W dniu 2018-04-18 o 10:58, Tornad pisze:
> Pytanie i odpowiedz na nie, które znalazłem na swojej poczcie. Przedkladam w tłumaczeniu przez Googla. Przydlugawy ale ciekawy artykul szkoleniowy.
>
> [...]
>
> Czy nie prościej i zgodnie z obserwacjami nie byłoby napisac, ze ta predkosc
> swiatla jest stala w próżni, ale co najważniejsze, ze w odniesieniu do tej
> próżni? A każdy obserwator 'musi' jej wartość zmierzyć jako rowna c+-v, gdzie
> v jest jego predkoscia wlasna, również okreslana w stosunku do tejze próżni?
Tornad - po raz tysięczny zauważę, że próżnia to "nic". Jak Ty chcesz
wyznaczać prędkość względem "niczego"? Jakim cudem "nic" może mieć
jakiekolwiek parametry fizyczne? Jakim cudem "nic" jest w stanie
przenosić olbrzymie energie promieniowania świetlnego?
Odważ się w końcu i przyznaj, że nie chodzi Ci o jakieś "nic", tylko
ośrodek, substancję czy medium - jakiś konkretny, fizyczny byt, w którym
światło się propaguje oraz względem którego światło się propaguje.
Dawno temu ten ośrodek był nazywany eterem, ale jeśli ta nazwa Ci
się nie podoba, określ ją jak chcesz, ale nie bełkocz o próżni.
Niech Ciebie nie deprymuje fakt, że ten ośrodek jest doskonale
przejrzysty i bezstratny, zarówno dla fal elektromagnetycznych (fotonów)
jak i dla wszystkich innych cząstek elementarnych (elektronów, kwarków)
czy mniej elementarnych (protonów, neutronów) - a więc w ostateczności
przenikliwy dla obiektów materialnych. Może on być miliony razy twardszy
od diamentu i masywniejszy od materii gwiazdy neutronowej - i nadal być
dla nas absolutnie niedostrzegalny. Tak jak niedostrzegalna bywa tafla
czystych, szklanych drzwi, na których nieuważni delikwenci rozbijają
niekiedy nosy. Na nasze szczęście i nieszczęście nie rozbijamy nosów
o eter, "wtapiamy się" i przenikamy przez niego gładko i niezauważalnie.
Obserwując w kosmosie odległe obiekty wydaje się nam, że pomiędzy nimi
nic nie ma, co najwyżej trochę pyłu czy kilka atomów w centymetrze
sześciennym pustki. Ale to jest największe złudzenie i największe
nieporozumienie w dziejach świata. Ciebie chyba ono też dotyczy, skoro
ową zajebiście masywną, sztywną i wytrzymałą "osnowę" naszej fizycznej
rzeczywistości nazywasz próżnią.
Koncepcja, którą właśnie przedstawiłem, nie jest niczym oryginalnym.
XIX-wieczni fizycy dość dokładnie ją badali, głównie teoretycznie.
Wymyślili sobie sztywny eter, w którym - jak fale mechaniczne
(dźwiękowe) w sprężystym ośrodku materialnym - propagują się fale
światła (albo dowolne inne fale, później nazwane elektromagnetycznymi).
Gdy przyszło do konkretów oraz prób "namierzenia" owego eteru, nastąpiła
ogromna konsternacja.
Wydawało się oczywiste, że w takim modelu propagacji światła jego
prędkość będzie inna dla obserwatorów "goniących" światło, a inna
dla obserwatorów "uciekających" od światła. Skądinąd wiadomym było,
że Ziemia w ruchu po orbicie wokół Słońca porusza się z prędkością
około 30 km/s, wystarczyło więc zmierzyć prędkość światła raz "do
przodu" w tym ruchu orbitalnym, a raz "do tyłu", aby przynajmniej
jakąś różnicę zauważyć. Tak przynajmniej kombinował Michelson i
Morley w jednym z najdonioślejszych eksperymentów w historii fizyki:
https://pl.wikipedia.org/wiki/Do%C5%9Bwiadczenie_Michelsona-Morleya
Polecam ten artykuł Twojej uwadze, polecam go również Szczepanowi.
Okazało się, że zbudowany interferometr, obracany w różne strony,
nie wykrył zmian prędkości światła. Cytuję:
"Wynik doświadczenia był zdumiewający dla ówczesnych fizyków,
powszechnie wątpiono w prawdziwość i dokładność pomiaru."
Ty do dzisiaj w to wątpisz, pomimo tego, że budowano coraz dokładniejsze
przyrządy i powtarzano doświadczenia przez kolejne lata. Natomiast
kolega Szczepan nie wątpi w te doświadczenia, gdyż wierzy w to, że eter
krąży razem z planetami wokół Słońca. Ale tak być nie może:
"Wynik eksperymentu próbowano wyjaśnić założeniem, że eter w pobliżu
Ziemi jest przez nią unoszony, w efekcie czego – nieruchomy względem
niej, podczas gdy dalej od niej pozostaje ruchomy. Jednak takie
zachowanie eteru powinno spowodować charakterystyczne krążenie gwiazd
widzianych z Ziemi po elipsach, czego nie obserwuje się."
Rozumiesz, Szczepanie? Odległe gwiazdy stoją "jak drut" na swoich
pozycjach, więc koncepcja eteru unoszonego z Ziemią upadła i została
na zawsze pogrzebana. Nigdy więcej nie wyciągaj już tego truchła spod
ziemi, bo się tylko smród rozchodzi dookoła!
Zatem nie tylko Einsteina bolała głowa z powodu "nieudanych" doświadczeń
typu M-M. On, w przeciwieństwie do Ciebie, kolego Tornado, miał zaufanie
do fizyków doświadczalników, nie wyzywał ich od pętaków i nieudaczników,
nie kombinował, jak poprawić wyniki eksperymentów czy "podciągnąć" pod
z góry założoną tezę. Bo wbrew temu, co fałszywie od dawna rozgłaszasz,
on nie wyssał sobie z palca założenia o stałości prędkości światła
w próżni względem każdego obserwatora. Takie po prostu dostał wyniki
doświadczeń, które zgromadzono, zanim wręcz zaczął myśleć o swojej
teorii.
Zauważ: gdy Michelson wykonał swoje pierwsze doświadczenie, Albercik
miał raptem dwa lata, a późniejsze, dokładniejsze pomiary "M-M"
wykonano, gdy miał lat osiem. Do czasu, gdy podrósł i zaczął
poważnie nad sprawą się zastanawiać, takich czy innych doświadczeń
wykonano (tu)multum, więc byłby chyba szaleńcem (jakim Ty za wszelką
cenę starasz się zostać), aby wątpić w rzetelność wyników tych
doświadczeń.
Znasz taki żarcik o skuteczności psychoterapii? Był pewien gość, który
się moczył. Bardzo mu to przeszkadzało, więc wybrał się na terapię.
Po jakimś czasie przyjaciel, któremu się zwierzył ze swoich kłopotów,
zapytał go, czy leczenie dało jakiś efekt. Ten mu odpowiedział: "Co
prawda nadal się moczę, ale teraz jestem z tego dumny!"
Podobnie stało się z Einsteinem. Ambarasujące wyniki doświadczeń przekuł
na jeden z centralnych postulatów szczególnej teorii względności.
Dał się przy tym omamić diabelskim podszeptom matematołków z ich
geometrycznymi koncepcjami czterowymiarowej czasoprzestrzeni, najpierw
liniowej (w STW), a potem powyginanej i zdeformowanej (w OTW). Jakimś
cudem to wszystko działa, przynajmniej w zakresie znikomych odkształceń
czasoprzestrzennych (z jakimi mamy do czynienia w najbliższej nam
okolicy Układu Słonecznego), czyli w obszarach z niewielkimi
potencjałami pól grawitacyjnych.
Biadolisz tak i biadolisz nad postulatem stałości prędkości światła,
ale to jest doprawdy mały pikuś, z którym sensowna teoria eteru radzi
sobie doskonale (Ty masz w głowie spapraną teorię eteru, więc sobie
z tym nie radzisz). Prawdziwą natomiast katastrofą teorii względności
jest inny jej postulat - ten mówiący o braku wyróżnionego układu
odniesienia. Na mocy tego postulatu eter - będący przecież wyróżnionym
układem odniesienia - musiał zniknąć.
A ja się uprzejmie zapytam, czym są w takim razie na przykład struny
w teorii strun? Czy te gęsto splątane, jednowymiarowe obiekty nie tworzą
przypadkiem czegoś w rodzaju wyróżnionego układu? Określony rodzaj
oscylacji takiej struny objawia się nam jako elektron, a jeśli struna
nie jest do drgań pobudzona, wtedy elektronu nie ma. Niczego nie ma -
więc jest tylko próżnia. Ale "pod spodem" próżni coś jednak jest,
i to coś całkiem nielichego. Gdyby porównać pusty obszar z obszarem
częściowo (lub wręcz całkowicie) zapełnionym materią, to "z zewnątrz"
te obszary niewiele by się od siebie różniły (jeden składałby się
z kłębowiska strun, drugi też z kłębowiska strun, trochę tylko
rozedrganych).
Zmierzam do tego, że z jednej strony wyrzuca się na śmietnik koncepcję
eteru jako "bazy" rzeczywistości, a z drugiej strony wyciąga się ją
z tego śmietnika, oczywiście pod inną nazwą, taką "nieskompromitowaną".
Jakoś trudno ludziom się rozstać z tak wdzięczną ideą, która kiedyś
na dobre zatriumfuje.
I tym optymistycznym akcentem zakończyłbym swój wpis i popis, ale
wrócę na chwilę do Twoich pomiarów prędkości światła. Względem czego
one są robione? Jeśli rozstawiasz jakąkolwiek aparaturę pomiarową
w laboratorium, to w oczywisty sposób prędkość światła mierzysz
względem rozstawionej aparatury. Nie mierzysz jej względem obserwatora,
gdyż ten może "latać" między przyrządami jak kot z pęcherzem. Nie
mierzysz jej względem próżni - bo gdzie jest ta próżnia? Jaki masz dowód
na to, że Twoja aparatura pomiarowa stoi względem tej próżni albo
przynajmniej porusza się z określoną prędkością w określonym kierunku?
Jeśli coś bełkoczesz o prędkości względem próżni, to musisz ją wręcz
pokazać palcem lub w wiarygodny sposób wykazać jej istnienie. Ale
przecież próżnia to nic, czyli coś, co niemal z definicji nie istnieje.
Zupełnie inna rozmowa będzie, gdy zapostulujemy istnienie "nośnika"
światła, które tylko przejściowo (od blisko 140 lat) jest nieuchwytne.
Na razie nie możemy "wbić szpilki" w eter ani narysować na nim jakiegoś
znaku, możemy jednak sobie wyobrażać jego istnienie i zgadywać, jak
jego obecność (i ewentualny ruch) wpływa na nasze pomiary.
Okazuje się, że może nam nieźle namącić w głowie. Skup się teraz
i wysil przez moment, przedstawię pewien eksperyment myślowy,
który był już jakiś czas temu opisany, ale na pewno nie zwróciłeś
na niego uwagi (a być może nawet nie przeczytałeś).
Będziemy mierzyć prędkość światła - tak wprost, jednokierunkowo.
Weźmy 10-metrową szynę stalową, a na jej końcach ustawimy dwie
szybkie fotokomórki. Na przedłużeniu ich osi optycznych znajduje
się laser impulsowy (femtosekundowy). Dokładnie w środku (dlaczego
dokładnie - zaraz wyjaśnię) szyny metalowej (5 metrów od jednej
fotokomórki i 5 metrów od drugiej fotokomórki) znajduje się licznik
tykający z częstotliwością 10 THz, który zaczyna liczyć od zera,
gdy zadziała pierwsza fotokomórka, a zatrzymuje liczenie, gdy
zadziała druga fotokomórka.
W jaki sposób impulsy z fotokomórki docierają do licznika? Umówmy
się, że te sygnały będziemy przekazywać impulsem światła, bo jest
to najszybszy nośnik informacji. Ale i tak trzeba zadbać o to,
aby drogi optyczne od fotokomórek do licznika były identyczne,
więc stąd wynika dokładność pozycjonowania licznika w połowie
dystansu. W zasadzie nie muszą to być jakieś wymyślne fotokomórki.
Skoro wszystko opiera się na impulsach światła, zamiast fotokomórek
mogą być lusterka (pół)przepuszczalne.
Po strzale lasera impuls świetlny wyzwala pierwszą fotokomórkę, a
za jakiś czas drugą fotokomórkę (albo odbijana jest część światła
z pierwszego lusterka i część światła z drugiego). Licznik zlicza -
i nalicza wartość: 333564 impulsy.
Załóżmy, że w tym doświadczeniu układ pomiarowy był nieruchomy
względem eteru. A gdybyśmy teraz cały ten układ rozpędzili do
prędkości 30 km/s, z laserem "z tyłu"? Względem 300000 km/s jest
to 0,01% (jedna dziesięciotysięczna), więc można spodziewać się,
że czas przelotu impulsu światła między fotokomórkami (czy lusterkami)
będzie w tej samej proporcji dłuższy. Powinniśmy więc naliczyć
o 33 impulsy więcej niż poprzednio.
Okaże się jednak, że wynik będzie identyczny. Nie chodzi wcale
o jakiekolwiek dylatacje geometryczne czy czasowe, okazuje się
po prostu, że impuls światła z pierwszej fotokomórki leci dłużej
("pod prąd" eteru), za to z drugiej fotokomórki krócej ("z prądem"
eteru). Dokładne rachunki pokazują, że wszystko się elegancko
skompensuje, i niezależnie od kierunku ruchu czy prędkości (do
tych kilkudziesięciu kilometrów na sekundę) wynik zawsze będzie
taki sam.
Zachęcam, abyś w wolnej chwili narysował to sobie na dużej kartce
i policzył czasy przelotu impulsów światła w różnych sytuacjach
(stojąc względem eteru, lecąc "od lasera" czy "do lasera" - a nawet
w bok). Możesz też testowo zastosować transformaty Lorentza albo
ich nie robić, w tym przypadku one naprawdę nie mają najmniejszego
znaczenia.
Oczywiście nigdzie nie trzeba latać z taką prędkością, wystarczy
pozostać na Ziemi i robić pomiary kilka razy na dobę. To wystarczy,
aby mieć rozrzut "wiatru eteru" o te 30 km/s w każdą możliwą
stronę (a tak naprawdę jest to rząd +/-300 km/s), co jednak pozostanie
bez wpływu na wyniki. Zatem i ten pomiar prędkości światła nie jest
w stanie wykazać naszej prędkości względem hipotetycznego medium
światła.
A jak faktycznie ten eter namierzyć, już kiedyś napisałem. Kłopot
jest jednak taki, że w tym eksperymencie trzeba rozpędzić równolegle
dwie gwiazdy, z których jedna ma zamiar zapaść się do stadium
czarnodziuropodobnego. Na taki eksperyment chwilowo brakuje
funduszy.
--
Sławek