Strona główna Informacje Nauka Zasada względności – tylko której?

Zasada względności – tylko której?

28 maja 2020

A A⁺ A⁺⁺

Czemu teoria względności nazywa się “teorią względności”? O jaką względność idzie? Że wszystko jest względne? Że nie ma niczego absolutnego? Że prawda nie istnieje? Otóż nie. Idzie o względność innego rodzaju. Względność wysławialną jedynie poprzez matematyką. Można ją ubrać w zwykłe słowa, ale te nic dla niewtajemniczonego nie znaczą.

Z Wikipedii (angielskiej, bo polska uboga):

Ogólna zasada względności stwierdza:

Wszystkie układy odniesienia są równoważne gdy idzie o sformułowanie fundamentalnych praw fizyki

Co to znaczy? I czy faktycznie tak jest? Zasada ta została sformułowana w odniesieniu do pola grawitacyjnego opisywanego tensorem metrycznym czasoprzestrzeni wprowadzonym po raz pierwszy przez Riemanna. Stamtąd rozprzestrzeniła się na “fundamentalne prawa fizyki” bez wymieniania o jaka fizykę tu idzie. Najwyraźniej idzie o “wszelką fizykę”. No dobrze, ale niby dlaczego zasada taka miałaby obowiązywać? Kto tak każe? Dlaczego?

Przed Einsteinem mało kto myślał o “wszystkich układach odniesienia”. Galileusz przypuszczalnie myślał o opisie ruchu z lądu i z poruszającej łodzi.

Dziś odróżniamy teorię względności Einsteina od teorii względności Galileusza-Newtona. W teorii względności Galileusza-Newtona czasoprzestrzeń posiada strukturę inną niż u Einsteina. U Einsteina absolutem czasoprzestrzeni jest stożek świetlny, Einstein zapostulował, że prędkość światła mierzona w próżni ma być stałą, bez względu na to jak szybko i w którą stronę porusza się źródło światła, i bez względu na to jak szybko i w którą porusza się mierzący tę prędkość detektor.

Stożki świetlne w czasoprzestrzeni Einsteina

W teorii względności Galileusza-Newtona absolutem jest czas. Istnieje absolutna miara czasu. Na przykład można określić w sposób absolutny ile czasu minęło od Wielkiego Wybuchu do danej chwili w danym miejscu. Oczywiście w każdym podręczniku taki czas zostaje podawany. Według Wikipedii Wielki Wybuch miał miejsce 13,799 ± 0,021 mld lat temu. I nikt się tym nie przejmuje, że taka absolutna miara czasu jest bardziej zgodna ze względnością Galileusz-Newtona niż ze względnością Einsteina. Nie trzeba się temu dziwić, bowiem fizycy bardzo często ciepią na amnezję i w poniedziałek nie pamiętają tego co mówili w niedzielę.

Takie ogólne filozoficzno-teologiczne rozważanie jednak dobre są na deser, gdy się wykona żmudną ciężką pracę jaką fizycy zmuszeni są wykonywać. Także ci od ogólnej teorii względności. W naszym przypadku jest to przybranie słów w szatę matematyczną, by coś można było wyliczyć, przewidzieć, a przewidywania sprawdzić. Może się bowiem łatwo zdarzyć, że filozofia jest idiotyczna, sformułowanie mętne lub sprzeczne, a przewidywania są świetne. Po prostu teoria jest jeszcze w powijakach i nie ma właściwej interpretacji, Można wierzyć w Boga Chrześcijan, w Boga Żydów, czy w bóstwa i bóstewka Japończyków, a mimo to działać skutecznie w świecie.

Filozofia czy religia to jedno, matematyka i inżynieria to co innego. Oczywiście taka czy inna filozofia czy religia może mieć wpływ dodatni lub ujemny na ciekawość poznawczą badaczy, co zresztą może zmieniać się w czasie, ale to są już inne rzeczy.

Ogólna teoria względności Einsteina powstała na dobre dopiero wtedy, gdy Einstein zapoznał się z elementami geometrii różniczkowej, z tensorami w ogólnych układach współrzędnych, i z aparatem“przeniesienia równoległego” i “pochodną kowariantną” Ricciego i Levi-Civity.

[embedded content]

Poświęcę temu kolejne notki. Może tylko na wyrost powiem, że bohaterami będzie tensor metryczny, macierz kwadratowa 4×4 kodująca grawitacyjne potencjały

oraz nie-tensor a 4x4x4 obiekt Levi-Civity, wyrażający się przez pochodne tensora metrycznego i kodujący siły grawitacyjne. Coś tak jak odmiana kostki Rubika zbudowana z 64 małych sześcianików.

64 znamy z I Chingu, więc nie powinniśmy się dziwić. W I Chingu 64 pojawia się jak 2 w potędze 8, zaś w ogólnej teorii względności jako 4 w potędze trzeciej. Jaki ten świat jest mały!