пропозиції роботи
konto usunięte
Temat: Paradoks bliźniąt w teorii względności
Początkowo Einstein pozostawał pod silnym wpływem Ernsta Macha i wtedy czas miał dla niego właśnie naturę relacyjną, czyli nie fizyczną, która mogła być praktycznie wyrażona, jako pozycja wskazówek zegarka. Gdy fizycy opisują dylatację czasu w szczególnej teorii względności w kontekście czasu relacyjnego, opisują ją w następujący sposób. Obserwator na Ziemi obserwuje zegar w rakiecie kosmicznej poruszającej się z prędkością zbliżoną do prędkości światła. W porównaniu z zegarem obserwatora na Ziemi, zegar w rakiecie kosmicznej "chodzi" wolniej. A co zaobserwuje kosmonauta w rakiecie patrząc na zegar na Ziemi? Einstein twierdził, że w tej sytuacji ruch jest względny, tzn. z punktu widzenia kosmonauty w rakiecie, to Ziemia się porusza, oddala, "ucieka" z prędkością zbliżoną do prędkości światła, a zatem, gdy kosmonauta będzie obserwował zegar na Ziemi, również zauważy, że "chodzi" on wolniej niż jego zegar w rakiecie. Jest to logiczne i sensowne. Jak wynika z obu obserwacji, oba zegary jednocześnie "chodzą" wolniej. Co z tego ostatecznie wyniknie? Skoro oba zegary "chodzą" wolniej, to fizycznie nic się nie zmienia — "czas" tak naprawdę płynie dokładnie tak samo na Ziemi i w rakiecie, ale obserwacja informacji, dotyczącej wskazań zegarów, a przesyłanej przy pomocy światła z prędkością światła odbywa się w radykalnie zmienionych warunkach. To nie upływ czasu, jako wielkości fizycznej, ulega spowolnieniu (dylatacji), a obserwacja informacji dotyczącej wskazań zegarów odbywa się w radykalnie zmienionych warunkach. Ale jeżeli dla nas w tej sytuacji czas, to właśnie pozycja wskazówek zegarka, to wtedy skrótowo i metaforycznie możemy powiedzieć, że to "czas" ulega spowolnieniu. Ważne, aby pamiętać, co rozumiemy pod pojęciem czasu i jak to pojęcie precyzyjnie definiujemy w danej sytuacji. Czas relacyjny w oczywisty sposób nie może ulegać fizycznemu spowolnieniu (dylatacji), gdyż nie jest on fizyczny.Jednak poglądy Einsteina na naturę czasu ewoluowały. W międzyczasie, przechodząc od szczególnej do ogólnej teorii względności, Einstein pod wpływem czysto matematycznego autorytetu Minkowskiego, po cichu zmienił swoje poglądy na naturę czasu i uwierzył, że czas nie jest już abstrakcyjną matematyczną koncepcją, nie jest relacyjny, a jest rzeczywisty, fizyczny. Gdy fizycy opisują dylatację czasu w szczególnej teorii względności w kontekście czasu fizycznego, opisują ją inaczej niż poprzednio. Wynika z tego tzw. paradoks bliźniąt. Tak naprawdę, to przecież tylko rakieta rzeczywiście leci z prędkością zbliżoną do prędkości światła, a nie Ziemia! Zatem, czas rzeczywiście płynie wolniej tylko w rakiecie, a nie na Ziemi, gdyż jest fizyczny. Kosmonauta po powrocie rakiety będzie młodszy od swojego bliźniaka na Ziemi. Tak głosi teoria. A jak jest w praktyce? Czy zostało to empirycznie potwierdzone? Jeszcze nie ...
Zwróćmy teraz baczną uwagę na jeden bardzo ważny szczegół. Początkowo w szczególnej teorii względności Einstein używał koncepcji nie fizycznego czasu relacyjnego. W tej sytuacji "czas", to właśnie pozycja wskazówek zegarka. Praktycznym odzwierciedleniem koncepcji czasu relacyjnego jest zwykły zegarek, którego jedyną zasadniczą funkcją jest dostarczanie wielu precyzyjnych i łatwo przewidywalnych zdarzeń orientacyjnych do obserwacji i porównań. Funkcjonowanie zwykłego zegarka, to nie techniczny pomiar fizycznego upływu czegoś niewidzialnego. Czas relacyjny i zwykły zegarek, to dwie strony tego samego medalu. Czego nie zrobił Einstein? Einstein zmienił koncepcję czasu z relacyjnego na fizyczny, ale nie zamienił starego urządzenia (zegara) na nowe urządzenie dostosowane do nowej koncepcji czasu.
Ponieważ czas relacyjny nie jest fizyczny, nie jest on empirycznie mierzalny, tak, jak wielkości fizyczne. Dlatego w kontekście czasu relacyjnego wystarczy nam zwykły zegarek, który nie musi być technicznym miernikiem przepływu, gdyż nic fizycznie nie upływa. Ale jeżeli zaczynamy twierdzić, że czas jest fizyczny, to naturalną konsekwencją tego jest to, że musi on być wtedy również empirycznie mierzalny, tak, jak wszystkie inne wielkości fizyczne. Zatem, w kontekście czasu fizycznego nie możemy dalej używać zwykłego zegarka, a zamiast niego musimy zacząć używać technicznego miernika upływu fizycznego czasu. Problem w tym, że taki miernik nie istnieje, dlatego Einstein był zmuszony w dalszym ciągu używać starego zegara w kontekście swojej nowej koncepcji czasu fizycznego. Moim zdaniem był to zasadniczy, kardynalny błąd. To tak, jakby próbować używać zwykłego zegarka do pomiaru przepływu prądu elektrycznego. Tak, jak zegary nie mają nic wspólnego z przepływem prądu elektrycznego, tak też nie mają nic wspólnego z upływem czasu fizycznego.
Po pierwsze, zwykły zegarek z założenia nie jest technicznym miernikiem upływu. Po drugie, nawet gdyby był miernikiem (którym nie jest) pozostaje jeszcze ta kwestia, że miernik fizyczny musi być specyficznie dostosowany do natury zjawiska i związanej z nim wielkości fizycznej, które ma zamiar mierzyć. Trudno sobie bowiem wyobrazić, że przy pomocy dowolnego miernika uda nam się mierzyć dowolną wielkość fizyczną dowolnego zjawiska fizycznego. Skoro tak, to nie potrafię sobie tego wyobrazić, w jaki sposób zwykły zegarek ma być specyficznie dostosowany do pomiaru fizycznego upływu czasu lub czegokolwiek innego. Nie istnieje żaden techniczny miernik przepływu fizycznego czasu. Nie istnieje nawet prosty detektor wykrywający istnienie fizycznego czasu. Nie ma żadnych empirycznych przesłanek, że czas istnieje, jako wielkość fizyczna, w tym samym sensie, w jakim istnieją inne wielkości fizyczne.
Na jakiej podstawie Einstein zmienił swoje poglądy na naturę czasu? Na jakiej podstawie Einstein zdecydował się uwierzyć, że czas nie jest już jedynie abstrakcyjną matematyczną koncepcją, nie jest relacyjny, a jest rzeczywisty, fizyczny? Co go do tego skłoniło? Niestety, cokolwiek to było, nie wynikało to ze względów empirycznych: „Swój oksfordzki wykład Einstein zaczął od ukłonu w stronę empiryzmu: "wielka wiedza o rzeczywistości wypływa z doświadczenia i do niego zmierza". Zaraz jednak pospieszył z podkreśleniem roli "czystego rozumu" i logicznej dedukcji. Przyznał – bynajmniej się nie usprawiedliwiając – że sukces, z jakim wykorzystał rachunek tensorowy w równaniach ogólnej teorii względności, sprawił, że nawrócił się na strategię matematyczną, w której prostota i elegancja równań liczą się bardziej niż empiria. Właśnie fakt, że metoda ta okazała się tak skuteczna w budowaniu ogólnej teorii względności, "pozwala nam ufać, iż przyroda jest realizacją tego, co jest najprostsze do pomyślenia pod względem matematycznym". Bardzo ciekawe: zdanie to zawiera w sobie istotę myśli Einsteina z tych dziesięcioleci, kiedy matematyczna "prostota" była mu drogowskazem w poszukiwaniach jednolitej teorii pola. Słychać tu echo stwierdzenia wielkiego Isaaka Newtona z trzeciej księgi dzieła Principia: "Natura lubi prostotę". Einstein nie podawał jednak żadnych dowodów na poparcie swej wiary, której zdawała się przeczyć nowoczesna fizyka cząstek. Nie wyjaśniał też dokładniej, co rozumiał przez "matematyczną prostotę". Po prostu opierał się na głębokiej intuicji, że tą właśnie zasadą kierował się Bóg, tworząc wszechświat. Takie były jego przekonania – a raczej wiara – gdy w maju 1931 roku nagrodzono go doktoratem honoris causa Uniwersytetu Oxfordzkiego. W wygłoszonym wtedy wykładzie Einstein przyznał, że w jego nieustającej pogoni za jednolitą teorią pola bodźcem są mu raczej powaby matematycznej elegancji niż ciśnienie faktów empirycznych: "Nie kieruje mną nacisk danych doświadczalnych, idę raczej za pociągającym urokiem matematycznej prostoty" ”, napisał o filozoficznym podejściu Einsteina do uprawiania fizyki Walter Isaacson, historyk, dziennikarz i autor biografii „Einstein. Jego życie, jego wszechświat”.
Z jednej strony Einstein stara się przekonać nas, że czas istnieje obiektywnie, fizycznie, tak, jak wszystkie inne wielkości fizyczne, a z drugiej strony nic nie jest w stanie empirycznie potwierdzić rzekomego fizycznego istnienia czasu! Czas miałby być wyjątkiem — jedyną wielkością fizyczną, której istnienia nie można fizycznie wykryć, tak, jak w przypadku wszystkich innych wielkości fizycznych. Czas — wielkość fizyczna niewykrywalna fizycznie. To oczywista sprzeczność!
