Praha pomohla Einsteinovi k teorii relativity. Jak?

- Vesmír autor: red

Speciální teorie relativity sice "pochází" z Bernu, bez Prahy by ale možná vůbec nebyla. Právě v české metropoli se totiž jejímu autorovi, slavnému fyzikovi Albertu Einsteinovi, srovnaly myšlenky.

Einstein je tak legendární osobností, že se o něm píšou i divadelní hry

Einstein je tak legendární osobností, že se o něm píšou i divadelní hry,zdroj: Profimedia.cz

Teorie relativity je vlastně souborem dvou fyzikálních teorií. Nejdříve Einstein publikoval v roce 1905 takzvanou speciální teorii relativity, na kterou navázal o deset let později obecnou teorií relativity.

Podle jeho slov se mu obecná teorie relativity "stala jasnější" za pobytu v Praze. Einstein předložil konečnou verzi gravitačního zákona, známého jako obecná teorie relativity, na zasedání Pruské akademie věd v listopadu 1915 a celou ji publikoval před 100 lety, 20. března 1916, v německém časopise Annalen der Physik. Bylo mu 37 let.

"Speciální teorie relativity vznikla v Bernu. Počátky obecné teorie relativity rovněž v Bernu. Jasnější se mi však stala teprve v Praze a v Curychu. Do konce jsem ji dovedl až v Berlíně," řekl k tomu později Einstein, který v Praze strávil v letech 1911-1912 celkem 18 měsíců vyučováním na německé univerzitě.

Bez obecné teorie relativity by dnes lidstvo nemělo GPS, družice či satelity, díky ní se například zjistilo, jak vesmír vůbec vznikl a co to je gravitace. Teorie také předpověděla existenci červích a černých děr, ohyb světla v důsledku gravitace a rozpínání vesmíru.

Letos v únoru vzbudila pozornost zpráva amerických vědců, že poprvé zachytili takzvané gravitační vlny, jejichž existenci právě v rámci své teorie relativity předpověděl Einstein. První pozorování těchto vln křivosti časoprostoru se odehrálo v září 2015 na obřím americkém laserovém detektoru LIGO. Einstein již za svého života pochyboval, že se vědcům kdy podaří zachytit gravitační vlny, ve 30. letech 20. století dokonce údajně pochyboval, zda vůbec existují.

Obecná teorii relativity vychází z toho, že považuje za ekvivalentní všechny pozorovatele a pro všechny platí stejné zákony obecné relativity, i když je jejich pohyb se zrychlením. Gravitace tady nepůsobí jako síla, ale jako důsledek zakřivení časoprostoru. Je to geometrická teorie předpokládající, že přítomnost hmoty zakřivuje časoprostor.

Pro mnohé nepochopitelnou teorii se pokusil Einstein vysvětlit: "Dříve si lidé mysleli, že když ze světa zmizí všechny věci, zůstane na něm ještě prostor a čas. Podle teorie relativity však s těmito věcmi zmizí prostor, i čas."

Tato teorie zakřivení časoprostoru se často ilustruje házením melounů do natažených prostěradel nebo se přirovnává k pružnému gumovému povrchu, na němž jsou koule různé hmotnosti. Pod každou z nich se povrch prohne - čím je těžší, tím víc. A tak se malá koule skutálí k velké, nebo kolem ní může nějaký čas kroužit, pokud nabere správný směr a rychlost.

Od zveřejnění se uskutečnily tisíce pokusů, které měly teorii vyvrátit, ale ta se vždy ukázala být "relativně" pevná. Přesto v ní jsou "slabší" místa. Poté, co se ukázalo, že se vesmír rozpíná, sám Einstein označil svoji takzvanou kosmologickou konstantu za omyl.

Britský astrofyzik Arthur Eddington se poté rozhodl, že Einsteinovu teorii experimentálně ověří. Pokud je pravdivá, pak se v blízkosti hmotných objektů ohýbá světlo. Jediný způsob, jak to zjistit, bylo pořídit několik fotografií noční oblohy a porovnat je s polohou hvězd ve dne.

To bylo možné pouze během zatmění Slunce, takže Eddington musel čekat až do května 1919, kdy vypravil dvě expedice, jednu na africký ostrov Principe v Guinejském zálivu, druhou na opačný břeh Atlantiku, do Sobralu v Brazílii. Výsledky byly šokující: hvězdy se skutečně "posunuly" a to přesně podle Einsteinovy předpovědi.

Einstein se stal spolu s komikem Charliem Chaplinem ze dne na den celosvětovou celebritou. Chaplin mu jednou řekl: "Na mě se všichni chodí dívat, protože mi každý rozumí, kdežto na vás se chodí dívat, protože vám nerozumí nikdo."

Speciální teorii relativity Einstein uveřejnil v německém odborném časopise Annalen der Physik v září 1905 v článku K elektrodynamice pohybujících se těles. Tato teorie se základním východiskem konstantní rychlosti světla zcela rozmetala dosavadní představy o vztazích mezi prostorem a časem a mezi hmotou a energií a zahájila relativistickou epochu fyziky trvající dodnes. Einstein například formuloval jednotný čtyřrozměrný časoprostor a zavedl do fyziky pojmy jako dilatace času, kontrakce délek či relativnost současnosti.

Ihned po zveřejnění této první teorie relativity si ale Einstein uvědomil její nedostatky (neříkala kupříkladu nic o gravitaci ani o zrychlení) a začal pracovat na mnohem dokonalejší teorii - obecné teorii.

Při vykládání nesnadné Einsteinovy teorie relativity si učitelé vypomáhají různými příklady. Mezi nejznámější patří takzvaný paradox dvojčat. Jedno z dvojčat zůstane na Zemi a druhé odletí raketou ke hvězdám. Vesmírná loď se přiblíží rychlosti světla, po čase se vrátí na zeměkouli. Zatímco astronaut mezitím zestárl jen o málo, z jeho dvojčete, které zůstalo na Zemi, je stařec.

Později byly teorie relativity a některé její důsledky znovu ověřeny s vysokou přesností díky rádiové astronomii a s využitím zvláštních objektů ve vesmíru zvaných pulzary, což jsou nesmírně rychle rotující, obrovsky husté a hmotné neutronové hvězdy, které vysílající rádiové záření s periodou pulzů od tisícin sekundy do několika sekund.

Tagy: teorie relativity fyzika

Zdroje: ČTK