Einstein, paradoks bliźniąt i związek nacjonalizmu ze zidioceniem (1911-1921)

W roku 1921 Philip Lenard, laureat nagrody Nobla, przedstawił własną teorię grawitacji. Nie byłoby w tym nic złego, choć od roku 1915 aż do dziś żadna nowa teoria względności nie okazała się potrzebna. Badanie alternatyw ma oczywiście swoje miejsce w nauce, lecz zazwyczaj jest to miejsce poślednie, ciekawostka dla ekspertów. Lenardowi przyświecał jednak zamysł polemiczny: pragnął bowiem zwalczać teorie niegodne Narodu Niemieckiego, a taką była teoria Einsteina. W dodatku jej twórca nie był wcale germańskim wojownikiem o blond włosach i niebieskich oczach:

Im bardziej «śmiały» okazuje się badacz natury, tym więcej miejsc w jego publikacjach nie wytrzymuje próby czasu; można to wykazać za pomocą przykładów z dalekiej i niedawnej przeszłości (szczególnie łatwo jest znaleźć te drugie). Z tego  względu śmiałość badacza natury nie zasługuje na tak wysoką ocenę, jak śmiałość wojownika. Gdyż ten ostatni przez swą śmiałość naraża własne życie, podczas gdy ten pierwszy znajduje zwykle wygodną wyrozumiałość oraz zapomnienie dla swoich niepowodzeń. Czasami odnosi się wrażenie, że owa przypisywana badaczowi natury «śmiałość» w istocie  polega na całkowicie wyzbytych skrupułów rachubach, iż obniżając poziom publikacji, nie poniesie się żadnej osobistej szkody. Taka śmiałość nie jest cechą niemiecką.

Słychać tu echa dziewiętnastowiecznej szkoły w fizyce, której przedstawiciele lubili utyskiwać na wszelkie teorie i zalecali trzymać się ściśle obserwacji. Wybitny skądinąd eksperymentator, Lenard nie był dość oryginalny, by stworzyć nową teorię zdolną do życia. Ale słychać też wojujący nacjonalizm. Przekonanie, że ktoś powinien zginąć za poglądy, bo inaczej są one nic niewarte, jest tyleż idiotyczne, co zgubne. Ludzie tacy jak Lenard popychali Niemcy (a może tylko dawali się nieść prądowi) w kierunku nowej wojny, która miała udowodnić ich wyższość rasową. Ostatecznie wykazała tylko, że są śmiertelni, podobnie jak ich ofiary. Rok 1921 zapowiadał już tendencje, które później się, niestety, wzmocniły. Można doszukiwać się tu przyczyn ekonomicznych, ale trudno zignorować też klimat poglądów objawiających się w sferze publicznej. m.in. w nauce. Świadomość określa byt, przynajmniej w polityce. Właściwie przez cały czas istnienia Niemiec weimarskich zaraza nacjonalizmu objawiała się gorączką sporów, argumentami rasowymi, poczuciem krzywdy, jaką rzekomo Niemcy doznały ze strony Europy. W kraju, który obok Wielkiej Brytanii, przodował w nauce, debaty naukowe często schodziły na poziom rasistowskich pyskówek. Niemiecka profesura przeważnie dostojnie milczała, milczała też w 1933 roku, kiedy jednym pociągnięciem zlustrowano ich kolegów i usunięto tych, którzy mieli złe pochodzenie.

Innym przeciwnikiem Einsteina był berliński fizyk Ernst Gehrcke, solidny eksperymentator w dziedzinie optyki, mający też ambicje teoretyczno-filozoficzne. Widział on w teorii względności przypadek masowej sugestii, której ulegli inni uczeni. Przejął się tą sprawą tak bardzo, że zaczął dokumentować wszelkie prasowe wzmianki o Einsteinie i robił to przez wiele lat.

«Klasyczna teoria względności» [cudzysłów Gehrckego – J.K.], będąca mieszanką wzajemnie  sprzecznych założeń, może posłużyć za interesujący przypadek masowej sugestii w fizyce, przynajmniej w krajach języka niemieckiego.

Warto zwrócić uwagę na słowo mieszanka (Gemisch): wiadomo, że to, co zmieszane, gorsze jest od czystego. Gehrcke powziął swą niechęć do teorii względności jeszcze przed pierwszą wojną i pozostał jej wierny do końca swego życia. Zabawnym zrządzeniem losu, jeden z tych „zahipnotyzowanych”, Max Planck, sprowadził do Berlina samego autora owej mieszanki, Alberta Einsteina, i to na wyjątkowo zaszczytne stanowisko, robiąc go przy okazji najmłodszym w dziejach członkiem Pruskiej Akademii Nauk. Einstein nawet próbował z Gehrckem dyskutować, ale w końcu dał spokój. Często prześladowali go różni obsesjonaci i wariaci, zwykle niegroźni.

Gehrcke, ale także i inni przeciwnicy teorii względności nie potrafili się pogodzić z tym, że czas przestał być absolutny, lecz wskazania zegarów mogły zależeć od ich wzajemnego ruchu. Podważali to często z powodów filozoficznych, np. dlatego że u Kanta nie ma miejsca na względność czasu i nieuklidesowość przestrzeni. Einstein nie przejmował się zbytnio Kantem i uważał, że efekty przewidywane przez teorię względności są mierzalne i w tym sensie jak najbardziej rzeczywiste.

Wyobraźmy sobie dwa układy (inercjalne) układy współrzędnych: jeden z nich umownie będzie dla nas układem spoczywającym (nieprimowanym), drugi porusza się względem niego z wielką prędkością v (primowany). Rozpatrzmy zegar spoczywający w drugim układzie. Jego dwa tyknięcia A i B oddziela pewien czas \tau. W poruszającym się układzie zachodzą one w tym samym punkcie. Te same dwa zdarzenia A i B możemy obserwować z układu spoczywającego. Czas między nimi jest teraz równy t, a odległość \Delta x=vt. W czasoprzestrzeni Minkowskiego, tzn. w świecie szczególnej teorii względności, dla dwóch dowolnych zdarzeń niezmienniczą (in. inwariantną) wielkością jest

c^2\Delta t^2-\Delta x^2=c^2\Delta t'^2-\Delta x'^2.

Znaczy to, że obserwatorzy związani z naszymi dwoma układami współrzędnych muszą otrzymać jednakową wartość tej wielkości.

c^2t^2-v^2t^2=c^2\tau^2\Rightarrow \tau=t\sqrt{1-\dfrac{v^2}{c^2}}.

Widzimy, że czas \tau jest krótszy niż t. Inne podejście do tego zagadnienia można znaleźć tutaj. Stąd pomysł, że gdybyśmy wysłali jeden zegar w podróż z wielką prędkością, a potem go z tą samą prędkością zawrócili, to po powrocie zmierzony przezeń odstęp czasu będzie krótszy. Ponieważ rzecz dotyczy nie jakiegoś wyimaginowanego czasu fizyków, ale tego, co można zmierzyć, konstruując na dowolnej zasadzie fizycznej przyrząd zwany zegarem, więc konkluzja dotyczy nie tylko czasomierzy, lecz np. pary bliźniąt, z których jedno wysyłamy w kosmiczną podróż, a drugie, mniej przedsiębiorcze, czeka w domu. Bliźniak podróżujący będzie po powrocie młodszy o czynnik \sqrt{1-{v^2}/{c^2}}. Można to narysować na diagramie czasoprzestrzennym.

Żółte linie pokazują linie świata światła. Poruszający się bliźniak (linia niebieska),  wciąż przebywa w stożku przyszłości względem zdarzenia polegającego na ich rozstaniu, linie kropkowane są liniami równoczesności dla brata poruszającego się w prawo i w lewo: zdarzenia wzdłuż tych linii podróżujący uważa za równoczesne; oczywiście linie równoczesności dla brata spoczywającego są równoległe do osi x).

Tutaj odległości wyrażone są w latach świetlnych, a czas w latach. Jak widać z obrazka, bliźniak poruszający się ma prędkość v/c=4/5. Podróż, która w układzie nieprimowanym zajmuje dziesięć lat, w układzie primowanym, czyli zmierzona przez podróżnika, zajmie w obie strony

\tau=10\sqrt{1-\dfrac{16}{25}}=6\mbox{ lat}.

Im bliższa prędkości światła jest prędkość podróżnika, tym silniejszy efekt. Einstein mówił o tej paradoksalnej naturze czasu w styczniu 1911 roku:

Gdybyśmy np. umieścili w pudełku żywy organizm i kazali mu się poruszać tam i z powrotem, tak jak omawianemu wyżej zegarowi, to byłoby możliwe, iż organizm ten, wracając do punktu wyjścia po dowolnie długiej podróży, zmieniłby się w  dowolnie małym stopniu, podczas gdy organizmy, które pozostawały w spoczynku w punkcie wyjścia, dawno  już zostałyby  zastąpione przez nowe pokolenia.

Gehrcke uważał, że wnioski Einsteina są fałszywe, bo skoro wszystko jest względne, to możemy równie dobrze uznać, iż to podróżujący bliźniak spoczywa, z czego by wynikało, że to on jest starszy. Naprawdę chodzi jednak o własność czasoprzestrzeni Minkowskiego (czyli naszej w małej skali): liniom prostym odpowiada zawsze dłuższy czas niż wszystkim innym. W przestrzeni euklidesowej najkrótszą linią łączącą dwa punkty jest prosta, w przestrzeni Minkowskiego, to linia najdłuższa w czasie.

W długim opowiadaniu Stanisława Lema pt. Powrót z gwiazd mamy następujący dialog:

— Tak — powiedziałem — i poczułem tremę, jakby od moich słów Bóg wie co miało zależeć. — Jestem… byłem pilotem. Ostatni raz byłem tu… nie przestrasz się!
— Nie. Mów!
Jej oczy były uważne i błyszczące.
— Sto dwadzieścia siedem lat temu. Miałem trzydzieści lat. Ekspedycja… byłem pilotem wyprawa do Fomalhaut. To jest dwadzieścia trzy lata świetlne. Lecieliśmy, w jedną i drugą stronę, sto dwadzieścia siedem lat czasu Ziemi i dziesięć lat czasu pokładowego.

Nie tylko Einstein, ale i inni wcześni relatywiści, jak Paul Langevin czy Arthur Eddington, dostrzegli tu możliwość podróży w czasie, ale tylko w przód. Lemowski Hal Bregg wraca na Ziemię, gdzie już dawno nie żyją jego bliscy i wszystko się bardzo zmieniło. Gdyby Lem pisał dzisiaj, mógłby jeszcze do kolorytu lokalnego dodać nacjonalizm, który przynajmniej w Europie wschodniej wciąż ma swoich zwolenników. Łatwiej przebudować drogi i domy niż ludzi.

Reklamy

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie na Google+

Komentujesz korzystając z konta Google+. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj /  Zmień )

w

Connecting to %s