Kdekdo z nás ví, že světlo má vždy stálou rychlost, přesný kousek pod 300.000 km/s. Je to světlo – a to musí být jasné. Jenže k rychlostní skutečnosti přísluší i nejasnost. Natolik podivná, že se často nepřipomíná.
Ve vědě se vyskytnou lidé, kteří nechtějí znát víc než to, co se právě vyhlašuje za platné. Jenže o vědě víme spolehlivě, že se obvykle mýlí, a až dalšími poznatky opravuje svá zjištění nebo je i vyvrací. Překoná. Pak tvrdá víra v současné poznatky bývá na škodu.
I v dalším poznání podobně – od starověku bylo ledacos jiného zjištěno, co bible neobsáhla. Přesto jsou lidé, kteří věří právě jen bibli (kromě těch, kteří naopak). Míváme dost vlastního hledání?
Žijeme smyslovými zážitky. Následně mám za to, že nalezení mechanického modelu fyzikálních příkladů bývá možné. I když tento přístup fyzika v 19. století opustila – při hledání modelů elektromagnetického záření pro Maxwellovy výpočty.
Měření rychlosti
V konci 19. století fyzikové věděli, že jejich věda zjistila už „skoro vše“. Otázkou zůstávalo šíření světla. Jeho stálá rychlost byla zjištěna, a i dodnes ověřena mnohokrát. Měřící základna může být natočena do toho či onoho postavení, a přesto výsledek měření poukazuje na jeho stálou rychlost. Právě při měření se nesčítá s rychlostí letu Zeměkoule; zjištění nebývá pohybem ovlivněno. Vliv nemělo ani užití různých zdrojů světla. Ani mimozemských.
Světlo je snad „měřenívzdorné“?
Kinematika ke světlu
Nyní druhá souvislost, světlo v pohybu prostorem. Víme, že rychlost světla se nemění. Sice c = konst., ale to není všechno.
Nehluboké promýšlení souvislostí může vést k chybnému úsudku. Koráb letí Vesmírem setrvačným pohybem a to rychlostí v. Před sebe vyšle paprsek světla, jeho stálou rychlostí c.
Naměříme c = konst., ale při uvažování pohybu světla bychom snad zjistili, že svému zdroji se vzdaluje rychlostí odlišnou?
Rychlost je stálá – vůči čemu?
Oproti zdroji? Einsteinova práce sděluje [1]:
Sotva existuje ve fysice jednodušší zákon než ten, dle něhož se šíří světlo v prázdném prostoru. Každý školák ví nebo věří, že toto šíření se děje přímočaře rychlostí c = 300.000 km/s. Víme rozhodně s velikou exaktností, že tato rychlost jest pro všechny barvy stejná; neboť kdyby tomu tak nebylo, tu by při zakrytí nějaké stálice její temnou oběžnicí nebylo pro různé barvy emisní minimum současně pozorováno. Podobnou úvahou, vztahující se na dvojhvězdy, mohl hollandský astronom de Sitter ukázati, že rychlost šíření se světla nemůže záviseti na rychlosti tělesa světlo vysílajícího. Domněnka, že tato rychlost závisí na směru „v prostoru“, jest sama o sobě málo pravděpodobná.
Světlo se stalo fyzikálním základem. Teorie relativity určila, že časy a geometrické délky se mění vždy tak, aby c = konst. A to v prostředí spojitého času a prostoru, uvažovaném odedávna.
Podivný příklad (obr. 1)
Koráb K a foton FZ letí stejným směrem, opačným než Zeměkoule. Ovšem koráb startoval dřív než foton, který vyletěl ze Země až v počátku sledování t = 0. (Spodní vodorovná čára). V 1. sekundě se K a zelený FZ míjejí, kde pozemský foton FZ má rychlost c, a koráb K jen rychlost poloviční, c/2. (Rychlost korábu posuzovaná vůči Zemi). Koráb navíc blikne; vyšle foton FK stejným směrem, jaký má FZ.
Snad má korábový foton FK vždy konstantní rychlost vůči korábu K? Vzdaluje se mu rychlostí c?
Ne, to odmítá 2. sekunda. To by měl červený FK vůči pozemskému FZ nesmyslně větší rychlost o c/2 a našemu pozemskému paprsku by se vysmíval: kyš–kyš – jsi pomalejší. Takový by byl rozdíl v obrázku mezi časy t = 1 a t = 2: pozemský zelený FZ urazil 300.000 km a korábový FK víc, 450.000 km.
Foton z korábu by letěl rychlostí (c + c/2) a pozemský jen svou c? Omyl!
Správný příklad (obr. 2)
Opět koráb letí rychlostí c/2. Foton FK se svému zdroji K vzdaluje jen rychlostí (c – c/2), takže FK a FZ se na sebe usmívají: foton pozemský a korábový. Pozicemi Vesmíru letí vedle sebe, „ruku F ruce“. Základní axiom teorie relativity je dodržen. Oba se pohybují prostorem rychlostí c, ale korábu se vzdalují jen (c – c/2). (Rychlost c sledovaná proti Zemi, jsoucí bez pohybu.)
Nyní připomenu i pohyb Země. Ať letí směrem opačným než koráb. Tehdy se oba, FK a FZ, Zemi vzdalují rychlostí větší než c. Zvětšenou o známých 30 km/s, o rychlost obíhání Zeměkoule kolem Slunce.
Oba fotony mají maxwellovskou a einsteinovskou rychlost c konstantní. A to vůči spojitému prostoru – obtížně definovatelnému. Anebo vůči bodovému prostoru, snadno zobrazitelnému.
Dvojí posouzení
Platí obojí posouzení – ve vzájemném rozporu. A sice – v soustavě se pro vlnění vždy naměří c = konst. Ale při uvažování pohybu světla zjistíme, že téže soustavě v tomtéž prostoru, letící rychlostí ±v, se fotony vzdalují rychlostí odlišnou: c ± v.
Nýbrž rozpor je otázkou k vyřešení
Závěr
Dva poznatky o světle jsou vzájemně v rozporu. Rychlost světla se vždy naměří právě c. Je to zvláštní, ale samo o sobě to snad není nepochopitelné – vždyť rychlost zvuku je také konstantní, dle vlastností prostředí.
Zdůrazňuji, že další poznatek je s měřením v naprostém rozporu. Když c = konst., pak rychlost vzdalování fotonu od jeho zdroje je ale proměnná: c ± v ≠ konst. Závisí na jejich pohybovém vztahu. Nyní není oproti zdroji konstantní.
Například stanice se vzdaluje základně rychlostí 10 km/s. Pak se jí foton vzdaluje rychlostí ne 299 792 458 m/s, ale jen méně: 299 792 458 – 10 = 299 792 448 m/s. (To posuzuje tento článek se dvěma obrázky).
Což o to, jen ať c = konst. Jenže stanice naměří vždy c = 299 792 458 m/s. Ať už zrychlila na 10 km/s, anebo při měření před zrychlením.
Možnosti řešení rozporu
Nabízí se, že připomenutý rozpor se odstraní užitím diskrétního prostoru, jehož informatické body jsou ovládané časovou základnou.
Spojitý časoprostor alternuji bodovým, podloženým Zdrojem pulsů. Následně dalším relativistickým souvislostem postačí změny času; beze změn délek. Ty nahradí pouhé nevnímání délky okolí při pohybu pozorovatele.
Předpokládám prostor tvořený sítí posic. Diskrétní prostor s pulzací určují, že informace se v nich přesunuje stálou rychlostí. Vyráběné pulsy ať postrkují fotony, které dodržují svou rychlost c v předepsaných políčkách prostoru. Takže rychlost světelného zářiče v pohybu tam či zpět, ta se na rychlosti vyzářeného fotonu neprojeví [3].
Literatura a odkazy
[1] Teorie relativity – Albert Einstein. VUTIUM – VUT, Brno 2005. Orig. F., Braunschweig 1917, česky F. Borový, Praha 1923
[2] Pozor na relativitu, a doplněk – B. Tichánek
[3] Použité termíny. Možný přínos modelu diskrétního časoprostoru – B. Tichánek
Bohumír Tichánek
Poslední články autora:
