Z á kl adní k ame ny relati v i ty Na nedostižnost světla se můžeme podívat ještě jinak. Představme si, že nejvyšší vesmírná rychlost je nekonečná (i když teď už víme, že není). A že z bojového letounu je vypálena raketa, která může letět nekonečně rychle. Je rychlost vypálené rakety vzhledem k pozorovateli, který stojí dole na zemi, nekonečno plus rychlost letadla? Pokud ano, tak by rychlost rakety vzhledem k zemskému povrchu byla vyšší než nekonečná. A to není možné, protože vyšší číslo než nekonečno neexistuje. Takže smysl dává jedině to, že rychlost rakety je pořád nekonečno. Jinými slovy, její rychlost nezávisí na rychlosti zdroje – bojového letounu. Z toho vyplývá, že ve skutečném vesmíru rychlost světla, plnící úlohu nekonečné rychlosti, také nezávisí na pohybu světelného zdroje. Je pořád stejná – 300 000 kilometrů za sekundu – bez ohledu na to, jak rychle cestuje zdroj světla. Fakt, že rychlost světla nezávisí na pohybu zdroje, je jedním ze dvou pilířů, na nichž Einstein ve svém „zázračném“ roce 1905 vybudoval nový a revoluční obraz prostoru a času – svou „speciální“ teorii relativity. Druhým pilířem, neméně důležitým, je princip relativity. V sedmnáctém století si význačný italský fyzik Galileo všiml, že fyzikální zákony platí bez ohledu na relativní pohyb. Zkrátka zdají se být pořád stejné, bez ohledu na to, jak rychle se vzhledem k někomu jinému pohybujete. Představte si, že stojíte na poli a hodíte míč kamarádovi stojícímu 10 metrů od vás. A teď si představte, že místo toho stojíte v uličce jedoucího vlaku a míč také hodíte 10 metrů vzdálenému kamarádovi. Trajektorie míče mezi vámi dvěma bude v obou případech podobná. Zkrátka dráha, po které míč letí, není nijak ovlivněna tím, zda stojíte na poli nebo ve vlaku řítícím se kupředu rychlostí nějakých 120 kilometrů za hodinu. Platí, že kdyby byla okna vlaku zatemněna a vlak by byl tak báječně odpružený, že byste při jízdě necítili žádné vibrace, nedokázali byste z pohybu míče (nebo jakéhokoli jiného předmětu ve vlaku)
96 Ukázka elektronické knihy, UID: KOS167634
poznat, jestli se vlak hýbe, nebo stojí. Nikdo přesně neví proč, ale zákony fyziky jsou pořád stejné bez ohledu na rychlost, kterou cestujete, pokud tato rychlost zůstává konstantní. Když Galileo dospěl k tomuto zjištění, měl na mysli pohybové zákony, kterými se řídí například dráha vystřelené dělové koule. Einstein tuto myšlenku odvážně rozšířil na veškeré zákony fyziky včetně optických, řídících chování světla. Podle jeho principu relativity se pozorovatelům, kteří se vůči sobě pohybují konstantní rychlostí, jeví všechny zákony stejné. V zatemněném vlaku byste dokonce ani podle světla odrážejícího se tam a zpět nepoznali, jestli se vlak pohybuje. Když spojíme princip relativity s faktem, že rychlost světla je stále stejná, bez ohledu na pohyb světelného zdroje, můžeme si vyvodit další pozoruhodnou vlastnost světla. Dejme tomu, že cestujete vysokou rychlostí směrem ke zdroji světla. Jakou rychlostí se světlo blíží k vám? Vzpomeňte si, že neexistuje žádný experiment, který by rozhodl, jestli se pohybujete vy, nebo zdroj světla (viz zatemněný vlak). Takže stejně dobře můžete předpokládat, že stojíte a zdroj světla se pohybuje směrem k vám. Ale rychlost světla nezávisí na rychlosti jeho zdroje. Světlo vždy opouští zdroj rychlostí 300 000 kilometrů za sekundu. A protože vy stojíte, světlo se k vám musí blížit rychlostí 300 000 kilometrů za sekundu. Nejen tedy, že rychlost světla nezávisí na rychlosti zdroje, je nezávislá také na pohybu kohokoli, kdo světlo pozoruje. Jinými slovy, každý ve vesmíru, ať se pohybuje jakoukoli rychlostí, vždycky naměří přesně stejnou rychlost světla – 300 000 kilometrů za sekundu. Svou speciální teorií relativity chtěl Einstein přijít právě na to, jak je možné, že všichni naměří stejnou rychlost světla. Ukázalo se, že je jen jediná možnost vysvětlení: pokud prostor a čas jsou ve skutečnosti něco úplně jiného, než si všichni mysleli.
97 Ukázka elektronické knihy, UID: KOS167634
S m rš ťo vá ní pr o storu a rozpí n ání času Jak do toho zapadají prostor a čas? Rychlost čehokoli – včetně světla – je vzdálenost v prostoru, kterou těleso urazí v daném časovém intervalu. K měření vzdálenosti běžně užíváme pravítka, k měření času hodiny. Otázku, jak může každý bez ohledu na to, zda se pohybuje, či nikoli, naměřit stejnou rychlost světla, lze tedy položit ještě jinak. Co se musí stát s jejich pravítky a hodinami, že při měření rychlosti světla vždycky ukáží přesně 300 000 kilometrů za sekundu? A to je v kostce speciální teorie relativity – „recept“ na to, co se musí stát s prostorem a časem, aby se všichni ve vesmíru shodli na rychlosti světla. Představme si vesmírnou loď, která vypálila laserový paprsek na kus kosmického smetí řítícího se proti ní 0,75násobnou rychlostí světla. Laserový paprsek do něho nenarazí 1,75násobnou rychlostí světla, protože to je nemožné, musí ho tedy zasáhnout rychlostí světla. To se může stát jedině tak, že ten, kdo události pozoroval a odhadoval vzdálenost, kterou světlo urazí v daném čase, buď podcenil vzdálenost, nebo přecenil čas. Einstein objevil, že vlastně došlo k obojímu. Tomu, kdo pozoruje kosmickou loď zvenčí, se pohybující se pravítko zkracuje a pohybující se hodiny zpomalují. Prostor se „smršťuje“ a čas roztahuje, „dilatuje“, a toto smršťování i dilatace probíhají přesně tak, aby každému ve vesmíru vycházela rychlost světla 300 000 kilometrů za sekundu. Připomíná to obrovské vesmírné spiknutí. Konstantou našeho vesmíru není prostor nebo tok času, ale rychlost světla. A všechno ostatní ve vesmíru se musí privilegované pozici světla přizpůsobit. Prostor i čas jsou relativní. Při rychlostech blížících se rychlosti světla se vzdálenosti a časové intervaly výrazně zakřivují. Vzdálenost naměřená jedním pozorovatelem se liší od vzdálenosti naměřené jiným pozorovatelem. Časový interval jednoho člověka není stejný jako časový interval jiného člověka. Ukazuje se, že čas ubíhá různým pozorovatelům různě rychle v závislosti na tom, jak rychle se vůči sobě pohybují. Čím rychlejší pohyb,
98 Ukázka elektronické knihy, UID: KOS167634