Martins GARDNERS - RELATIVITĀTES TEORIJA VISIEM

Tā, piemēram, ja relatīvi viens pret otru pārvietojas divi kosmiskie kuģi, tad šajos kuģos esošie novērotāji redzēs otru kuģi saīsinātu kustības virzienā. Kustoties ar parastiem ātrumiem, šī saīsināšanās ir ļoti, ļoti maza.

Zeme attiecībā pret Sauli kustas ar ātrumu 30 km/s. Ja novērotājs atrastos relatīvā miera stāvoklī attiecībā pret Sauli, Zemes diametrs viņam liktos_ saīsinājies tikai par dažiem centimetriem. Ja turpretim ātrumi kļūtu ļoti lieli, palielinātos arī izmaiņas. Izrādījās, ka izmaiņu aprēķināšanai noder tā pati formula, ko deva Ficdže- ralds un Lorencs, lai izskaidrotu Maikelsona — Morleja eksperimentu. Relativitātes teorijā šī saīsināšanas jo­projām nosaukta par Lorenča — Ficdžeralda kontrak- ciju, lai gan būtu vairāk saprotams, ja to sauktu Ein- šteina vārdā, kurš šai formulai deva pareizo interpre­tāciju.

Lorencs un Ficdžeralds saīsināšanos uzskatīja par fizikālu izmaiņu, ko rada ētera vēja spiediens, bet Ein- šteins to saistīja tikai ar mērījumu rezultātiem. Ja ap­skatītā gadījumā katrs kosmonauts, atrodoties kustošā kosmiskajā kuģī, izmērītu otra kuģa garumu, viņš at­rastu, ka tas ir kļuvis īsāks, bet tajā pašā laika neno­vērotu sava kuģa un tajā atrodošos priekšmetu garuma izmaiņu. Ficdžeralds tomēr turpināja uzskatīt, ka kus­tīgiem ķermeņiem ir absolūti tā saucamie miera ga­rumi. Kad ķermeņi saīsinās, īsto garumu tiem vairs

nav. Einšteins, atteikdamies no ētera, parāda, ka ab­solūtā garuma jēdzienam nav jēgas. Ir tikai tas ga­rums, kas iegūts mērījumu rezultātā, pie kam tas mai­nās atkarībā no novērotāja un objekta relatīvā ātruma.

Jūs jautāsiet, kā tas iespējams, ka katrs no kuģiem ir īsāks par otru? Jūs uzdodat nepareizu jautājumu. Te­orija neapliecina, ka katrs no kuģiem ir īsāks par otru, bet tā tikai norāda, ka tad, ja kosmonauts katrā no kuģiem mēģinātu izmērīt otra kuģa garumu, viņš kon­statētu, ka otrais kuģis kļuvis īsāks. Tās ir pavisam dažādas lietas. Ja divi vienāda auguma cilvēki nostātos lielas abpusēji ieliektas lēcas abās pusēs, katrs no vi­ņiem caur lēcu redzētu otru cilvēku mazāku par sevi. Bet tas taču nenozīmē, ka kāds no viņiem ir kļuvis mazāks par otru!

Apskatījam šķietamo garuma maiņu. Izrādās, ka tā­pat šķietami mainās arī laiks. Katram no kosmonau­tiem^ liksies, ka pulkstenis otrā kuģī iet lēnāk. To var pieradīt ar šādu vienkāršu iedomātu eksperimentu. Uz­skatiet sevi par novērotāju, kurš caur sava kuģa borta lūku ieskātās otrā kuģa atvērtajā lūkā. Šajā laikā kuģi lido viens otram garām ar pastāvīgu ātrumu, kas tuvs gaismas atrumam. Momentā, kad kuģi ir tieši blakus, otraja kuģi virzienā no griestiem uz grīdu laiž gaismas staru. Tas atstarojas no spoguļa un iet atpakaļ virzienā uz griestiem. Jums šī gaismas stara ceļš atgādinās burtu V. Ja jums butu pietiekami jutīgi laika mērītāji (pro­tams, tadu pagaidām nav), jūs varētu noteikt laika sprīdi, kura gaismas stars noiet šo V veida ceļu. Izda­lot ceļu ar laiku, jūs noteiktu gaismas ātrumu.

Talak pieņemsim, ka tajā pašā laikā kosmonauts ot­raja kuģi arī izdara tādu pašu mērījumu. Viņam savs kuģis ir ka nekustīga atskaites sistēma, un tāpēc gais­mas stars noiet ceļu turp un atpakaļ pa taisni. Acīm redzot šis attālums ir mazāks nekā V veida ceļš, kuru

novērojat jūs. Izdalot šo ceļu ar laika sprīdi, kurā stars noiet turp un atpakaļ, arī viņš noteiks gaismas ātrumu. Tam jābūt tādam pašam kā jūsu iegūtam —300 000 km/s, jo gaismas ātrums ir nemainīgs lielums visiem novēro­tājiem. Taču viņa eksperimentā gaismas stars noiet īsāku ceļu, tātad, lai gaismas ātruma mērījums būtu tas pats, ir jāpieņem, ka viņa pulkstenis gājis lēnāk. Viss attiecīgi būs tāpat, ja otrais kosmonauts noveros jūsu kuģi. Tad viņš savukārt secinās, ka atpaliek jūsu pulkstenis.

Tas, ka šo mulsinošo garuma un laika izmaiņu sauc par šķietamu, nenozīmē, ka ir arī īstais garums un laiks, kurš dažādiem novērotājiem tikai šķiet dažāds. Garums un laiks ir relatīvi jēdzieni, un tiem ir jēga tikai kopumā ar novērotāju un objektu. Nevaru teikt, ka viena mē­rījumu sistēma ir patiesa, bet otra kļūdaina. Katra sis­tēma ir patiesa attiecībā pret novērotāju, kurš izdara mērījumu: attiecībā pret viņa paša atskaites sistēmu. Nevar uzskatīt, ka viens no mērījumiem ir pareizāks par otru. Visi šie novērošanas rezultāti nav nekada optiska ilūzija, kas būtu jānoskaidro psihologam. Ja dzīvus novērotājus aizvietotu ar reģistrējošiem apara- tiem, iegūtu tādus pašus mērījumus.

Minētiem relatīviem lielumiem jāpievieno arī masa, bet par to un citiem jautājumiem runāsim nākošaja nodaļā.

Kā jau redzējām, garums un laiks ir relatīvi lie­lumi. Ja viens otram pretī ar nemainīgu ātrumu lidotu divi kosmiskie kuģi, abiem kosmonautiem liktos, ka otrs kosmonauts savā kuģī kustas lēnāk un ir stipri no­vājējis. Kad abu kuģu relatīvais ātrums būs pietiekami liels, tad otra kosmonauta kustības liksies palēninātas, gluži kā aktiera kustības palēninātā kinofilmā. Palēni­nātas būs arī visas kustības, kas periodiski atkārto­jas — svārsta kustība pulksteņos, sirdspuksti, atomu svārstības utt. Ievērojamais angļu astronoms Arturs Edingtons, kurš bija viens no pirmajiem, kā arī konsek­ventākajiem Einšteina sekotājiem, sacīja, ka kosmo­nautam liksies, ka pat aizdegts cigārs otrā kuģī degs ilgāk. Ja divus metrus garš kosmonauts horizontāli lido­jošā kuģī stāvēs, viņš izskatīsies gan divus metrus garš, bet būs saplacis kustības virzienā. Turpretim, ja viņš atgulsies kuģa kustības virzienā, tad platums izskatīsies dabisks, bet garums būs it kā saīsinājies.

Protams, visu novērot tā, kā mēs apskatījām, nav iespējams pat tad, ja kosmisko kuģu ātrums tik liels, ka aprakstītās izmaiņas varētu pamanīt. Šādus novēro­jumus nevarētu izdarīt dažādu tehnisku iemeslu dēļ. Rakstnieki, izskaidrojot relativitātes teoriju, bieži ap­skata efektīvus vienkāršākus piemērus. Un tomēr šīs krāsainās ilustrācijas mums nevar parādīt visas tās

izmaiņas, kuras tiešām varētu novērot vai nu cilvēka acs, vai jebkurš reģistrējošs aparāts. Principā šādas izmaiņas varētu konstatēt kosmonauti, izdarot mērīju­mus ar pietiekoši jutīgiem aparātiem.

Runājot par garuma un laika izmaiņu, jārunā arī par relatīvām masas izmaiņām. Nepretendējot uz precīzu definīciju, var teikt, ka masa ir ķermeņa vielas dau­dzuma mērs.

Ja salīdzinām divas vienāda izmēra svina un korķa lodītes, tad skaidrs, ka lielāka vielas koncentrācija ir svina lodītē, jo tā ir masīvāka.

Ķermeņa masu var noteikt divējādi — ķermeni var nosvērt vai arī noteikt spēku, kas dotajai masai var piešķirt noteiktu paātrinājumu. Pēc pirmās metodes iegūtie rezultāti nav sevišķi precīzi, jo tie ir atkarīgi no smaguma spēka dotajā vietā. Augstā kalnā svina lodīte svērs mazāk nekā kalna pakājē, lai gan lodītes masa neizmainās. Uz Mēness šāda lodīte svērs ievēro­jami mazāk, bet uz Jupitera ievērojami vairāk nekā uz Zemes.

Izmantojot otru metodi, iegūtie rezultāti nav atkarīgi no tā, kur veic mērījumus — uz Zemes, Mēness vai Jupitera. Un tomēr tad radīsies arī citi rezultāti. Lai tādā veidā noteiktu kustoša ķermeņa masu, mums ir jā­izmēra tas spēks, kas šai masai piešķirtu noteiktu pa­ātrinājumu. Lai piedotu vienādu paātrinājumu lielga­bala lodei un tāda paša izmēra korķa lodei, pirmajā gadījumā jālieto daudz lielāks spēks nekā otrā. Tādē­jādi noteikto masu sauksim par inerto masu atšķirībā no gravitācijas masas vai svara. Eksperimenta laikā mums ir jāmēra laiks un attālums, jo, piemēram, liel­gabala lodes masa jāizsaka ar kādu spēku, kas nepie­ciešams, lai izmainītu lodes ātrumu (noietais attālums laika vienībā) par kādu noteiktu lielumu vienā laika vienībā. Tā kā pēc relativitātes teorijas laika un at­tāluma mērījumi mainās atkarībā no priekšmeta un no­vērotāja relatīvā ātruma, varam secināt, ka mainīsies arī inertās masas mērījumi.