 

Počátkem léta 1936 poslali do nejvýznačnějšího amerického fyzikálního časopisu Physical Review článek, ve kterém tvrdili, že gravitační vlny v jejich novém matematickém vesmíru nejsou reálné. (Luciferova poznámka: Ani se jim nedivím, když uvážím, že své gravitační vlny vyprodukovali v modelu vesmíru bez hmoty.) Článek byl kupodivu jistým recenzentem odmítnut. Kupodivu proto, že nebylo zvykem odmítat článek, pod nějž se podepsal jeden z nevýznamnějších fyziků té doby. Einstein s tím recenzentem navázal přátelství, a ten ho nakonec přesvědčil, že jeho a Rosenovo řešení bezpochyby obsahuje reálné cylindrické gravitační vlny. Rosen, který se mezitím nacházel v Sovětském svazu na univerzitě v Kyjevě, s tím nesouhlasil.

 

Základním argumentem ve prospěch reálnosti těchto gravitačních vln byla úvaha Richarda Feynmana vyslovená v roce 1957 – dva roky po Einsteinově smrti – na konferenci v Chapel Hillu v Severní Karolíně. Feynman tam ukázal, že korálek navlečený na zdrsněnou tyčinku (hovořil o „lepkavém korálku“, aby zdůraznil, že na něj působí tření) se bude po tyčince posouvat nahoru a dolů, jestliže tyčinku postavíme kolmo ke směru šíření vlny. Drsný povrch tyčinky vyvolá tření a to vede k zahřívání, podobně jako když si mnete ruce, abyste si je ohřáli. Teplo se vyvinulo účinkem gravitační vlny, a proto vlna musí nést energii, neexistuje tedy jen na papíře.

 

Feynmanův argument o „lepkavém korálku“ přesvědčil skoro všechny ty, kdo do té doby o realitě gravitačních vln pochybovali. K jeho argumentu se pojí humorná historka. Feynman se přihlásil na konferenci v Chapel Hillu pod pseudonymem, patrně neměl o jejím programu valné mínění, a svůj argument o „lepkavém korálku“ poslal anonymně. Ve svých pamětech To snad nemyslíte vážně, pane Feynmane! vypráví o svých potížích se na konferenci dostat:

 

Jednou, bylo to v roce 1957, jsem se vydal na gravitační konferenci na Univerzitě Severní Karolíny. Předpokládalo se o mně, že jsem odborníkem v jiné oblasti, který se chce seznámit s problematikou gravitace. Nestačil jsem přijet na její začátek a tak jsem přistál na letišti až den nato. Šel jsem na stanoviště taxíků a řekl dispečerovi: „Potřebuji se dostat na Univerzitu Severní Karolíny.“

 

„Kterou máte na mysli,“ řekl, „Státní univerzitu Severní Karolíny v Raleigh, nebo Univerzitu Severní Karolíny na Chapel Hillu?“

Jak snad nemusím říkat, neměl jsem ponětí. Zeptal jsem se: „Kde to je?“ Představoval jsem si totiž, že obě instituce musí být blízko sebe.

„Jedna je odsud na sever, druhá na jih, k oběma je to asi stejně daleko.“

Neměl jsem u sebe žádný materiál, ze kterého bych vyčetl, kam vlastně mířím, a nikdo zřejmě nejel na konferenci s denním zpožděním jako já. To mi vnuklo myšlenku. „Poslyšte,“ řekl jsem dispečerovi, „jedu na konferenci, která vlastně začala už včera, a tak tu včera musela být spousta chlapíků, kteří tam mířili. Já vám popíšu, jak asi vypadali. Tvářili se trochu nepřirozeně, živě spolu diskutovali, nekoukali na cestu a přitom si mumlali něco jako gé-mí-ný, gé-mí-ný.“

Dispečerův obličej se rozzářil. „Ano, ano,“ řekl, „vy chcete na Chapel Hill!“ Pokynul nejbližšímu taxi a řekl: „vezměte toho pána na univerzitu na Chapel Hillu!“ Poděkoval jsem a odjel na konferenci.

 

Zdroj: John D. Barrow, Kniha vesmírů


komentářů: 22         



Komentáře (22)


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

« strana 1 »

rezy
24
rezy 04.03.2014, 16:29:30
tahle kapitola skvěle končí, řekl bych typicky Feynmanovsky, uvedl vše na pravou pravdu ale nikdo mu rači nahlas nevěřil. Jako v kapitole Kdo ukradl dveře.

Lucifer
23
Lucifer * 04.03.2014, 15:12:59
Skvělá je třeba kapitola Strýček Sam tě nepotřebuje. V knížce jsem si k ní tužkou poznamenal: „Začneš-li s lidmi mluvit normálně, budou tě považovat za cvoka“. Tohle jsem už několikrát zažil jak na starém NP, tak na NČ, na veřejnosti to zažívám skoro každý den. Úžasný

rezy
22
rezy 04.03.2014, 14:39:09
re 20, no to nevadí, už jsem knížku rozečetl, tak si to zkazit nenechám. V roce 2010 jsem měl nehodu se zády a jediné co jsem mohl tenkrát dělat bylo číst si a číst. Tenkrát jsem semlel od Feynmana snad všechno, co bylo k dosažení, takže už mi ty jeho knížky všechny slejvaj do jedné Usmívající se (Snad ti nedělají starosti cizí názory ... nějaké dopisy manželce ze světa, přednášky etc etc)
Už nevím, kde jsem na tu ulepenou špejli v gravitačních vlnách narazil.

Lucifer
21
Lucifer * 04.03.2014, 12:36:20
rezy, z knížky To snad nemyslíte vážně! jsem zde před asi jedním a půl rokem tlumočil něco o kargokultických vědách:

http://www.neviditelnycert.cz/blog/popularne-naucny-koutek/1167-kargokulticke-vedy.html

Lucifer
20
Lucifer * 04.03.2014, 11:44:55
rezy, tu knížku mám i v pdf formátu, takže v ní mohu snadno něco vyhledat. O oné Feynmanově přednášce na konferenci v Chapel Hillu (Feynman vystupoval pod pseudonymem Mr. Smith) tam nic není, pouze jak tam cestoval. Usmívající se

rezy
19
rezy 04.03.2014, 08:12:36
Tobě se Lucifere zase povedlo, že jsem si vyhledal znova Feynmana a začetl se. Původně jsem si chtěl jenom zkontrolovat, jak to na té přednášce bylo, ale protože nemám rád listování a konec konců, tuhle knížku jsem měl naposled v ruce někdy před třemi lety, tak jsem to vzal od první stránky. Už jsem zapoměl proč se ta knížka jmenuje To nemyslíte vážně pane Feynmene a když jsem na to opět narazil, skoro mě to překvapilo.
Schválně, bez nahlížení, jestli to takhle z voleje někdo z Vás ví? S vyplazeným jazykem

Lucifer
18
Lucifer * 03.03.2014, 12:14:45
Povedlo se Ti, rezy, abych alespoň tady kolem tohoto efektu rozčeřil hladinu. Skutečně mě ani ve snu nenapadlo, že překladatel ten původní text tak výrazně otočí, což ve mne zanechává tak trochu podezření,že to John D. Barrow měl ve svém originále taky tak. Úžasný

rezy
17
rezy 03.03.2014, 07:49:50
re 13. Jo, souhlasím s Tebou Lucifere, díky za odkazy, jakmile budu mít čas, tak si to v klidu projdu

Stella
16
Stella 28.02.2014, 22:06:11
Astro, my dvě se bavíme bez otevřených otázek. Zato otevřená lžička je fantastická! Tak vznikaly pověsti... Když blesk jako čert vletěl a vyletěl komínem. Hlavně, že to dítě přežilo!

15 Lépe nechat otázku otevřenou
mefi (neregistrovaný) 28.02.2014, 19:17:55

Doplnil bych ještě jeden zdroj:

http://en.wikipedia.org/wiki/Gravitational_wave

Dokud nebudou experimentálně gravitační vlny prokázány, pak otázku, která patří do kvantové teorie pole, bych nechal otevřenou.

Jako vždy platí: Žádnou teorii ve fyzice nelze dokázat, ale vyvrátit každou může jeden zdařilý experiment.

S vyplazeným jazykem

Lucifer
14
Lucifer * 28.02.2014, 18:59:21
rezy se už neozývá, žádné jiné námitky se nevyskytují, takže bych ten problém tak nějak dočasně uzavřel. Z uvedených odkazů jsem vyrozuměl, že obě varianty mohou být správné. Mohou proto, že gravitační vlny nebyly pozorovány přímo, pouze byly detekovány jen jakési jejich nepřímé důsledky. Řešení Einsteinových rovnic v tomto ohledu nabízí nejrůznější modifikace gravitačních vln, což připomíná nejrůznější modifikace dosud sestavených modelů vesmírů získaných de facto stejným způsobem, a graviton stále zůstává jen hypotetickou částicí gravitačního pole. Verzi uvedenou v článku tudíž (možná tak nějak dočasně) opravovat nebudu.

Howgh

Úžasný


Astra
12
Astra 28.02.2014, 13:23:43
Já k tomu umím přidat jen následující příhodu. Seděli jsme jednou za velkým stolem v chalupě u lesa, společnost asi deseti lidí a jednoho mimina, které maminka krmila kašičkou na lžičce. Venku řádila bouře, vichřice, hromybleskytřesky...vypadlo světlo. Maminka položila lžičku na stůl a tu se to stalo. Přiletěl maličkatý kulový blestíček, vletěl do lžičky, udělal do ní dirku, prolítnul stolem a běžel dál do světa. Všichni jsme ztuhli, zírali na lžičku. Dirkou bylo pěkně vidět kolem dokola. Ta lžička je dodnes doma zarámovaná jako artefakt. S vyplazeným jazykem

Lucifer
11
Lucifer * 28.02.2014, 12:36:13
Rezy, vypadá to, že máš asi pravdu. Originál knížky jsem nenašel a v překladu je to tak, jak jsem napsal. V této české verzi jsem už narazil přinejmenším na dvě chyby, nejspíš v důsledku překladu. Tuto chybu jsem přehlédl, přesněji řečeno moc jsem se nad tím nezamýšlel. Jestli je i v originálu, netuším. Zde je pojednání na téma Sticky bead argument, který ti dává zapravdu

http://en.wikipedia.org/wiki/Sticky_bead_argument

Ovšem: „… gravitační vlny se v některých aspektech podobají vlnám elektromagnetickým: oba typy vln mají příčný charakter a šíří se maximální možnou rychlostí interakcí - rychlostí světla.“ Viz

http://astronuklfyzika.cz/Gravitace2-7.htm

Gravitační vazbová energie je popsaná zde (nezkoumal jsem ji)

http://astronuklfyzika.cz/Gravitace2-8.htm

Pokud jsou gravitační vlny příčné, pak se na ně můžeme dívat jako na vlny šířící se po vodní hladině. Představme si, že máme tyčku a na ní navlečený korálek, obojí ze stejného materiálu s nižší hustotou než má voda. Tyčka bude v prostoru upevněna a korálek se bude moci podél ní pohybovat, jakmile na ni ve směru tyčky začne působit jakákoli síla. Zapíchněme tyčku do dna nějaké vodní nádrže tak, že část tyčky bude vyčnívat na hladinu. Pokud bude korálek pod hladinou, tak na ni vyplave, pokud nad hladinou, tak na ni spadne. Když se po hladině začnou šířit vlny, korálek se začne na hladině pohupovat, bude se po tyčce pohybovat nahoru a dolů. Když tyčku položíme na hladinu, bude se spolu s kuličkou pohupovat a pohybovat se ve směru šíření vln.

Vzhledem k tomu, že nejsem gravitační fyzik, mi nicméně v této chvíli nezbývá než přijmout výklad ve Sticky bead argument. Nějakou chvíli tam tu chybku nechám, a pokud se mezitím neozve někdo s myšlenkou, že to chyba není, tak ji opravím.

Úžasný

Stella
8
Stella 28.02.2014, 12:16:52
3 holky stanovaly pod nejvyššími stromy v lese. Za obrovské bouřky se radovaly, že to všude tak krásně bouchá, ale je chrání stromy. Tenkrát to vyšlo. Asi byla jiná doba.
Ať žije vlnící se vesmír a ochrana před deštěm.

«     1    2   »