Biblioteka

Koks i Foršo: Univerzalna formula

U novoj Biblioteci donosimo potpuno novu, fantastično napisanu knjigu o teoriji relativnosti, Zašto je E=MC 2 Brajana Koksa i Džefa Forša

Tekst: Brajan Koks i Džef Foršo (odlomak iz knjige Zašto je E=MC 2 i zašto bismo marili; Heliks, 2013)

Galileo Galilej rođen je dvadeset godina nakon što je Kopernik predložio svoj heliocentrični model kosmosa i duboko je razmišljao o problemu kretanja. Njegova intuicija verovatno bi bila slična našoj: čini nam se da Zemlja miruje iako dokazi na osnovu kretanja planeta kroz tačke na nebu snažno ukazuju na to da nije tako. Galilej je izvukao dubok zaključak iz ovog, naizgled, paradoksa. Osećamo kao da mirujemo, iako znamo da se krećemo u orbiti oko Sunca, jer nema načina da utvrdimo, čak ni načelno, šta stoji a šta se kreće. Drugim rečima, jedino vredi govoriti o kretanju u odnosu na nešto drugo. To je neverovatno važan uvid.

U određenom smislu, on je očigledan, ali da bismo potpuno cenili njegov sadržaj potrebno je dodatno promišljanje. On može da izgleda očigledno jer, jasno, dok sedite u avionu s knjigom u ruci, knjiga se u odnosu na vas ne kreće. Ako je spustite na stočić ispred sebe, ostaće na istoj udaljenosti od vas. I naravno, iz perspektive posmatrača na površini Zemlje, knjiga se kreće kroz vazduh zajedno s avionom.

Stvarna vrednost Galilejevog uvida je u tome što su ovi iskazi jedini koji se mogu dati. Ako možete da govorite samo o tome kako se knjiga kreće u odnosu na vas dok sedite u avionu, ili u odnosu na Zemlju, ili u odnosu na Sunce, ili u odnosu na Mlečni put – uvek u odnosu na nešto – onda je apsolutno kretanje redundantan koncept.

Ipak se okreće!

– Galileo Galilej

Ova provokativna izjava naoko je dubokoumna, otprilike kao što su to i uzvici proroka. U ovom slučaju pokazalo se da ona to uistinu jeste. Galilej zaslužuje takvu reputaciju. Da bismo videli zašto, hajde da proverimo je li iz naučne perspektive korisna Aristotelova mreža na osnovu koje možemo utvrditi da li se neko telo kreće ili miruje. Korisno u naučnom smislu znači da ideja ima posledice koje se mogu posmatrati, to jest, da ima neku vrstu efekta koji se može prepoznati u eksperimentu.

Pod eksperimentom podrazumevamo bilo koje merenje bilo čega – zamah klatna, boju svetlosti koju emituje sveća što gori ili sudar subatomskih čestica u Velikom hadronskom sudaraču u CERN-u (kasnije ćemo se vratiti tom eksperimentu). Ako ideja nema posledice koje se mogu meriti, onda ona nije neophodna za poimanje kosmosa, iako može imati nekakvu vrednost zbog koje se osećamo bolje.

Ovo je vrlo moćan način da razdvojimo žito od kukolja u svetu prepunom ideja i mišljenja. U svojoj analogiji s porcelanskim čajnikom, filozof Bertrand Rasel ilustruje uzaludnost bavljenja konceptima koji nemaju posledice koje se mogu posmatrati. Rasel tvrdi kako veruje da u orbiti između Zemlje i Marsa postoji mali porcelanski čajnik. Čajnik je toliko majušan da se ne može otkriti ni pomoću najsnažnijih teleskopa koji trenutno postoje. Kad bi se izgradio veći i snažniji teleskop i ako se ni pomoću njega ništa ne bi pronašlo nakon dugotrajnog i detaljnog posmatranja celog neba, Rasel bi tvrdio da je čajnik tek nešto malo manji nego što smo očekivali ali da i dalje postoji. Ovo se često naziva „podizanje prečke“.

Iako čajnik možda nikada nećemo opaziti, bilo bi „neprihvatljivo drsko“, kaže Rasel, kada bi čovečanstvo sumnjalo da on postoji. Štaviše, ostatak ljudskog roda trebalo bi da poštuje njegovo mišljenje, bez obzira na to koliko nam apsurdno izgledalo. Rasel nije hteo da kaže kako ima pravo da bude u zabludi, nego da je besmisleno iznositi teoriju koja ne može da se potvrdi ili opovrgne posmatranjem jer nas ničemu ne uči, ma koliko strasno verujete u nju. Možete smisliti bilo kakav objekat ili izneti kakvu god ideju, ali ako nema načina da vidite taj objekat ili manifestacije te ideje, niste dali nikakav doprinos naučnom razumevanju kosmosa.

Činjenica da se neko snažno drži svoga mišljenja, nije nikakav dokaz da ono nije apsolutno apsurdno.

-Bertrand Rasel

Slično tome, ideja o apsolutnom kretanju bi nešto značila u naučnoj zajednici samo ako bismo mogli da osmislimo eksperiment u kojem bismo bili u stanju da ga potvrdimo. Na primer, mogli bismo da smestimo fizičku laboratoriju u avion ili izvodimo vrlo precizna merenja svih dostupnih fizičkih pojava u poslednjem hrabrom pokušaju da detektujemo kretanje.

Mogli bismo da zanjišemo klatno i merimo vreme koje mu je potrebno za jedan ciklus, mogli bismo da izvodimo eksperimente s baterijama, električnim generatorima i motorima, ili bismo mogli da posmatramo kako se odvijaju nuklearne reakcije i merimo emitovano zračenje. U principu, ako bismo imali dovoljno velik avion, mogli bismo da izvedemo gotovo sve eksperimente koji su ikada izvedeni u istoriji.

Ključna stvar koja podupire celu ovu knjigu i formira jedan od najvažnijih kamena temeljaca moderne fizike glasi: ako avion ne bi usporavao ili ubrzavao, nijedan pomenuti eksperiment ne bi pokazao da se krećemo. Čak ni kada bismo pogledali kroz prozor ne bismo mogli to da zaključimo, jer je jednako tačno reći da se Zemlja kreće brzinom od 960 kilometara na sat, a da avion miruje. Najpreciznije što možemo da kažemo je da smo „stacionarni u odnosu na avion“ ili da se „krećemo u odnosu na Zemlju“.

To je Galilejev princip relativnosti – nema apsolutnog kretanja jer se ono ne može eksperimentalno pokazati. Verovatno nećete previše da se iznenadite jer nam je ta činjenica već intuitivno poznata. Dobar primer je iskustvo koje doživite kad sedite u vozu koji stoji na stanici dok voz na susednom peronu polagano kreće. U deliću sekunde čini vam se da se vaš voz kreće. Teško prepoznajemo apsolutno kretanje jer takvo nešto ne postoji.

Ovo izlaganje je možda previše filozofsko, ali takva razmišljanja vode do dubokog uvida o prirodi samog prostora i omogućavaju da napravimo prvi korak na putu prema Ajnštajnovim teorijama relativnosti. Iz Galilejevih razmišljanja izvlačimo sledeći zaključak o prostoru: ako u načelu nije moguće otkriti apsolutno kretanje, sledi da u konceptu posebne mreže za definisanje „mirovanja“ nema naučne vrednosti pa tako ni u konceptu apsolutnog prostora.

 

Brajan Koks i Džef Foršo

Zašto je E=MC 2 i zašto bismo marili

Šta E=MC2 doista znači? U uzbudljivom i pristupačnom objašnjenju znamenite Ajnštajnove jednačine, profesori Brajan Koks i Džef Foršo otisnuće se do samih granica nauke 21. veka. Predočiće nam istraživanja temeljnih fizičkih načela kroz primere iz svakodnevnog života kako bi ustanovili pravo značenje ikoničkog niza simbola koji čine najprepoznatljiviju formulu modernog doba. Rastavljajući je na sastojke postaviće ista ona pitanja koja pobuđuju maštu radoznalog čitaoca: Šta je to energija? Šta je masa? Šta je brzina svetlosti i kakve ona ima veze sa energijom i masom?

Kako to da se energija i masa mogu pretvarati jedna u drugu, poput valuta, pri čemu je kvadrat brzine svetlosti njihov međusobni „kurs“? Ovo pitanje je u samom središtu istraživanja jer, kako autori pokazuju, da bismo zaista razumeli šta znači E=mc2, najpre treba da odgonetnemo zašto se kroz vreme krećemo unapred, a ne unazad, i kako se objekti u našem trodimenzionalnom svetu zapravo kreću u četvorodimenzionalnom prostorvremenu. Drugim, rečimo, moramo saznati kako je ustrojeno tkanje svemira. Brajan Koks i Džef Foršo pripadaju generaciji najmlađih univerzitetskih profesora u Velikoj Britaniji, a njihova međusobna saradnja čini da Zašto je E=mc2 bude jedna od najprijemčivije napisanih knjiga o teoriji relativnosti

Istražite druge tekstove:


Grb Republike Srbije
ecsite nsta eusea astc

CPN
Ulica kralja Petra 46
11000 Beograd
Republika Srbija
+381 11 24 00 260
centar@cpn.rs