Wiedza o kurczeniu

Wielkie umysły znalazły się w rozterce, ponieważ ani teoria wleczonego (poruszającego się razem z Ziemią), ani statycznego eteru nie została dostatecznie udokumentowana. W roku 1892 Hendrik Lorentz (1853–1928), jeden ze zwolenników teorii statycznego eteru, zaproponował interpretację wyniku zerowego eksperymentu. Zapytał, co mogłoby sprawić, żeby zmiana odległości pokonywanej przez światło, zgodna ze wzorem „prędkość = odległość/czas”, była w każdych warunkach stała. W odpowiedzi uzyskał zdumiewający wzór, w którym długość kurczy się, zaś czas biegnie wolniej proporcjonalnie do kurczenia się długości. Kiedy podzielił kurczące się odległości przez spowolniony czas, uzyskał potwierdzające stałość prędkości światła „c”.

Nie była to tylko matematyczna sztuczka wykombinowana po to, aby zachować twarz – Lorenz był głęboko przekonany, że to fizyczne kurczenie ma rzeczywiście miejsce. Kluczowe wyjaśnienie mówiło, że materia składa się z atomów i że ich promień jest uwarunkowany rozmiarami orbity zewnętrznych elektronów, nazwanych później „orbitami Bohra”. Kiedy atomy materii pędzą przez niezmienny eter, elektrony doświadczają jego oporu i ich orbity zostają tak ściśnięte, że przestają być kołowe – stają się eliptyczne z krótszą osią skierowaną w kierunku ruchu. To skrócenie orbit można wyliczyć z wzoru Lorentza na kurczenie.⁹

Mówiąc bardziej zrozumiałym językiem, Lorentz twierdził, że stalowy interferometr Michelsona doznał niewielkiego skurczu w kierunku ruchu Ziemi przez eter. Stąd przemieszczająca się w tym kierunku wiązka światła miała do przebycia krótszy dystans, a ponieważ c = odległość/czas, c zdawało się być stałe, jako że czas zwolnił w takim samym stosunku, w jakim skurczyła się długość.

W ten sposób udało się wyjaśnić, dlaczego będący w ruchu naukowiec mierzy taką samą prędkość światła jak ten, który unosi się w stacjonarnym statku w eterze. Ale czy tego właśnie dowiedziono? Czy był rzeczywiście jakiś kosmiczny, nieruchomy eter, czy też był to eter wleczony, który przemieszczał się razem z układem słonecznym? Jak to w końcu było?

Nieco później francuski matematyk Henri Poincaré (1854–1912) zaczął widzieć wszystko inaczej – może chodziło o to, jak postrzegamy świat. Wielu ochrzciło ten pogląd mianem teorii względności Lorentza-Poincaré’a.

 

Patentowe rozwiązanie?

W roku 1905 urzędnik Szwajcarskiego Biura Patentowego w Bernie, niejaki Albert Einstein, wysłał do niemieckiego magazynu Annały Fizyki trzy artykuły, które były poświęcone ruchom Browna (ruch cząsteczek w wodzie), efektowi fotoelektrycznemu i eksperymentowi Michelsona-Morleya o zerowym wyniku. Ten ostatni (artykuł) przeszedł do historii jako „szczególna teoria względności”. Swoją teorią Einstein wniósł niewiele nowego do dyskusji o eterze, poza dwoma nowymi postulatami, które miały zgodnie z jego oczekiwaniami zakończyć spór w jego sprawie:

– prędkość światła jest uniwersalną stałą,

– nie ma ruchu o absolutnej prędkości w stosunku do uniwersalnego, spoczynkowego eteru, czyli wszystkie ruchy to jedynie miara różnicy prędkości między ciałami będącymi w ruchu.

Wychodząc z tych dwóch postulatów można było dojść do przekształceń Lorentza jako konsekwencji tego, jak postrzegamy rzeczywistość.¹⁰

W latach 1930. nazwisko Einsteina stało się powszechnie znane i dziennikarze zainteresowali się tym, jak doszedł do swoich teorii. W swoim tradycyjnym stylu wyjaśnił im, że do wszystkiego doszedł na podstawie czysto filozoficznych rozważań: „Fizyka stanowi logiczny system myślenia, który jest w stanie ewolucji, którego podstaw [zasad] nie da się wyekstrahować z doświadczenia metodą indukcyjną, ale jedynie poprzez rozważania. Uzasadnienie [prawdziwa zawartość] systemu jest wypadkową weryfikacji wywiedzionych a priori twierdzeń [logicznych prawd] poprzez doświadczenia zmysłowe a posteriori [empiryczne prawdy]... Ewolucja zachodzi w kierunku rosnącej prostoty logicznych podstaw [zasad]... Cały czas musimy być gotowi na zmianę tych poglądów, czyli aksjomatycznych podstaw fizyki, w celu sprawiedliwego potraktowania faktów w najdoskonalej logiczny sposób”.¹¹

Einstein zmienił wkrótce to wyjaśnienie w swojej broszurce zatytułowanej Essays on Science (Eseje o nauce), przyznając, że przyjął transformacje Lorentza, ponieważ były jedynym rozwiązaniem sprawiającym, że prędkość światła w równaniach Maxwella staje się stała dla wszystkich obserwatorów – dokładnie tak, jak przypuszczali Lorentz i Poincaré!

Według matematyka Edmunda Whittakera: „Einstein opublikował pracę, która pchnęła do przodu teorię względności Poincaré’a i Lorentza z pewnymi rozwinięciami i wzbudziła duże zainteresowanie!”¹² Kiedy przedstawiono Einsteinowi te zarzuty, ten zignorował je jako nieistotne. Czy rzeczywiście były one nieistotne?

Czy było możliwe, żeby ktoś, kto interesował się pracami Lorentza i Poincaré’a, nie zauważył, że to one zapoczątkowały zmianę interpretacji oryginalnych równań z rzeczywistego fizycznego zjawiska na dotyczące informacji?

 

Einstein w krainie cudów

Teoria względności zdaje się przeczyć zdrowemu rozsądkowi, kiedy interpretuje się ją na sposób Einsteina. Poza uczynieniem z prędkości światła „c” uniwersalnej stałej prowadzi ona do dziwnych wyników dotyczących sposobu, w jaki doświadczamy świata, kiedy wykorzystujemy światło jako podstawowe źródło informacji.

Czas w poruszających się obiektach zdaje się spowalniać swój bieg i naukowcy, którzy uwierzyli w ten nowy przekaz, zakładają, że jeśli wsadzi się człowieka do rakiety i wyśle w kosmos z odpowiednio dużą prędkością, to może się nigdy nie zestarzeć. Jednak według einsteinowskiej mądrości wszystkie ruchy są względne, więc człowiek w rakiecie może uważać, że to Ziemia się porusza, i odczuwać, że to jemu czas biegnie szybciej. W zamieszaniu spowodowanym przez tego rodzaju argumenty, nawet sam Einstein zdawał się zapominać o swoich pierwotnych założeniach. Zjawiska te nie były rzeczywiste, ale pozorne, ponieważ wszystkie informacje pomiędzy obydwiema stronami – astronautą i Ziemią – były transmitowane za pośrednictwem sygnałów przemieszczających się ze skończoną prędkością „c”. Tu wcale nie chodziło o przestrzeń, ale o przesył informacji!¹³

Z tego sposobu rozumowania wynika, że zmianie ulega także informacja o długości – w poruszającym się ciele skróceniu ulegają odległości. Tak miało być zgodnie z oryginalną interpretacją Lorentza. Natomiast Einstein przekonywał, że to iluzoryczny efekt spowodowany sposobem, w jaki mierzymy odległości przy wykorzystaniu sygnałów poruszających się ze skończoną prędkością i emitowanych z obiektów poruszających się względem obserwatora. Należałoby zatem oczekiwać, że skoro to tylko optyczna iluzja, to powinno być możliwe sfotografowanie tego efektu, ale Einstein zaprzeczył temu i nikt w jego czasach nawet nie próbował tego zrobić.¹⁴

Podczas gdy zegary zdają się cykać wolniej, a długości kurczyć, masy w krainie cudów zdają się dla obserwatora pozostającego w spoczynku zwiększać, stawać się cięższe. Ale jak wiemy, wszystko jest względne, więc człowiek w statku kosmicznym będzie utrzymywał, że to ludzie przebywający na Ziemi stają się ciężsi. Kto więc w końcu zyskuje na wadze?