Jeszcze o Einsteinie/Geneza
| <<< 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 | |
O genezie teorji względności mówić jest najłatwiej.
Nietylko broszurki specjalne, ale każdy podręcznik fizyki informuje zupełnie dobrze o świetle, eterze, falach, ruchu. Jedno tylko zaznaczyć trzeba mocniej: nowa teorja powstała na terenach optyki, na terenach pięknej nauki o świetle dlatego, że ta nauka jest wogóle forpocztą czy awangardą, w każdym razie najdalej wysuniętą placówką w naszej walce z Nieznanem. Optyce zawdzięczamy szereg przyrządów cudownych — od mikroskopu do teleskopu i kinematografu, optyce — ową bajeczną analizę spektralną, która pozwala ludziom badać chemicznie dalekie gwiazdy, — cóż dziwnego, że optyka dała wreszcie naukom ścisłym i tę ostatnią wszechogarniającą koncepcję?
Od czasów Newtona najwybitniejsze umysły i najsprawniejsze mózgi zastanawiały się nad kwestją, czem jest światło i co się staje we wszechświecie, kiedy nowa gwiazda błyśnie na firmamencie albo zapałka w ciemnym pokoju. Reasumując wszystko w jednem zdaniu, powiedzieć możemy krótko, że od gwiazdy i zapałki idą w przestrzeń fale, trochę podobne do tych, które kamień, rzucony do stawu, wywołuje na powierzchni wody, albo wibrująca struna w powietrzu. Błysk światła jest to zatem jakby okrzyk w przestrzeni i nawet w języku potocznym, w wulgarnych recenzjach dziennikarskich prawimy o „harmonjach“ barw, o „tonach“ obrazu, o „akordach“ kolorystycznych. Jesteśmy, mówiąc tak, bliżsi prawdy, niż nam się zdaje, i dziś już każdy początkujący student w pracowni fizycznej mierzy zapomocą prostego przyrządu, z dokładnością do miljonowej części milimetra, długość fali świetlnej.
Te fale są czemś tak powszedniem i banalnem, że proponowano je nawet — zamiast łokcia czy metra — jako oficjalną jednostkę miary. Rzeczywiście też, słynny Michelson, o którym będzie mowa przy innej okazji, jeden z największych wirtuozów fizyki doświadczalnej, Paganini nauk ścisłych, wykonał lat temu kilkanaście zdumiewający majstersztyk w paryskiem „Bureau des poids et mesures“: wymierzył z największą dokładnością metr czerwonemi falami świetlnemi, znalazł, że przypada ich dwa miljony na długość pręta metrowego. Właściwy rezultat Michelsona był jednym z najściślejszych, najskrupulatniejszych pomiarów, jakiemi fizyka wogóle — we wszystkich dziedzinach — poszczycić się może, i za ten pomiar (do którego musiał budować specjalne, genjalnie proste i pomysłowe przyrządy), fizyk amerykański otrzymał nagrodę Nobla.
Z tych kilku słów widać, jak dokładnie fale świetlne znamy. Nasza całkowita wiedza o nich wypełniłaby zresztą kilka tomów, a jednak — na najprostsze pytanie odpowiedzieć nie możemy: w jakiem środowisku te fale biegną? co jest dla nich owym stawem czy powietrzem? jaka to substancja wypełnia świat i zalega przestrzeń między gwiazdą świecącą i okiem, które ją obserwuje?...
Wymyślono wreszcie eter świetlny — poprostu poto, żeby uśpić sumienie — kazano tej cieczy hipotetycznej fale świetlne i elektryczne przenosić, i to ze zdumiewającą, jedyną w przyrodzie, szybkością 300 tysięcy kilometrów na sekundę!
Dotarliśmy tu niepostrzeżenie do jednego z najciekawszych w nauce ludzkiej faktów; światło ma, jak to już odkrył astronom Römer w wieku XVII-ym, pewną szybkość określoną. Legjony powieściopisarzy i fantastów — od genjalnego Wellsa do Flammariona — próbują napróżno wyczerpać cały bezmiar możliwości, jaki się w tem pozornie prostem spostrzeżeniu zawiera. Światło ma szybkość określoną! Znaczy to poprostu, że kiedy wieczorem patrzę na niebo, widzę na niem gwiazdy, które już może od wieków wygasły. Znaczy dalej, że to, co teraz robię, będzie się jako możliwa wizja wzrokowa błąkało po wszechświecie przez wiek, i ktoś na odległym globie mógłby jeszcze za lat sto — skonstruowawszy odpowiedni aparat — zobaczyć mnie, jak zgarbiony nad kartą papieru piszę tutaj o Einsteinie! Giordano Bruno został spalony na stosie — między innemi herezjami też i za taką: ponieważ istnieje mnóstwo nieprzeliczone światów i globów — rozumował — może więc tam w dalekiej przestrzeni wałęsa się ziemia, zupełnie podobna do naszej, może są na niej ludzie, zupełnie do nas podobni, a nawet w tej samej chwili robią zupełnie to samo, co i my — żyją poprostu, jak nasze odbicie w lustrze... Bardzo piękny epilog moglibyśmy teraz dodać do tej bajki: Jeżeli glob ów — dokładna kopja naszej ziemi — jest dość od nas daleki, światło stamtąd wędrować będzie ku nam przez wieki i dziesięciolecia. Jest tedy rzeczą — myślowo przynajmniej — zupełnie możliwą, że, zbudowawszy odpowiednie przyrządy optyczne, zobaczymy przez teleskop ślub naszego pra-pradziada z pra-prababką, Napoleona, jak walczy pod piramidami, albo Juljusza Cezara na przyjęciu u Kleopatry. W założeniu, że oba światy pędzą ku sobie — udałoby się nam nawet ujrzeć w pięknym a pouczającym skrócie całą historję powszechną.
Już z tych olśniewających i nieszkodliwych chyba fantasmogoryj — które nb. nic jeszcze wspólnego z teorją względności nie mają — wynika, że jakiś tajemny związek między światłem i czasem istnieje. Poczynamy potrosze rozumieć, dlaczego na tej drodze właśnie — to znaczy przy dokładnem i coraz dokładniejszem badaniu prędkości światła — doszliśmy wreszcie do — analizy naszego pojęcia o Czasie.
Bo zaznaczyć należy, iż optyka od epoki Römera udoskonaliła świetnie przyrządy i metody. Prędkość światła nauczyliśmy się mierzyć w sali laboratorjum — nie uciekając się do obserwacyj astronomicznych — i znów najdokładniejszy pomiar tej prędkości zawdzięczamy fizykowi amerykańskiemu, Michelsonowi. To nazwisko spotykamy często w fizyce współczesnej — przez dziwne zrządzenie losu jednak najbardziej wsławiły Michelsona nie te liczne zdumiewające doświadczenia, które mu się udały tak znakomicie i dały wynik pozytywny, ale to jedno najśmielsze, prometejskie, które mu się nie udało i które dało wynik negatywny!
Historja t. zw. „nieudanego eksperymentu“ — doprawdy ciekawsza od dziejów wielu nudnych wojen i epok jałowych — podana jest dość szczegółowo w licznych broszurkach i rozprawkach.
Przypomnijmy raz jeszcze, o co chodzi.
W dziedzinie nauk ścisłych genjusz odkrywcy (cytuję tu słowa wybitnego uczonego) to poprostu umiejętność stawiania pytań Naturze. Ale — rzecz dziwna — ów eter świetlny, o którym mówiliśmy wyżej, na wszystkie, najlepiej zredagowane pytania odpowiadał zawile i dwuznacznie. Było to jakieś enfant terrible fizyki. Przenikał ciała stałe — jakżeby inaczej fale świetlne przez szkło przejść mogły? — a był twardszy od stali (tak go sobie przynajmniej przez długie lata wyobrażano).
Nawet na najprostszą — zdawałoby się — kwestję: czy się porusza razem z ciałami, które wypełnia, to znaczy, czy np. obracająca się płyta szklana, która pewną porcję tej dziwnej substancji zawierać musi, porywa ją z sobą w ruch obrotowy, czy nie — dopiero po długich, uciążliwych doświadczeniach dał odpowiedź: Nie. Fizyk francuski, Fizeau, wiele się napracować musiał, budował aparaty specjalne, mierzył prędkość promień świetlnych w wodzie ruchomej, nim wreszcie owo krótkie nie na eterze wymógł. Eter w ciałach zawarty — od pewnych drobnych poprawek abstrahując — w ich ruchu naogół udziału nie bierze, przelewa się przez nie jak woda przez sito, jest nieruchomy. Stwierdziła to zresztą również pewna bardzo ciekawa obserwacja astronomiczna: tak zwanej aberacji światła, idącego ku nam od gwiazd dalekich, nie moglibyśmy sobie wyobrazić inaczej, jak tylko zakładając, że istnieje pewna nieruchoma ciecz, w której my, razem z naszemi teleskopami, jak „duchy“ na ekranie kinematograficznym się przesuwamy, nie wywołując żadnych w eterze zaburzeń.
Tu jest punkt wyjścia najgenjalniejszego z doświadczeń Michelsona.
Jeżeli ziemia nasza doprawdy jest jakąś widmową łodzią podwodną w morzu eterowem, to możemy już dzisiaj taki przyrząd zbudować, który nam wskaże, w jakim kierunku, dokąd i z jaką prędkością w tym oceanie płyniemy, ku jakim celom zmierzamy. Określimy ruch naszego globu — nie w stosunku do słońca czy gwiazd — ale wyznaczymy jego kierunek absolutny, niezależny od tych tam przypadkowych punktów świecących, znajdziemy naszą drogę istotną, prawdziwą, wiekuistą, naszą rzeczywistą orbitę w przestrzeni.
Przyrząd Michelsona — jego pomysł i wykonanie — jest najpiękniejszym pomnikiem kultury dzisiejszej i gdyby tak nagle — wskutek jakiejś katastrofy — glob ten opuścić trzeba było i przenieść się na inny, starszy i mądrzejszy, powinniśmy stanowczo fotografję tego aparatu zabrać z sobą. Będzie nam lepszym glejtem, da lepsze świadectwo o naszej inteligencji, niż kamienne kolumny i spiżowe odlewy licznych jenerałów.
Na czem właściwie owo doświadczenie Michelsona polegało?
Wyobraźmy sobie, że płyniemy po spokojnej powierzchni oceanu na dużym statku żaglowym. Jeden z pasażerów — fizyk — ma pewne wątpliwości, czy statek wogóle się porusza, czy też tkwi nieruchomo w miejscu. Jak tę sprawę rozstrzygnąć?
Wśród wielu sposobów, jakie tu zastosować można, jest i taki, praktycznie trochę trudny, ale teoretycznie zupełnie nienaganny. Fizyk wymierza ściśle środek statku, staje na połowie drogi między początkiem a końcem (dziobem i sterem) i rzuca przez burtę kamień do wody. Na powierzchni wody powstają kręgi — koła spółśrodkowe, które po pewnym czasie dojdą aż do końca statku. Jeżeli statek jest nieruchomy na wodzie, to samo koło — dajmy na to setne — albo, inaczej mówiąc, ta sama fala — setna — dotrze jednocześnie do dziobu i do steru. Jeżeli się natomiast ów okręt porusza — spostrzeżemy pewną asymetrię — dla tej prostej przyczyny, że podczas kiedy kręgi wodne od miejsca, gdzie wpadł kamień, biegły we wszystkie strony — statek, a więc i jego środek, posunęły się nieco naprzód. Jednocześnie zatem dojrzymy np. sto dziesiątą falę przy dziobie i dziewięćdziesiątą przy sterze.
I tu jest treść istotna doświadczeń Michelsonowskich.
Fizyk amerykański zupełnie analogiczny pomiar wykonał: rzucał — mówiąc symbolicznie — z ziemi kamienie w morze eteru, wywoływał fale świetlne i badał, które z nich jednocześnie na końcach dobrze wymierzonego statku dojrzy. Rezultat był, jak wiadomo, oszałamiający. Eter jest nieruchomy — to wiemy. Ziemia jest w przestrzeni aż zanadto ruchliwa, obraca się koło osi, zatacza elipsę naokoło słońca, biegnie razem z całym układem planetarnym ku pewnej konstelacji — to również wiemy. A jednak — latem czy zimą, o każdej porze dnia i roku pomiar Michelsona dawał ten sam wynik, przedstawiony na rysunku 1-ym! (Rys. 1, 1.). Fale eteru układały się symetrycznie naokoło naszego „ziemskiego okrętu”!
Jak z tego dylematu wybrnąć! Mamy pewność, że w eterze płyniemy, a jednak — najznakomitszy z naszych fizyków, Michelson, widzi jednocześnie tę samą falę u steru i u dzioba statku, zupełnie, jakgdybyśmy byli nieruchomi? Cóż więc — stoimy w miejscu czy jedziemy? Cały gmach najściślejszej z nauk ścisłych — fizyki — chwiać się począł. I dopiero genjalna intuicja młodego matematyka, skromnego wtedy docenta w Zurychu, Alberta Einsteina, znalazła wyjście z tych zawikłań.
Ktoby przypuszczał, że jądro wszystkich nieporozumień tkwi w prostem słówku „jednocześnie“! Ktoby przypuszczał, że analiza tego pojęcia wyprowadzi naukę z labiryntu zagadek i da nam jedną z najpiękniejszych teoryj fizycznych?
Wyjaśnienie całej sprawy — które należałoby odłożyć do rozdziału następnego — nie jest ani tak djabelnie trudne, ani tak dla laików niedostępne, jak się ludziom naogół zdaje. Spróbujmy je zawrzeć w kilku słowach.
Dopóki fizyk ciska kamienie ze zwykłego żaglowca na powierzchnię realnej wody — może ruch statku skonstatować. Ma bowiem w odwodzie — Światło, które biegnie z szybkością niepomiernie większą od prędkości wszystkich żółwich ruchów na ziemi i wskazuje z zupełną oczywistością, co jest jednoczesne, a co nie.
Ale kiedy tę samą metodę przenosimy i to samo rozumowanie stosujemy w eksperymencie Michelsonowskim — popełniamy mimowoli pewien błąd logiczny, powstaje nagle pewien circulus vitiosus. Chcemy stwierdzić, które fale świetlne jednocześnie do pewnych punktów dotrą, ale cóż nam świadectwo tej jednoczesności daje? Znów światło czyli fale świetlne!
Pomówimy zresztą o tem obszerniej, bo w tem się właściwie cała teorja einsteinowska streszcza. Teraz przypomnijmy jeszcze, że nietylko doświadczenia Michelsona, ale i słynne obserwacje astronomiczne de Sittera stwierdzają ten sam fakt dziwny: Bez względu na to, w jakich warunkach obserwujemy — z mniej lub więcej ruchomej platformy — dla prędkości światła znajdujemy zawsze tę samą wielkość stałą — 300 tysięcy kilometrów na sekundę. Innemi słowy, czy będziemy biegli za falą świetlną, czy też od niej się oddalali — fala ta ucieka przed nami zawsze z jedną i tą samą chyżością.
Znowu paradoks, którego fizyka dotychczasowa objaśnić nie umie. Rzeczywiście bowiem — wszystkie nasze doświadczenia — i t. zw. zdrowe zmysły — wskazują, że jeżeli pocznę biec za pociągiem, pociąg ten wolniej się będzie oddalał ode mnie, niż gdybym stał w miejscu, jego prędkość będzie dla mnie mniejsza. Dlaczegóż dla światła jest niezmiennie ta sama — we wszystkich możliwych wypadkach?
Jest to inna forma tej samej szarady, którą już raz próbowaliśmy rozwiązać. Odsuńmy rozwiązanie do następnego rozdziału. Jedno jest już teraz chyba jasne:
Teorja Einsteina powstała nietylko „dla zabicia czasu“, nagle i bez powodu. Szereg ścisłych i pięknych obserwacyj (Michelson i Morley, de Sitter) zmusił do pewnej pracy myślowej, pewnej rewizji naszych pojęć. Że z tych rozważań wyłonił się nowy światopogląd fizykalny, nowa synteza, że idąc za żyłą złota natrafiliśmy na całą kopalnię kruszcu — to już wyłączna zasługa Einsteina.
Zauważmy wreszcie, że w historji fizyki pewne zjawisko powtarza się stale. Uczeni biorą sobie z języka potocznego jakiś wyraz czy pojęcie i obracają niemi aż do chwili, kiedy logika, fakty, ścisłość pomiarów nie zmuszą ich wreszcie do definicyj jaśniejszych, jednoznacznych, matematycznych. Wyobrażenia mgliste i nieuchwytne ustępują miejsca pojęciom i wyrazom algebraicznym. „Praca“ jest już oddawna czem innem w fizyce, a czem innem w życiu codziennem, tak samo „siła“, „prawo“, „energja“. Rozwój nauki doprowadził wreszcie do nowej rewolucji — przyszła kreska i na ów nieuchwytny Czas, o którym mówimy wszyscy, nie wypełniając tego dźwięku jakąś treścią określoną.
