STW - jak młode wino cz1.

[stanek015]

Powoduje zamęt w głowie sprawiając niewspółmiernie mniejszą przyjemność receptorom smakowym w stosunku do nadmiernie rozbudzonych oczekiwań.
Jedna z anegdot mówi, że : „Podobno na pytanie czy to prawda, że tylko dwoje ludzi rozumie STW Einstein odpowiedział pytaniem a kto jest tym drugim?”
Pojęcia dylatacji czasu i kontrakcji długości wynikające z STW zrodziły się z pogoni za monopolami magnetycznymi, których istnienie tak dobrze wpisywałoby się w różne modele i koncepcje teoretyczne.
Pomimo rozlicznych prób nie udało się ich jednak wykryć. Monopole magnetyczne spędzały i zapewne jeszcze spędzają niektórym fizykom sen z powiek, ponieważ ich brak psuje nam piękno symetrycznego obrazu Wszechświata.
Brak monopoli magnetycznych burzył też symetrię równań Maxwella, dlatego koniecznym stało się wprowadzenie dylatacji czasu i kontrakcji długości za pośrednictwem transformacji Lorentza.
Równania Maxwella stały się przez to niezmiennicze, czemu nie mogła sprostać transformacja Galileusza.
Pomimo tego zabiegu równania Maxwella nadal nie zawierają piękna symetrii, dlatego pole magnetyczne jest tylko polem pomocniczym pola elektrycznego.
I tak w miejsce absolutnego czasu narodziła się absolutna prędkość, którą jest „prędkość światła – fali em” – niezależna od prędkości ruchu źródła jeden z głównych postulatów STW.
Równania transformacji Lorentza są kunsztem sztuki matematyków. Aktualnie możemy wyprowadzić je na kilka sposobów, czego liczne dowody możemy znaleźć w ogólnodostępnych materiałach na ten temat.
Na czym polega doskonałość równań transformacji Lorentza.
Cały zabieg budowy równań transformacji sprowadza się do prostej operacji polegającej na wprowadzeniu „wirtualnego czasu”, co spróbujemy dalej wykazać.
Do tego celu musimy posłużyć się myślowym eksperymentem z wykorzystaniem pojazdów poruszających się z prędkością bliską prędkości światła c.
Aby nie rozpraszać uwagi na jego wymiarach poprzecznych do kierunku ruchu wzorem naszych poprzedników pojazdem tym nich będzie tradycyjny pociąg.
Wyobraźmy sobie, że nasz pociąg pędzi z prędkością bliską c po drodze mija dróżnika przy torach pilnującego przejścia drogowego.
W ostatnim wagonie pasażer w chwili, gdy mija dróżnika wysyła sygnał w kierunku lokomotywy, który odbija się od zwierciadła na lokomotywie i powraca do pasażera.
Jak zinterpretują drogę sygnału świetnego pasażer w pociągu i dróżnik przy torach.
Według pasażera sygnał przebył drogę równą podwójnej długości pociągu.
Dróżnik stwierdzi to samo, ponieważ w kierunku zwierciadła sygnał wprawdzie pokonuje drogę dłuższą o przemieszczenie się zwierciadła w trakcie ruchu pociągu jednak w drodze powrotnej droga ta się skróci dokładnie o taki sam odcinek, ponieważ pasażer w tym czasie także się przemieści.
Pasażer i dróżnik są zgodni, co do długości drogi, którą pokonuje sygnał świetlny jest ona równa dwukrotnej długości pociągu.
Problem powstaje wówczas, kiedy analizują poszczególne odcinki drogi sygnału oddzielnie od pasażera do zwierciadła i od zwierciadła do pasażera, dlatego kombinują jak temu zaradzić, aby sygnał świetlny na każdym odcinku miał dla nich prędkość c.
Dla pasażera drogi są równe w obu kierunkach, więc czas na ich pokonanie musi być ten sam t/2.
Dla dróżnika droga w kierunku do zwierciadła jest dłuższa, więc i czas na jej pokonanie musi być dłuższy w stosunku do czasu, w którym sygnał pokonuje krótszą drogę po odbiciu od zwierciadła.
Jednomyślnie obaj dochodzą do wniosku, że przecież nie da się wykryć, jeśli doda się i odejmie dróżnikowi taki sam „wirtualny czas” do całkowitego czasu t, w jakim sygnał pokonuje łączną drogę w obu kierunkach.
Doda „wirtualny czas”, gdy sygnał biegnie do zwierciadła i odejmie, gdy sygnał biegnie od zwierciadła. Na tej operacji uzyska się stałą wartość prędkości c, stały stosunek przebytej drogi do czasu, w którym ta droga została przebyta.
I znowu wszystko byłoby w jak najlepszym porządku gdyby nie to, że powstały trzy różne czasy t/2 , t/2 + tw oraz t/2 – tw.
Kombinują, więc dalej jak wybrnąć z zaistniałej sytuacji opierając swoje wyjaśnienie na niejednoczesności postrzegania tych samych zdarzeń przez każdego z nich, dlatego, że znajdują się względem siebie w ruchu, ale przecież to nic nadzwyczajnego, ponieważ również obserwatorzy niebędący w ruch względem siebie a znajdujący się w różnych miejscach (im bardziej odległych tym wyraźniejsza staje się ta różnica) mogą postrzegać to samo zjawisko niejednocześnie.
Przypomina nam to trochę pogląd, który aby nie wywoływał nadmiernych emocji trochę zmodyfikujmy „mniej biegli w fizyce nie zauważą bardziej biegli pomyślą, że tak musi być” a oponentów albo jakoś przekonamy albo powoli wyciszymy.
Transformacja Lorentza jest doskonałą konstrukcją matematyczną, co do tego nie ma najmniejszej wątpliwości, lecz jest ona zasługa zawartej w niej bardziej treści matematycznej niż fizycznej.
Jej doskonałość sprawia, że za jednym zamachem załatwia kolejny problem ruchu sygnału w kierunku prostopadłym do kierunku ruchu obserwatora wynikającego z doświadczenia Michelsona – Morleya.
Aby go rozpatrzyć musimy sobie ponownie wyobrazić pewien zmodyfikowany rodzaj peryskopu o długości równej długości pociągu umieszczonego na ostatnim wagonie, do którego sygnał świetlny może kierować pasażer. Peryskop prostopadły do kierunku jazdy dobijający biegnący w nim sygnał o 180 stopni (rodzaj rury zamkniętej zwierciadłem). Teraz ponownie prześledźmy drogę sygnału w peryskopie „obserwowaną” przez pasażera i dróżnika.
Droga sygnału dla pasażera przebiega tym samym śladem do zwierciadła i z powrotem natomiast droga sygnału dla dróżnika biegnie różnymi śladami tworzącymi równe ramiona trójkąta równoramiennego.
Ślad drogi dróżnika w jednym kierunku wynika z twierdzenia Pitagorasa jest pod pierwiastkiem sumą kwadratów śladu drogi sygnału dla pasażera i drogi przebytej przez pociąg w czasie t/2.
Ślad drogi dróżnika jest dłuższy od śladu drogi pasażera trzeba, więc dodać dróżnikowi kolejny „czas wirtualny” inny niż ten z ruchu wzdłuż pociągu. W dodatku czas ten nie dodaje się i nie odejmuje podczas całej drogi sygnału od jego wysłania do jego powrotu do pasażera jak to miało miejsce podczas ruchu do i od zwierciadła na lokomotywie, lecz dodaje się na każdym odcinku.
I to sprawia, że równania transformacji Lorentza stają się matematycznie doskonałe lecz sprawia także, że fizycznie dróżnik zamiast jednego zegarka wzorcowego musi mieć co najmniej trzy wzorce czasu. Coś za coś! Praktyczniej jest jednak opierać się na własnych pomiarach do których wystarczy tylko jeden wzorzec czasu.
Co daje nam zamiana absolutnego czasu na absolutną prędkość c ?
Niewątpliwie zaletą transformacji Lorentza jest to, że sprowadza prędkość światła w próżni do uniwersalnej stałej fizycznej.
Wadą zaś jej jest, że „światło – fala em” staje się samodzielnym niezależnym bytem, niezależnym od źródła jego pochodzenia, którego prędkość nie zależy od ruchu źródła, przez co traci się czy też w dużej mierze ogranicza związek przyczynowo skutkowy.
Dla zobrazowania tego posłużmy się kolejnym przykładem:
Wyobraźmy sobie, że w chwili mijania się pasażera i dróżnika obaj równocześnie wysyłają sygnał świetlny w kierunku zwierciadła umieszczonego na lokomotywie. Dodatkowo załóżmy, że sygnały te są bardzo krótkie, które reprezentują pojedyncze fotony. Przez całą drogę foton pasażera i dróżnika biegną obok siebie równoległymi śladami do zwierciadła na lokomotywie i po równoczesnym odbiciu wracają także równocześnie najpierw do pasażera pociągu potem do dróżnika, ponieważ ich prędkość nie zależy od prędkości źródła, co wynika z postulatu STW.
Z tym akurat jesteśmy w stanie się zgodzić nie wnikając, co by było gdyby przy torach w miejscu związanym z torowiskiem gdzie podczas odbicia fotonów pojawia się zwierciadło lokomotywy umieścić dodatkowo zwierciadło dróżnika.
Wą