Jeszcze o Einsteinie/Dalsze kroki. Czy ziemia się obraca? Rozszerzona zasada względności
| <<< Dane tekstu | |
| Autor | |
| Tytuł | Jeszcze o Einsteinie |
| Podtytuł | teorja względności z lotu ptaka |
| Wydawca | Polska Składnica Pomocy Szkolnych |
| Data wyd. | 1924 |
| Druk | Zakłady Graficzne „Drukarnia Bankowa“ |
| Miejsce wyd. | Warszawa |
| Źródło | Skany na Commons |
| Inne | Cały tekst |
| Indeks stron | |
Wędrowaliśmy dotąd po terenach t. zw. szczególnej, pierwotnej teorji względności, ogłoszonej w r. 1905., dziś już powszechnie uznanej, zamkniętej, skończonej. My jeszcze polemiki toczymy po gazetach, ale już lada dzień małe dzieci będą się o niej uczyły w szkołach.
Inną — pozornie łatwiejszą, w istocie zaś trudniejszą — sprawą jest rozszerzona, ogólna teorja względności.
Tłumaczyliśmy w rozdziałach poprzednich Michelsonowi, dlaczego jego pomiar ruchu absolutnego ziemi się nie udał. Uczony nie miał — bo mieć nie mógł — zegara absolutnego. Kontrolował bieg naszego gońca świetlnego zegarkiem, zapominając, że przedtem ów goniec właśnie normował chód jego zegarka. Wiedzieliśmy zresztą już dawniej z fizyki Newtonowskiej, że statek, sunący spokojnie wzdłuż brzegów, płynie tylko dla człowieka, który na brzeg, albo na powierzchnię wody patrzy i o ten ruch względny się troszczy — żadne doświadczenie mechaniczne, wykonane na statku, wykazać nie zdoła, czy statek płynie istotnie. Rozszerzyliśmy teraz owo nic i na eksperymenty optyczne oraz elektromagnetyczne.
Zachodzi pytanie, czy ów postulat względności można przenieść jeszcze dalej, na wszystkie możliwe wypadki i formy ruchu, czy np. ruch obrotowy istnieje sam przez się, niezależnie od otoczenia, od punktu widzenia, od naszych zapatrywań, czy — mówiąc jaśniej — możemy z całą pewnością twierdzić, że ziemia się obraca?
Już samo postawienie takiej kwestji wydaje nam się herezją: jak dawniej paliliśmy na stosie tych, co w ów obrót wierzyli, tak dziś jesteśmy gotowi brać na tortury tych, którzy go w wątpliwość podają.
Mimo to, już przed Einsteinem, bardzo wybitny fizyk i empirjokrytyk, E. Mach, długo nad tą kwestją rozmyślał.
Cóż stąd, żeśmy całą garść dowodów zebrali i że opierając się na licznych analogjach łatwiej się dziś godzimy na pogląd Kopernika, niż na pogląd Ptolemeusza? Przypuśćmy — jak to jeszcze wczoraj sobie wyobrażano — że ciała niebieskie, gwiazdy, słońca, planety tkwią w jakimś eterze bezkresnym, o którym nic poza tem nie wiemy. Gdzie znaleźć dowód ostateczny, że to ziemia w owej galarecie się kręci, a nie galareta naokoło ziemi? Mały komar przylgnął do osi samochodu — jakże ten owad ma stwierdzić, czy koło się obraca na nieruchomej osi, czy też — jak to często bywa — obluzowana oś kręci się w nieruchomem kole?
Te pytania wydają nam się czczą, śmieszną scholastyką. I rzeczywiście były nią, dopóki do pracy nie zabrał się Einstein. Strawił kilkanaście lat nad tą kwestią, przewertował księgi najzawilszych teoretyków matematyki, zbierał dowody w geometrji nieeuklidesowej, w dziełach Riemanna i Łobaczewskiego, i wreszcie cel osiągnął. Wykazał, że teoretycznie oba twierdzenia owego komara są równoznaczne, t. zn. każdej chwili całokształt swoich doświadczeń taki owad, choćby był najgenialniejszym obdarzony mózgiem, może — z równą słusznością! — tak albo owak przedstawić... Sprawa wygląda coraz dziwniej: przypuśćmy, że tak jest — poco nam to wszystko? Co na tem zyskać możemy, prócz niewiary we własne zdolności?
I tu właśnie przypomnieć sobie musimy, podane zaraz na wstępie tego wykładu, zdanie o realnej wartości niektórych twierdzeń pesymistycznych.
Zyskujemy zasadę powszechną, regułę — równie pożyteczną i w wykrywaniu nowych faktów pomocną, jak np. prawo zachowania energji. Właśnie tezą o owej odwracalności poglądów, o ich równouprawnieniu jest busolą przy odkrywaniu praw ogólnych i zjawisk w przyrodzie.
Klasyczny już dzisiaj przykład — przyciąganie promieni świetlnych przez masy ciężkie, ich uginanie się w pobliżu słońca — przytaczają wszystkie prawie dziełka i broszurki. Jaki jest związek tego — stwierdzonego przez astronomów angielskich w Sobralu — fenomenu z teorją względności Einsteina?
Wyobraźmy sobie fizyka, którego ktoś zamknął nagle w jakimś, od świata zupełnie odseparowanym, pokoju na globie wielkim — dajmy na to, na Słońcu. Ów fizyk wykonywa doświadczenia i stwierdza, że ciążenie i jego prawa w tym pokoju obowiązują, ustali nawet, że siły są większe, niż były na ziemi. Dojdzie zatem do wniosku, że go na jakimś globie wielkim nieruchomo umieszczono? Będzie to jedyny logicznie możliwy rezultat jego rozumowań?
Nie! — mówi teorja względności — z równą słusznością mógłby powiedzieć, że ciała materjalne w jego pokoju dlatego prędzej spadają, ponieważ pokój mknie w przestrzeni z wzrastającą szybkością. Przypuszczenie: ja tkwię nieruchomo, ciała spadają na dół, bo istnieje grawitacja — musi być fizycznie jednoznaczne z twierdzeniem: grawitacji niema, ciała spadają, bo ja pędzę w ruchu przyspieszonym ku górze. Ruch i bezruch to tylko forma zapatrywania, jakiejś różnicy absolutnej, wewnętrznej między niemi niema.
Spróbowano w tem miejscu w bardzo dowcipny sposób podstawić — mówiąc obrazowo — nogę teorji względności. Przepuśćmy promień świetlny przez pokój owego fizyka! Teraz chyba znajdziemy różnicę? Jeżeli pokój tkwi nieruchomo, promień będzie do podłogi równoległy, jeżeli zaś pędzi ku górze — promień ów zagiąć się musi, jak kamień poziomo rzucony.
— Wykonajcie doświadczenia — odpowiedział Einstein. — Promień będzie się zaginał w obu wypadkach — w ruchu i w „bezruchu“.
I to zagięcie właśnie wykryła ekspedycja astronomów. — Promienie gwiazd dalekich, przechodząc nad „nieruchomem“ ale obdarzonem siłami grawitacyjnemi słońcem, wykrzywiały się w sposób, zupełnie ściśle przez teorję przewidziany.
Tak wygląda w zarysie rezultat, który nową — ogólną — zasadę względności w świecie najwięcej wsławił. Dodajmy, że najkrańcowszy sceptycyzm jest właśnie główną cnotą człowieka nauki. Więc też w trzy lata po triumfalnem stwierdzeniu wyliczeń Einsteinowskich przez Eddingtona (rok 1919) wysłano nową ekspedycję, tym razem. pod wodzą słynnego astronoma amerykańskiego, W. W. Campbella, dla dokonania dalszych badań i dla powtórnego skontrolowania dawniejszych obserwacyj. Campbell przywiózł z wyprawy do Wallal (Australja), gdzie w r. 1922 podczas zaćmienia fotografowano okolicę nieba w pobliżu słońca, szereg udatnych zdjęć. Pomiarów dokonano na 118 gwiazdach i obliczono ich przesunięcia. Rezultat: nowe, wprost zdumiewające, stwierdzenie przewidywań teoretycznych (przesunięcie zaobserwowane 1″72, przewidziane przez teorję względności 1″74).
O zmianach w orbicie Merkurego, o linjach spektralnych o kosmologicznych wnioskach mówić tu nie będziemy. Trudno je — z prostej zresztą — myśli zasadniczej, bez zawiłych rachunków wyprowadzić, a wszystko, co przy tej okazji broszurki popularne o świecie nieeuklidesowym i t. d. opowiadają, znów raczej pewien zamęt szerzy, niż sprawę wyjaśnia. Krzywizna przestrzeni etc. to tylko sposób — dla matematyka łatwiejszy — przedstawienia sprawy. Czytelnik gubi się natomiast w zaroślach nowej geometrji, myli drogą z celem i uważa często matematyczną façon de parler za istotę rzeczy, za nową prawdę.
Kogo nie interesuje specjalnie matematyka, jej piękny język, jej metoda ujmowania zagadnień — może spokojnie czytać, nie przejmując się tem zbytnio, że świat ma cztery wymiary i że jest wypukły w pobliżu pól grawitacyjnych. Czytelnik powinien tu tylko pamiętać, że te rozważania matematyczne wypływają z prostych i ogólnie dostępnych założeń i że dają szereg wyników — jak np. przesunięcia linij spektralnych — konkretnych, podlegających weryfikacji doświadczelnej.
Niektóre rezultaty są dziś jeszcze muzyką przyszłości, ale będą napewno zachętą do badań ciekawych. Więc np. dopiero ogólna teorja względności ustaliła ścisły związek między masą ciała i całkowitym zapasem jego energji. Wynika z wyliczeń — a bez nich owa „odwracalność“ nie dałaby się przeprowadzić — że jeden gram węgla, wypompowany całkowicie z wszelkiej energji, jaką wogóle posiada, wystarczyłby na kilkadziesiąt miljonów lokomotyw.
Oczywiście — aby tę energję wydobyć musielibyśmy rozbić atomy, uwolnić siły, które w światach zamkniętych drzemią.
Tu się właściwie nasz „przewodnik po ideach Einsteinowskich“ kończy. Borykaliśmy się z najtrudniejszemi zagadnieniami — grawitacją, zmiennością czasu. — Jednej tylko kwestji nie poruszaliśmy, bo jej nie rozumiemy zupełnie. Dlaczego ta, matematycznie piękna, teorja wywołuje co pewien czas protesty i sprzeciwy oraz krwawe ataki najmniej do tego powołanych ludzi? Dlaczego co pewien czas ktoś, dosiadłszy drewnianego konika, z całym impetem wali wątłą głowiną o cementowe kwadry tego gmachu wiedzy ścisłej?
To są znów pytania nie z fizyki, ale z psychologji tłumu.
