FOTONI U RAKETAMA

U literaturi se često spominje kako je brzina svjetlosti ista za svakog promatrača bez obzira u kojem se referentnom sustavu nalazi. Kako bi se to i matematički potvrdilo, uvedena je dilatacija vremena i duljine. Zatim je i odbačena teorija o apsolutnom prostoru i apsolutnoj brzini gibanja. Na ovoj stranici iznosim neka svoja razmišljanja o tim teorijama.

Zamislimo tri eksperimenta: Jedan na 'apsolutno mirujućoj' ravnini, jedan u raketi A koja se udaljava od izvora fotona, i jedan u raketi B koja se giba prema izvoru. U sva tri sustava se nalaze vremenski detektori prolaska paketa fotona na određenoj udaljenosti L. Po dva sata u svakom sustavu su sinkronizirani, i kako se nalaze u istom referentnom sustavu, identična im je točnost ( A i B, C i D te E i F):

U 'mirujućem' sustavu je sve jasno: Fotonu treba određeno vrijeme T da stigne od detektora A do detektora B, i prema udaljenosti L se lako izračuna brzina svjetlosti c = L / T.

RAKETA I FOTON U ISTOM SMJERU

Kod rakete A je složenije. Kako bi lakše pratili o kojim vremenima se radi, zamislimo da je foton pogodio detektor C u trenutku kada je on bio točno pred 'mirujućeg' detektora A, a desno od detektora B se nalazi niz 'mirujućih' detektora koji primaju signal u trenutku kada foton stigne do detektora u poziciji D1. Na slici su T i T1 oznake tih vremena ( tj. razlike vremena na točnim satovima).

Od trenutka kada foton prođe kraj detektora C, i dok stigne do drugog detektora D na početku rakete, taj detektor se zbog konačne brzine svjetlosti i gibanja rakete pomaknuo na poziciju D1. Utvrđena razlika vremena će biti T1. Kao što se vidi, to je vrijeme različito od vremena T koje je izmjerio 'mirujući' promatrač za svoje točke A i B.

Sada pretpostavimo da i promatraču na raketi vrijeme teče istom brzinom, te je i on izmjerio vrijeme T1. Kada bi promatrač A ( u raketi A), računao brzinu svjetlosti na osnovu izmjerenog vremena T1 i udaljenosti L detektora C i D, naravno da bi dobio krivi rezultat za brzinu jer se detektor D pomaknuo u prostoru. Međutim, ukoliko bi računao brzinu na osnovu izmjerenog vremena T1 i udaljenost detektora L uvećanu za u međuvremenu pređeni put detektora D, dobio bi točnu vrijednost brzine svjetlosti c. To je i za očekivati jer se brzina svjetlosti nije promijenila prolaskom kroz raketu u gibanju. Naravno, ovdje možemo zaključiti da na ovaj način mjerenjem vremena nije moguće odrediti brzinu svjetlosti jer iz rakete ne možemo izmjeriti pređeni put dL1 detektora D. Kao što je napomenuto, vremena T i T1 su različita i promatrač koji zna točnu vrijednost brzine svjetlosti bi lako mogao zaključiti da se giba, u kojem smjeru u odnosu na izvor i kojom brzinom ( na osnovu izmjerenog T1, L i poznate brzine c).

Sada pretpostavimo da promatraču na raketi vrijeme protječe drugom brzinom. Kako bi se radi teorije onemogućilo određivanje brzine i smjera gibanja, uveden je pojam dilatacije vremena, tj. pretpostavlja se da za promatrača u raketi vrijeme teče sporije. Znači, njegovi satovi bi trebali pokazati isto vrijeme T, kao i za mirujućeg promatrača, tj. potrebno je uvesti neku korekciju protoka vremena ovisno o brzini rakete. Na slici je to vrijeme označeno s Ta. Faktor dilatacije je (c – v)/c. To je i razumljivo jer svjetlosti treba dulji put od C do D, vrijeme u raketi treba protjecati sporije, što znači da vrijeme T1 treba množiti s brojem manjim od jedan kako bi satovi dali istu manju vrijednost T ( T1 > T)

RAKETA I FOTON U SUPROTNOM SMJERU

Kod rakete B zamislimo da je foton pogodio detektor E u trenutku kada je on bio točno pred 'mirujućeg' detektora B, a desno od detektora B se nalazi niz 'mirujućih' detektora koji primaju signal u trenutku kada foton stigne do detektora u poziciji F1. Na slici su T i T1 oznake tih vremena ( tj. razlike vremena na točnim satovima).

Ukoliko pretpostavimo da promatraču na raketi vrijeme protječe istom brzinom kao i 'mirujućem', dolazimo do istih zaključaka kao i za gornji slučaj A.

Ukoliko pretpostavimo različita protjecanja vremena, opet moramo uvesti korekciju. Međutim, u ovom slučaju se raketa kreće prema fotonu te je vrijeme T2 kraće od T. Znači, njegovo vrijeme treba protjecati brže kako bi mu satovi pokazivali veće vrijeme. To vrijeme je označeno s Tb, a faktor korekcije je (c + v) /c, broj veći od jedan.

PRIMJER I PITANJE

Uzmimo za primjer L = 300000 km i brzinu svjetlosti 300000 km/s. Ukoliko raketa miruje, oba fotona će stići na svoj cilj za 1 s. Međutim, ukoliko je brzina rakete v = 299700 km/s, fotonu koji ide u smjeru rakete će trebati T = L/(c-v) = 1000 s. A foton koji ide u suprotnom smjeru će trebati približno T = L/(c+v) = 0,5s. Napominje se da je brzina i smjer rakete isti u oba slučaja!

Kako mnogima (navodno) nije bilo jasno o čemu se radi dok se razbacivalo općim izrazima, nadam se da će nakon ovog primjera biti jasnije pitanje: Kakva to transformacija koja uzima u obzir samo relativnu brzinu rakete, može 1000s i 0,5s 'mirnog' promatrača reducirati na isto vrijeme od 1s kako bi putnik u raketi mogao uvijek mjeriti istu brzinu svjetlosti? A jedina razlika u oba eksperimenta je samo smjer fotona!

Mnogi će reći: To su Lorentzove transformacije, uzmi knjige i uči! Međutim, navedeni primjer kaže da u prvom slučaju vrijeme za putnika u raketi treba protjecati 1000 puta sporije, a u drugom slučaju 2 puta brže? A što ako ti fotoni putuju istovremeno?

JEDNA RAKETA I DVA FOTONA

Kako bi se izbjegli mogući problemi oko možda nama još nepoznatih interakcija različitih referentnih sustava, gornji eksperiment je još pojednostavljen. Zamislimo jednu raketu koja putuje nekom brzinom v, a jedan snop paketa fotona A je stiže sa zadnje strane, a drugi snop B ide prema raketi s prednje strane. Imamo samo dva detektora, A i B. B-detektor je na poziciji B kada foton A prolazi kraj A-detektora, a pozicija u kojoj taj foton stiže do prednjeg detektora je označeno s B1. I obrnuto, nakon što foton B prođe B-detektor, stiže do zadnjeg detektora na poziciji A1.

Paket fotona A od trenutka prolaska kraj detektora A prolazi poziciju B za neko određeno vrijeme, nastavlja do prednjeg detektora i stiže ga na poziciji B1, za što mu treba još neko određeno vrijeme. Međutim, 'prednji' paket fotona B nakon prolaska prednjeg detektora B, ne treba putovati do bivše pozicije zadnjeg detektoraA, već samo do pozicije A1, za što mu treba kraće vrijeme. Slika prikazuje situaciju istovremenog dolaska fotona A do A-detektora, i B fotona do B-detektora. To je radi jednostavnijeg prikaza, nije uvjet za eksperiment. Naravno, ovakve i slične pokuse na Zemlji treba izvoditi istovremeno zbog tro-dimenzionalnog gibanja planete po prostoru i nama još nepoznatog utjecaja toga na sve pojave koje nas okružuju.

Pitanje kao zaključak

Ovo su zanimljivi rezultati, ukoliko se raketa udaljava od izvora fotona, vrijeme u raketi treba protjecati sporije, a u suprotnom brže kako bi mu satovi uvijek isto pokazivali? Što zaključiti? Dilatacija vremena ne vrijedi za putovanja raketama i proučavanje fotona? Nije točan usvojeni izraz za dilataciju vremena? Nema dilatacije vremena? Ili?

Nove spoznaje

Primjena Lorentzovih transformacija daje formalno dobre rezultate za navodna ili stvarna odstupanju trajanja vremena putovanja fotona, ali možda, ili vjerojatno otvaraju i novi problem. Više na linku:

http://www.inet.hr/~brvasilj/relativ/foton1.html

Stranica Postavljena: 04.11.2012.

Zadnja promjena: 05.02.2013.

e-mail: branko.vasiljev@inet.hr

Početna Stranica ( Home Page)