[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Q do Picarda w odcinku Wszystko, co dobre...
Planeta Wulkan, z której pochodzi Spock, jest bardzo zasłużona dla fizyki XX wieku.
Na początku naszego stulecia wielką zagadkę astronomii stanowiło to, że peryhelium
Merkurego - czyli punkt orbity, w którym planeta znajduje się najbliżej Słońca - w trakcie
każdego jego obiegu wokół Słońca ulega niewielkiej precesji w sposób niezgodny z teorią
grawitacji Newtona. Aby rozwiązać ten problem, wysunięto hipotezę, że jeszcze bliżej Słońca
niż Merkury krąży inna planeta, która zaburza jego ruch. (Co ciekawe, podobne wyjaśnienie
anomalii w ruchu orbitalnym Urana zaowocowało wcześniej odkryciem Neptuna). Ową
hipotetyczną planetę nazwano Wulkanem.
Niestety, tajemnicza planeta Wulkan nie istnieje. Natomiast Einstein zaproponował,
aby zastąpić płaską przestrzeń Newtona i Minkowskiego zakrzywioną czasoprzestrzenią
ogólnej teorii względności. W tej zakrzywionej przestrzeni orbita Merkurego odchylałaby się
nieco od toru, jaki przewidywała teoria Newtona, co wyjaśniałoby obserwowaną niezgodność.
Chociaż w ten sposób znikła potrzeba istnienia planety Wulkan, pojawiły się o wiele
bardziej ekscytujące możliwości: z zakrzywioną przestrzenią związane są czarne dziury,
tunele czasoprzestrzenne, a być może realne stają się nawet podróże w czasie.
Rzeczywiście, jeszcze zanim twórcy Star Trek wymyślili pole zakrzywiające
czasoprzestrzeń, Einstein zakrzywiał ją podobnie jak oni, uzbrojony jedynie w swoją
wyobraznię. Zamiast jednak wyobrażać sobie technologię podróży międzygwiezdnych w
XXII wieku, uczony przeprowadzał eksperymenty myślowe z windami. Einstein był
niewątpliwie wielkim fizykiem, ale pewnie nigdy nie sprzedałby scenariusza.
Jego argumenty można jednak w nienaruszonej postaci przenieść na pokład
Enterprise. Ponieważ światło jest nitką splatającą przestrzeń i czas, tory promieni świetlnych
tworzą mapę czasoprzestrzeni tak samo, jak osnowa i wątek ukazują wzory gobelinu.
Zazwyczaj światło podróżuje po liniach prostych. Co by się jednak stało, gdyby romulański
dowódca na pokładzie znajdującego się w pobliżu statku Warbird wystrzelił promień fazera w
kierunku Picarda, siedzącego na mostku swojego kapitańskiego jachtu Calypso, którego silnik
pulsacyjny został właśnie uruchomiony (w tym przykładzie przyjmujemy, że amortyzatory
bezwładności zostały wyłączone)? Picard ruszyłby gwałtownie naprzód, ledwo unikając
promienia fazera. Z punktu widzenia układu odniesienia Picarda sytuacja wyglądałaby tak jak
na rysunku na następnej stronie.
Dla Picarda tor promienia fazera byłby więc zakrzywiony. Co jeszcze mógłby on
zauważyć? Jeśli przypomnimy sobie argumentację z rozdziału pierwszego, bez trudu
stwierdzimy, że gdy amortyzatory bezwładności są wyłączone, Picard zostanie wgnieciony w
fotel. Zwróciłem tam również uwagę na to, że gdyby Picard poruszał się naprzód z takim
samym przyspieszeniem, z jakim spadają na Ziemię ciała pod wpływem siły grawitacji,
odczułby, iż siła, która wgniata go w fotel, jest taka sama jak siła, która ciągnie go w dół,
kiedy stoi na Ziemi. Einstein dowodził, że Picard (lub na przykład ktoś znajdujący się w
jadącej w górę windzie) nie mógłby nigdy przeprowadzić eksperymentu, który wskazałby
różnicę między siłą reakcji wywołaną przyspieszeniem a działaniem grawitacji jakiegoś
ciężkiego obiektu znajdującego się w pobliżu statku. W ten sposób Einstein wszedł śmiało na
teren nie znany dotąd fizykom i dowodził, że wszelkie zjawiska zaobserwowane przez
przyspieszającego obserwatora wyglądałyby tak, jakby przebiegały w polu grawitacyjnym.
Z tego przykładu wynika co następuje: ponieważ Picard obserwuje zakrzywianie się
promienia fazera, gdy oddala się od niego z pewnym przyspieszeniem, promień taki musi się
również zakrzywiać w polu grawitacyjnym. Ale promienie świetlne wytyczają mapę
czasoprzestrzeni; a zatem zakrzywieniu w takim polu ulega sama czasoprzestrzeń. Skoro zaś
materia wytwarza pole grawitacyjne, to ona właśnie musi zakrzywiać czasoprzestrzeń!
Można jednak argumentować, że ponieważ światło ma energię, masa zaś i energia są
związane ze sobą słynnym równaniem Einsteina, zakrzywianie się promienia świetlnego w
polu grawitacyjnym nie jest wielkim zaskoczeniem - a już na pewno nie wynika z tego, że
musimy przyjąć, iż to sama czasoprzestrzeń się zakrzywia. W końcu tory, po jakich porusza
się materia, również ulegają zakrzywieniu (wystarczy chociażby podrzucić piłkę). Nawet
Galileusz mógłby wykazać - gdyby znał takie obiekty - że tory piłek baseballowych i rakiet
Pathfinder ulegają zakrzywieniu i wcale nie musiałby przy tym wspominać o zakrzywionej
przestrzeni.
Można jednak obliczyć, o ile powinien zakrzywić się promień świetlny, gdyby
zachowywał się tak samo, jak piłka baseballowa, a następnie zmierzyć rzeczywiste
[ Pobierz całość w formacie PDF ]