Teoria względnie trudna

Światło – rekordzista nie do pobicia

Z okazji Einsteinowskiej rocznicy Międzynarodowy Instytut Fizyki zamówił u brytyjskiego choreografa balet inspirowany teorią względności. Przedstawienie będzie zatytułowane „Stała prędkość”. Pomysł ciekawy. Ale dlaczego taki dziwny tytuł?

Drugie podstawowe założenie Einsteina dotyczy światła i jego prędkości. Tutaj jest klucz do teorii względności. W naszym normalnym świecie obowiązuje prawo dodawania (odejmowania) prędkości. Jeśli jedziesz autem z prędkością 100 km/h, a samochód jadący z przeciwka porusza się z tą samą prędkością, to przy kolizji (co nie daj Boże!) pojazdy uderzą w siebie z prędkością 200 km/h. Okazuje się, że światło nie podlega temu prawu. Wyobraźmy sobie dwa sygnały świetlne z odległych gwiazd, które biegną naprzeciwko siebie. Każdy z nich ma prędkość c, czyli dokładnie 299 792 458 m/s. Ich prędkość względem siebie powinna wynosić 2 razy c, jak nakazywałby poprzedni przykład. Okazuje się jednak, że jest inaczej. Wynosi ona dokładnie c. Stwierdzono to doświadczalnie (tzw. doświadczenie Michelsona-Morleya). Prędkość światła rozchodzącego się w próżni jest stała i jest największą możliwą prędkością. Nic na świecie nie może poruszać się szybciej. Światło jest absolutnym rekordzistą.

Kłopoty z zegarkami

Einstein wyciągnął z tego faktu konsekwencje. Są one tak zaskakujące, że nadal budzą niedowierzanie. Jednym z dziwnych efektów zachodzących przy prędkościach bliskich prędkości światła jest wydłużenie czasu w układach poruszających się. Jeśli będziemy obserwować zegarek umieszczony w rakiecie poruszającej się z dużą prędkością, to stwierdzimy, że zegarek ten spóźnia się względem identycznego, znajdującego się na naszym ręku. O ile czas ulega wydłużeniu, to długość poruszającego się obiektu ulega skróceniu. Rakieta obserwowana w ruchu jest dla nas krótsza, niż gdyby leżała sobie spokojnie obok.