Martins GARDNERS: RELATIVITĀTES TEORIJA VISIEM

Apskatīsim vēl vienu iedomātu eksperimentu. ^Pie­ņemsim, ka viss kosmosā kādā momentā.sāk kustēties

vai nu lēnāk, vai ātrāk, vai arī vispār apstājas uz vai­rākiem miljoniem gadu, bet pēc tam atkal sāk kustēties. Vai šīs izmaiņas varētu novērot? Nē, tas nebutu iespējams tātad laiks tāpat kā attālums telpā, ir relatīvs.

Līdzīgi relatīvi ir arī daudzi citi jēdzieni, kurus lieto ikdienas dzīvē. Tā, piemēram, jēdzieni augša un apakša. Iepriekšējos gadsimtos ļaudīm bija grūti saprast, kapec cilvēkam, kas atrodas Zemeslodes otrā puse, nesatek visas asinis galvā, jo viņš taču atrodas ar galvu uz leju. Arī tagad to nesaprot bērni, uzzinot, ka Zeme ir apaļa.

Ja nosacīti pieņemtu, ka Zemeslode ir caurspīdīga stikla lode, tad, skatoties ar tālskatu tai cauri, Zemes

otra puse mes tiešām arī redzētu ļaudis ar galvu uz leju. Tā tas mums liktos attiecībā pret mūsu stāvokli. Gluži tapat — ar galvu uz leju mēs liktos savukārt viņiem. Tas nozīme, ka uz Zemes virziens augša ir jāattiecina, ievērojot virzienu no Zemes centra, bet apakša — uz

Zemes centru. Starpzvaigžņu telpā nav absolūtu aug­šas un apakšas jēdzienu, jo tur nav planētas, kuru va­rētu uzskatīt par atskaites sistēmu.

Iedomāsimies, ka Saules sistēmā kustas kosmiskais kuģis, kam ir milzīgas barankas veids. Tam rotējot, dar­bojas centrbēdzes spēki, kas rada mākslīgu gravitāci­jas lauku. Šādā kosmiskā kuģī kosmonauti var stai­gāt pa milzīgās barankas ārējās sienas iekšpusi kā pa grīdu, jo pie tās viņus piespiedīs centrbēdzes spēki. Tāpēc viņiem jēdziens apakša ir virzienā tālāk no cen­tra, bet augša — tuvāk centram, kas ir pilnīgi pretēji kā cilvēkiem uz rotējošas planētas.

Tādā veidā mēs redzam, ka Visumā nav absolūtas augšas un apakšas. Mums šie jēdzieni ir veidojušies,

dzinājumā ar šādiem zinātniekiem, jo jūsu smadzenēs vēl nav izveidojušās tās dziļās rievas, pa kurām parasti virza uz priekšu domu. Un tomēr, lai kāds ari būtu jūsu vecums, ja tikai jūs gribat vingrināt savu prātu, tad šajā jaunajā, īpatnējā relativitātes pasaulē jūs bū­siet kā savās mājās.

ievērojot gravitācijas lauka virzienu. Bezjēdzīgi būtu domāt, ka laikā, kamēr mēs guļam, Visums apgrie­žas otrādi, jo nav nekā, ko varētu pieņemt par atskai­tes sistēmu, pret kuru tad varētu noteikt Visuma stā­vokli.

Kā piemēru relatīvai objekta izmaiņai varam apska­tīt arī priekšmeta attēlu spogulī. Ja tekstā lielo burtu R iespiedīs apgriezti kā H, tad katrs pamanīs, ka tas ir burta R spoguļattēls. Bet, ja pēkšņi Visums (līdz ar to arī jūs) pārvērtīsies par spoguļattēlu, tad to neviens nevarēs konstatēt. Protams, ja tikai viens cilvēks pār­vērstos par savu spoguļattēlu (tāds piemērs minēts H. Velsa stāstā «Pletnera stāsts»), tad viņam viss liktos otrādi, lai gan Visums nebūtu izmainījies. Lai varētu lasīt grāmatu, šim cilvēkam būtu jālasa tās attēls spo­gulī. Kā piemēru var minēt Lūisa Kerola stāstu «Alise Spoguļu valstībā». Stāsta varone Alise tā iemācās lasīt poēmu «Jabbeiwocky», kas iespiesta ar burtu spoguļ­attēliem. Ja tomēr Visumā pilnīgi viss apgrieztos otrādi, tad šādu izmaiņu nevarētu konstatēt. Tad būtu bezjē­dzīgi runāt par tādu Visuma apgriešanos, tāpat kā teikt, ka Visums palielinājies divkārt.

Vai kustība ir absolūta? Vai ir tādi eksperimenti, ar kuriem varētu noteikt — objekts kustas vai atrodas miera stāvoklī? Vai arī kustību jāpieskaita relatīva­jām kategorijām, par kuru var spriest tikai pēc tā, kā ^ viena ķermeņa stāvoklis tiek salīdzināts ar kāda citā ķermeņa stāvokli? Bet varbūt kustība ir tik savdabīga, ka to nevar pieskaitīt jau apskatītajām relatīvajām ka­tegorijām?

Lai uz visu to varētu atbildēt, tad, pirms pārejam pie nākošās nodaļas, kādu laiku to visu pārdomājiet. At­bildot tieši uz šādiem jautājumiem, Einšteins arī ra­dīja savu slaveno relativitātes teoriju. Viņa teorija ir tik revolucionāra un tik nepieņemama veselajam saprā­tam, ka pat šodien ir tūkstošiem zinātnieku (to skaitā arī fiziķi), kuriem relativitātes teorijas pamattēzes ir tikpat grūti izprast kā bērnam, kurš cenšas saprast, kāpēc Zemes dienvidu puslodes iedzīvotāji nenokrīt no Zemes.

Ja jūs esat jauns, jums ir lielas priekšrocības salī-

Vai kustība ir relatīva? Jau pēc īsa brīža jūs atbildē­siet: «Protams, jā!» Iedomājieties vilcienu, kas brauc uz ziemeļiem ar ātrumu 60 km/h. Tajā pašā laikā pa vilciena vagonu virzienā uz dienvidiem pārvietojas cil­vēks ar 3 km/h lielu ātrumu. Kādā virzienā un ar kādu ātrumu kustas cilvēks? Lai atbildētu uz šādu jautā­jumu, ir jāizvēlas atskaites sistēma. Attiecībā pret vil­cienu cilvēks pārvietojas uz dienvidiem ar 3 km/h lielu ātrumu, bet attiecībā pret Zemi viņš virzās uz ziemeļiem ar ātrumu 57 km/h (to iegūstam no 60 km/h atņemot 3 km/h).

Vai var teikt, ka šis cilvēka kustības ātrums (57 km/h) ir īstais un ir absolūts? Nē, jo ir arī vēl citas, pat milzīga mēroga atskaites sistēmas. Kustas taču pati Zeme, griežoties gan ap savu asi, gan tajā pašā laikā ap Sauli. Savukārt Saule ar visām savām planētām kustas Galaktikā. Mūsu Galaktika savukārt kustas attiecībā pret citām galaktikām, tās atkal pārvietojas viena attie­cībā pret otru utt. Nav iespējams uzzināt, cik tālu šāda kustību ķēde turpinās, tātad nav iespēju noteikt kāda ķermeņa absolūto kustību; citiem vārdiem sakot — nav nekādas galīgas, fiksētas atskaites sistēmas, pret kuru kustību varētu noteikt absolūti. Tātad, tāpat kā liels un mazs, ātrs un lēns, augša un apakša, labais un krei­sais, arī kustība un miers ir pilnīgi relatīvi jēdzieni.

gaismas viļņu svārstības, tad to bieži sauca par gaismas nesēju ēteru. Domāja, ka ēters ir visur, arī materiālos ķermeņos. Ja mēs no stikla recipienta izsūknētu gaisu (radot tur pilnīgu vakuumu), tad tomēr arī tur būtu šis ēters, jo kā gan citādi gaismas stars varētu iziet cauri vakuumam. Tā kā gaisma ir viļņējāds process, tad, lai svārstības varētu izplatīties, vajadzīga kāda vide — ēters. Pats ēters ir nekustīgs, bet tajā var izplatīties svārstības. Ēters dažreiz var kustēties attiecībā pret ma­teriāliem ķermeņiem, bet pareizāk būtu sacīt, ka visi materiāli ķermeņi kustas ēterā tā kā caurumains siets udenī. Tā laikmeta fiziķi ticēja, ka zvaigznes, planētas vai jebkura ķermeņa absolūto kustību varēs vienkār­šāk aprakstīt, ja to kustību apskatīs attiecībā pret tādu iedomātu nekustīgu, nemanāmu ētera okeānu.

Dabiski, ka jums var rasties jautājums, kā gan varētu, piemēram, apskatīt Zemes kustību attiecībā pret šo ēteru, ja tas ir hipotētisks — nemateriāla substance, kuru nevar redzēt, dzirdēt, just, saost vai sagaršot? Un tomēr mērījumus var izdarīt — salīdzinot Zemes kus­tību ar gaismas stara kustību.

Nav citas iespējas noteikt kāda ķermeņa kustību, ja to neattiecina pret kāda cita ķermeņa kustību.

Un tomēr tas viss nav tik vienkārši! Ja, raksturojot kustības relativitāti, pietiktu ar to, ko jau mēs tikko ap­skatījām, Einšteinam nebūtu jārada relativitātes teorija.

Izrādās, ka tomēr ir divas ļoti vienkāršas metodes, kā var noteikt absolūto kustību — var izmantot gais­mas īpašības vai dažādas inerces parādības, kuras ro­das kustīgam ķermenim, kad tas maina trajektoriju vai ātrumu. Ar pirmās metodes izmantošanu saistās Ein- šteina radītā speciālā relativitātes teorija, bet ar ot­rās — Einšteina vispārīgā relativitātes teorija. Šajā un divās nākošās nodaļās apskatīsim pirmo metodi, kurā izmanto gaismas īpašības.