Teória relativity pre každého


1. ÚVOD

Súhlasím s Fridrichom Engelsom, ktorý v článku „Miera pohybu. – Práca“ [1], hneď v jeho úvode, hovorí:

„Možno sa však podarí ukázať, že tam, kde ide o pojmy, dokáže dialektické myslenie aspoň toľko ako matematické výpočty.”

Preto predosielam, že teóriu kozmodriftu som sa snažil odpočiatku tvoriť podľa najlepších zásad dialektiky, teda uprednostňovať názornosť jej základných predstáv (z hľadiska tzv. „zdravého rozumu“) pred matematickým formalizmom, ktorý v Einsteinovej teórii relativity (špeciálnej i všeobecnej) nahrádza túto základnú požiadavku na teóriu so zásadným svetonázorovým dosahom v tak veľkej miere, že kohosi viedla k výstižnému komentáru: „Teória relativity je matematický prízrak bez fyzikálnej kostry.“

Teória kozmodriftu je vlastne alternatívnou teóriou k teórii relativity. Zverejnenie jej podstatných poznatkov chápem ako osobný, svojský príspevok k obdobiu predsedníctva SR v Rade EÚ. Na tomto webe mám zámer podať ju čo najstručnejšie, ale bez oslabenia názornosti jej predstáv, aby si ju mohol osvojiť – pri malej nadsázke – doslova každý.

M. Gardner je autorom rozkošnej populárno-náučnej knižôčky s názvom „Teória relativity pre milióny“, kde približuje dôvody a okolnosti vzniku Einsteinovej špeciálnej teórie relativity (1905), ktorú – spolu so sformulovaním všeobecnej teórie relativity (1916) – mnohí považujú za najväčší intelektuálny počin (vlastne v celej doterajšej histórii ľudstva) a ich autora Alberta Einsteina za najvýznamnejšiu osobnosť 20. storočia.

Samozrejme, M. Gardner nemohol prekonať „Einsteinov tieň“, veď to určite ani nemal v úmysle, a preto sa aj v jeho popularizačnom texte nachádzajú tie isté argumentačné chyby, ktoré si Einstein v svojej snahe „zgeometrizovať fyziku“ a zrelativizovať všetko čo sa len dá, neuvedomil.

Svetoznámy Stephen Hawking sa vraj vyjadril, že svoju knihu „Stručná história času“ písal s vedomím, že použitie čo len jedného matematického vzorca v texte môže znížiť počet jej čitateľov na polovicu.

V teórii kozmodriftu, ktorú by som rád videl v pozícii teórie relativity prakticky pre všetkých (nie len pre milióny), sa nemôžem vyhnúť použitiu viacerých matematických vzťahov, lebo sa to jednoducho nedá – ak mám dostatočne objasniť nie len kvalitatívne, ale aj kvantitatívne fyzikálne vzťahy, objektívne sa uplatňujúce v prírode. Výklad kvalitatívnych vzťahov poskytne pozoruhodný svetonázorový obraz fyzikálnej reality. Použité kvantitatívne vzťahy, na úrovni nižšej stredoškolskej matematiky, podporia správnosť tohto obrazu.

Možno konštatovať, že špeciálna teória relativity je uzavretá fyzikálna teória, jednoznačne závislá od výrazu

Obr.1

a tento fakt nedovoľuje pripustiť iný priebeh relativistických javov, predovšetkým závislosť narastania hmotnosti telies v závislosti od ich (pozorovanej) rýchlosti. Toto môže byť skúšobným kameňom jej pravdivosti.

Teória kozmodriftu predvída, že napr. priebeh tohto relativistického javu, povedzme na Marse, vykáže malú odlišnosť. Zem a Mars majú totiž nepatrne rozdielne tzv. vlastné kozmodrifty. To vyplýva z konštatovaných rozdielnych rýchlostí ich pohybu v okolí Slnka (pre Zem sa uvažuje rýchlosť 30 km/s, pre Mars je to cca 25 km/s), t.j. z ich nepatrne rozdielnych tzv. „vlastných kozmodriftov”. (Tento pojem vysvetlím neskôr. – pozn. autora)

Ak sa raz ľudia dostanú na Mars a vybudujú tam presnú kópiu urýchľovača elementárnych častíc na Zemi (obidva teda budú mať úplne rovnaké technické parametre), asi zistia, že elektrón urýchľovaný na Marse „oťažieva” trochu iným spôsobom ako elektrón urýchľovaný na Zemi. To bude pre fyzikov určite tristné poznanie. – Čím teraz nahradiť špeciálnu teóriu relativity, z čoho vychádzať?

Teória kozmodriftu predvída aj iné prekvapujúce veci.

Ak by zo Zeme odštartovali rovnakými rýchlosťami dve rovnaké rakety – do protiľahlých smerov, kolmých na smer kozmodriftu (kozmodrift je astronomický pohyb, ktorý presnejšie špecifikujem tak isto neskôr, v nasledujúcom výklade), časom by nadobudli rovnako veľký vlastný kozmodrift, dostatočne odlišný od vlastného kozmodriftu Zeme. Priebeh relativistických efektov na ich palubách by bol navzájom rovnaký, ale odlišný od priebehu relativistických efektov na Zemi.

Ak by zo Zeme odštartovali rovnakými rýchlosťami dve rovnaké rakety – jedna do smeru kozmodriftu a druhá presne proti nemu – časom by nadobudli rozdielne veľké vlastné kozmodrifty. V dôsledku toho by sa postupne zvýšila stabilita látkovej štruktúry všetkej hmoty, všetkých konštrukčných materiálov – i telesnej stavby kozmonautov na palube rakety, ktorá by letela v smere kozmodriftu. Stabilita látkových štruktúr u druhej rakety by sa naopak postupne znižovala, a, ak by bol tento trend dlhodobý, napokon by zanikla – možno formou prudkej explózie všetkého hmotného, podobnej jadrovému výbuchu.

Ako autor teórie kozmodriftu môžem tiež predoslať tvrdenia, že obidva postuláty špeciálnej teórie relativity sú chybné. Michelsonov-Morleyov experiment nie je dodnes správne pochopený. Einstein síce určil vzťah medzi hmotnosťou a energiou, na nej naviazanou –

Obr.2

– ale nevysvetlil, prečo je to práve tak, a nie ináč. Vieme iba, že rýchlosť c – rýchlosť svetla vo vákuu – predstavuje maximálnu rýchlosť v prírode a ako taká predstavuje c jednu z prírodných konštánt. Naviac, pripúšťa mystický proces premeny energie na hmotnosť a naopak, čo je problematická predstava z hľadiska tzv. „zdravého rozumu”. Rovnako, v pojme „časopriestor”, spája dve naprosto rozdielne entity. Možno ukázať, že „čas” nepôsobí na priestor, ale na hmotnú štruktúru telies.

Einstein tvrdí, že plynutie času, napr. v rakete, závisí od jej rýchlosti. V rýchlejšej rakete čas plynie pomalšie ako v pomalšej rakete. Predstavme si teda, že zo Zeme vyštartuje prvá, väčšia raketa, dosiahne v priestore určitú rýchlosť a ďalej sa bude pohybovať zotrvačnosťou. Po určitom čase vyštartuje rovnakým smerom druhá, menšia raketa, ktorá dosiahne dvojnásobnú rýchlosť, takže raz prvú raketu dobehne. Prvá raketa otvorí tzv. preletovú komoru, v ktorej plynie čas rovnako ako vo zvyšku rakety. Druhá raketa, keďže je rýchlejšia, vletí do otvorenej preletovej komory a na krátku chvíľu v nej pobudne, kým ju nepreletí celú, kým z nej nevyletí a nezanechá ju definitívne v priestore za sebou.

Aký čas plynie v rýchlejšej rakete počas preletu preletovou komorou pomalšej rakety?

Rýchlejšia raketa sa vtedy nachádza vo vnútri pomalšej rakety, ktorej „palubný čas” by sa mal vzťahovať aj na objem rýchlejšej rakety. Rýchlejšia raketa však má svoj osobitný palubný čas, ktorý plynie pomalšie! To je spor.

Riešením sporu môže byť predpoklad, že palubný čas pôsobí len na príslušné palubné hodiny (a rovnako tak na všetko hmotné v rakete), lebo sú hmotné, nech už fungujú na akomkoľvek princípe, a na rýchlosť ich vnútorných procesov vplýva rýchlosť vlastnej rakety. Palubný čas však v žiadnom prípade nepôsobí na vnútorný priestor rakiet, teda ani na ich dočasný spoločný priestor. Čas nemožno skĺbiť s priestorom do jednej entity nijakým spôsobom – pojmu „časopriestor“ reálne nič nezodpovedá. Je to len jedna z chimér, ktoré vznikli v oblasti pojmov z dôvodu nesprávneho chápania objektívnej reality. Zmena chodu hodín, v dôsledku meniacej sa rýchlosti ich pohybu, je skôr podobná obyčajnému meškaniu mechanických hodín v dôsledku zmeny dĺžky ich kyvadla, napr. vplyvom teplotnej rozťažnosti kyvadla. Čas, ktorý vníma naše vedomie a o ktorom Newton uvažoval ako o „matematickom čase“, je niečo iné. Jeho podstata vyplynie z ďalšieho výkladu, a – predosielam – tiež ho nijako nemožno skĺbiť s (euklidovským) priestorom do jednej entity.

Doteraz sa vo fyzike nevyvinula ani predstava reálneho významu pohybu.

Pokoj je len špeciálny prípad pohybu a, ako taký, je relatívny. Všetky reálne telesá sa pohybujú nejakým konkrétnym pohybom vo vesmírnom priestore, mierne odlišným od kozmodriftu, či už sa nachádzajú na Zemi alebo niekde inde vo vesmíre. Z toho dôvodu sú nositeľmi konkrétneho množstva energie, ktorá je mierou pohybu telesa nie len z hľadiska pozorovanej formy (tvaru) telesa, ale aj z hľadiska jeho obsahu, t.j. z hľadiska jeho vnútornej látkovej štruktúry.

Vo všeobecnosti, hladina energie E = mc2, na ktorej existuje náš reálny svet, je najdôležitejším predpokladom geologického vývoja prirodzených kozmických telies a ich sústav, a tiež evolúcie rôznych životných foriem na nich – vrátane vedomia. A táto hladina energie bezprostredne súvisí s vysokou rýchlosťou kozmodriftu. Nie je mi známe, že by tento fakt doteraz niekto konštatoval, a aj bral do úvahy pri akomkoľvek skúmaní prírodných dejov.

Poznatok, že každá akcia, pri dejoch rôzneho druhu (napr. mechanických, elektromagnetických), indukuje rovnako veľkú, opačne orientovanú reakciu, možno zdôvodniť existenciou zákona zachovania energie. Na druhej strane, veľmi vysoká hladina energie E = mc2 umožňuje tušiť, prečo asi má neživá príroda (zrejme širokú) paletu možností ako „zatajovať” veľkosť objektívneho pohybu zemegule (jej vlastného kozmodriftu). Ten sa nepodarilo preukázať ani pomocou Michelsonovho-Morleyovho experimentu, lebo jeho autori predpokladali rýchlosť hľadaného pohybu o mnoho rádov nižšiu.

Pri všetkých bežných dejoch dochádza k zmene formy len nepatrného zlomku celkovej energie, obsiahnutej vo vzájomne pôsobiacich telesách, a toto je najistejšou zárukou stability ich látkovej štruktúry. Ak im ju zámerne uberáme, snažia sa ju zachovať (napr. zotrvačný odpor). Ak im ju dodávame naviac, snažia sa jej zbaviť. Rozžeravená hmota akéhokoľvek druhu vyžaruje svetlo a teplo, lebo sa pokúša zachovať si svoju vnútornú štruktúru. Ako príklad uvediem železo. – 1 kg železa obsahuje podľa slávneho Einsteinovho vzorca 9.1016 J energie. Merné teplo železa je, pri teplote 20°C, 452 J/kg.deg. Keď toto železo zohrejeme na teplotu 1200°C, t.j. dodáme mu cca 545 000 J energie, rozžeraví sa dobiela, intenzívne žiari a sála. Robí všetko pre to, aby si uchovalo svoju kovovú mriežku, vnútornú štruktúru kovu. Dodaná energia 1 000 000 J spôsobí, že 1 kg železa sa bezpečne roztaví. Po dodaní 10 000 000 J z neho zostanú už len železné pary! Pritom 10 000 000 J predstavuje približne len jednu desaťmiliardtinu z celkovej energie pozorovaného železa.

Popísalo sa veľmi veľa o tom, aká veľká (a ako veľmi nepravdepodobná) je to náhoda, že človek, ako biologický druh a zároveň výnimočne mysliaca bytosť, vznikol v našej Galaxii. V slnečnej sústave hviezdy-nášho Slnka, ktoré má akurátny vek, hmotnosť a teplotu, v jeho ekosfére, na planéte Zem, ktorá má príhodné magnetické pole, atmosféru s molekulovým kyslíkom i ozónovou vrstvou a dostatok vody, dokonca aj vlastný satelit – Mesiac. To všetko synergickým efektom umožnilo evolúciu na Zemi.

Neviem o tom, žeby sa niekto niekedy zamýšľal nad tým, že najpodstatnejším faktorom dlhodobej a dostatočnej stability pomerov na Zemi, najdôležitejším predpokladom evolúcie, až do úrovne ľudského vedomia, je vysoká hladina energie (E = mc2), na ktorej toto všetko koexistuje. Zamyslime sa nad tým, ako veľmi – aj napriek tomu – musí byť chránené naše vedomie pred zásahmi energie zvonku, a to aj v ďaleko nepatrnejšom množstve, než ktoré som uviedol v príklade so železom. Za svoju existenciu teda vďačíme veľmi vysokej rýchlosti nášho kozmodriftu.

2. VYSVETLENIE POJMU KOZMODRIFT

V r. 1968 som skončil dochádzku na základnej deväťročnej škole. V tých časoch si bolo možné za 20,-Kčs predplatného ročne objednať desať brožovaných čísel mesačníka „Matematicko-fyzikálne rozhľady“. Tam som sa stretol asi s takýmto teoretickým príkladom:

Po palube lode, plaviacej sa rozbúreným morom po rovníku smerom na východ, sa tacká opitý námorník. Akou rýchlosťou sa pohybuje koniec malej ručičky námorníkových hodiniek?

Riešenie závisí od toho, vzhľadom na čo uvažujeme pohyb predmetnej ručičky. Inými slovami, hľadaná rýchlosť závisí od voľby súradnicovej sústavy, v ktorej pozorujeme námorníkove hodinky. Pre poriadok: pojmom „súradnicová sústava“ rozumieme osvedčenú, v prípade potreby priestorovo neohraničenú, pravoúhlu karteziánsku súradnicovú sústavu vo, vedomiu dôverne známom, nekonečnom euklidovskom priestore. T.j. v trojrozmernom priestore s nulovom krivosťou – tzv. „plochom“ priestore.

Povedzme, že obvod ciferníka námorníkovych hodiniek je 12 cm.

Potom rýchlosť konca malej ručičky vzhľadom na samotné hodinky je 1 cm/hod.

Ak abstrahujeme od kolísania paluby lode na rozbúrenom mori a zanedbáme tackanie opitého námorníka, vzhľadom na palubu lode sa pozorovaný bod pohybuje rýchlosťou rádovo 1 m/s, pretože neistá chôdza námorníka je sotva rýchlejšia.

Ak sa námorníkova loď plaví po besniacej morskej hladine rýchlosťou 36 km/hod., všetky doteraz analyzované pohyby možno zanedbať a prikloniť sa k názoru, že pozorovaný bod je unášaný (pohybom lode) rýchlosťou 10 m/s.

Z dôvodu rotačného pohybu Zeme okolo vlastnej osi, že sa loď plaví po rovníku východným smerom, je uvažovaný bod unášaný priestorom súradnicovej sústavy, v ktorej sa Zem otočí raz za 24 hodín, rýchlosťou 463 m/s.

V súradnicovej sústave, v ktorej predstavuje Slnko nehybný stred našej slnečnej sústavy, sa Zem pohybuje astronomickým pohybom, priemernou rýchlosťou 30 000 m/s, t.j. 30 km/s.

Ako vidíme, rýchlosť pozorovaného bodu, vyjadrená rovnakou mierkou, aby boli jednotlivé zistené hodnoty ľahko porovnateľné, čoraz viac vzrastá, Vzrastá v dôsledku zmeny súradnicových sústav za čoraz priestorovo rozľahlejšie – a preto zahŕňajúce čoraz väčší a komplexnejší „výrez“ objektívnej reality. Aby sme nestratili prehľadnosť porovnávania zistených hodnôt, pri ďalšom postupe je rozumné zmeniť mierku rýchlosti pohybu tisícnásobne tým, že prejdeme od vyjadrovania rýchlosti v m/s na km/s. Bude to stačiť? Predbežne nevieme.

Vieme však od astronómov, že v súradnicovej sústave, v ktorej považujeme za nehybný stred našej Galaxie, sa naše Slnko – v dôsledku jej rotácie okolo vlastnej osi – astronomicky pohybuje rýchlosťou rádovo 200 km/s. (Nikto to nevie celkom presne, preto sa rôznia aj údaje o tejto rýchlosti v jednotlivých encyklopedických dielach.) Spolu so Slnkom „letia“ aj námorníkove hodinky, ako aj všetko ostatné na Zemi.

Astronómovia pozorovaním zistili, že galaxií je vo vesmíre nesmierne mnoho a že, aj napriek veľkým odstupom od seba, na seba vzájomne silovo pôsobia. Predpokladá sa, že sa jedná o gravitačné pôsobenie. V dôsledku toho sa zoskupujú do tzv. kôp galaxií, ba aj do ešte rozmernejších systémov – do nadkôp galaxií. Čo je ešte ďalej, tak ďaleko, že to presahuje aj rozmerovú škálu nadkôp galaxií, naisto nevedno.

Na spôsob vyššie uvedených konštatovaní o rôzne nazeranom pohybe námorníkovych hodiniek, možno hypoteticky predpokladať aj existenciu ešte nejakých ďalších translačných (posuvných, priamočiarych) i rotačných pohybov týchto vesmírnych systémov v (nekonečnom?) priestore, aj keď ich nevieme (predbežne?) priamo pozorovať a teda aj dokázať.

Ak takéto pohyby naozaj existujú, ich konečnú výslednicu (v absolútnom alebo objektívnom zmysle) nazvime pojmom „kozmodrift“.

Tento pojem sa skladá z dvoch slov – „kozmos“ a „drift“. Kozmos predstavuje veľmi rozľahlý, možno vôbec neohraničený, nekonečný (euklidovský) priestor a drift je výraz, pôvodne z námorníckeho prostredia, označujúci pohyb kolmo na niečo, konkrétne – na mori – pohyb lode kolmo na morský prúd.

Akýkoľvek (rovnomerný) priamočiary pohyb priestorom možno nazvať pohybom priestorom naprieč – driftom. Podobne, výsledný astronomický pohyb kozmických (vesmírnych) telies svetovým priestorom, som, pre potreby svojej teórie, nazval kozmodriftom.

Potom priestor, priestorovú hladinu, o ktorej vieme preukázať, že v nej objektívne pôsobí kozmodrift, možno nazvať aj „kozmodriftovým priestorom“ – skrátene K-priestorom. Je možné, že K-priestor je totožný s absolútnym priestorom. Pretože to nevieme naisto, ponecháme si v zálohe predpoklad, že absolútny priestor je ešte nižšia priestorová hladina. K-priestor v tom prípade môžeme považovať za „objektívny priestor“, priestor našej praktickej existencie, priestor nami pozorovaného vesmíru.

Kozmodrift je, ako sme videli, na vyššie uvedených príkladoch rôzneho nazerania na pohyb jednych a tých istých námorníkovych hodiniek, prevládajúci pohyb vo zvolenej súradnicovej sústave.

V r. 1975 som predpokladal, že jeho rýchlosť je 40 000 – 60 000 km/s. Nemal som nato žiaden racionálny dôvod, iba intuíciu. Bol to môj osobný predpoklad (tip) v danej veci, ktorý – dovolím si povedať – zohral pozitívnu úlohu v mojom ďalšom snažení vyriešiť otázku kozmodriftu.

Z tohto predpokladu vyplýva, že rozdiely medzi pohybmi všetkých súradnicových sústav, ktoré si z určitého dôvodu na Zemi zvolíme, sú vzhľadom na tak veľkú hodnotu rýchlosti pohybu, ktorý vo vesmírnom priestore konajú, viac-menej zanedbateľné.

Aké súradnicové sústavy mám na mysli?

Nech experimentátor pracuje vo svojom laboratóriu na niektorom poschodí vedeckého ústavu. Priestor laboratória môže predstavovať priestor rozmerovo obmedzenej pravoúhlej súradnicovej sústavy, ktorej súradnicové osi sa môžu stretať vo zvolenom kúte miestnosti.

Táto sústava je priestorovo „vnorená“ do súradnicovej sústavy, ktorá je spojená s budovou vedeckého ústavu. Ústav je súčasťou mesta, mesto súčasťou krajiny atď.

Možno povedať, že načrtnutý reťazec súradnicových sústav predstavuje reťazec priestorových úrovní všeobecne chápaného euklidovského priestoru, pričom priestorovo menšia sústava je vnorená do priestorovo rozľahlejšej sústavy. Tiež môžeme označiť priestorovo menšiu súradnicovú sústavu ako „vyššiu priestorovú hladinu“ a priestorovo rozľahlejšiu sústavu ako „nižšiu priestorovú hladinu“. Je síce pravda, že predstava každej karteziánskej súradnicovej sústavy je abstrakcia, a ako taká môže siahať do nekonečna. Nekonečne dlhé môžu byť aj všetky jej súradnicové osi. Ako sme však videli, v praxi sa vždy nájde dôvod, prečo je vhodné rozmery uvažovanej súradnicovej sústavy obmedziť (na tzv. „pozorovateľný priestor“ – skrátene P-priestor). Nemusí to byť len neprehľadnosť stien miestností alebo budov. Napríklad nemôžeme priamo pozorovať deje za nejakým krajinným horizontom, ale tiež nemôžme pozorovať hviezdy cez jas dennej oblohy.

Všade na Zemi (vesmír teraz ponechajme bokom) platia rovnaké prírodné (fyzikálne) zákony. Ako ukážem ďalej, možno vychádzať z predpokladu, že tieto zákony objektívne existujú na najnižšej možnej priestorovej úrovni – v absolútnom priestore – a ich podstatu možno vyjadriť konkrétnym matematickým tvarom, ktorý má absolútnu platnosť. Pri pozorovaní prírodných dejov na vyšších priestorových hladinách sa však ich priebeh a pôsobenie prírodných zákonov nemusí javiť komplexne, v celej šírke, ale iba čiastočne, špecificky. V takom prípade nevnímame objektívny priebeh deja ani objektívny tvar niektorého prírodného zákona, podľa ktorého daný dej prebieha, ale iba ich akési „priemety“ do kulisy pozorovaných prírodných daností. Ak ten zákon vôbec objavíme, uvedomujeme si teda len jeho relatívny tvar.

Ukazuje sa tu paralela: podobne, ako sme schopní vnímať len relatívne pohyby, pri nedostatku nadhľadu nad fyzikálnou problematikou, dokážeme pritom postrehnúť len relatívny (a nie komplexný) rozsah pôsobenia objektívnych zákonov. Túto skutočnosť nemožno nijako opomínať pri akejkoľvek snahe po dokonalejšom poznaní.

Skutočný význam týchto tvrdení sa čitateľovi ozrejmí neskôr, napr. na príklade skutočného významu pojmu hybnosť, na príklade „objektívneho“ (absolútneho?) tvaru zákona sily alebo pri riešení otázky povahy pozorovanej rýchlosti svetla (predosielam – je relatívna). Ale už aj teraz môžem čitateľovi poskytnúť konkrétne príklady na ilustráciu vyššie uvedeného, a aj na zamyslenie.

Svetelný lúč prechádza skleneným pohárom naplneným vodou. Index lomu skla a vody je prakticky rovnaký. Vieme, že svetlo sa vo vode šíri rýchlosťou cca 225 000 km/s. Vie si niekto predstaviť (a aj verí tomu?), že svetelný lúč možno na dráhe, rovnej hrúbke rozhrania vzduch-sklo, resp. vzduch-voda (a potom zas naopak), ktorú možno vyjadriť v nanometroch, prípadne mikrometroch, zabrzdiť na rýchlosť o 75 000 km/s menšiu? Aká veľká by to musela byť sila, hoci by pôsobila čo len na nepatrný fotón!

Situácia vyzerá hneď úplne ináč, reálnejšie a pre našu predstavivosť prijateľnejšie, keď pri tomto deji zohľadníme trebárs len astronomický pohyb Zeme v okolí Slnka, a to rýchlosťou cca 30 km/s. Ak prechod svetelného lúča optickým rozhraním vzduch-sklo(voda) trvá napr. jednu milióntinu sekundy, Zem sa za ten čas v astronomickom priestore posunie o tri centimetre. To je rádove 10 000 000-krát dlhšia dráha, ako keby bola hrúbka rozhrania rádove nanometre, alebo 10 000-krát dlhšia dráha, ako keby bola hrúbka rozhrania rádove mikrometre. V tom istom pomere môže byť pôsobiaca sila, odpor optického prostredia voči šíreniu svetla, menšia. To je len príklad, pri ktorom netrvám na uvedených hodnotách.

Iným príkladom je tzv. ohniskový paradox.

Predstavme si optickú spojku, cez ktorú prechádza monochromatické svetlo a spojka ho koncentruje do jediného bodu priestoru – do ohniska. Ako je možné, že v tomto jedinom bode sa svetelné lúče navzájom neovplyvňujú? Už antickí učenci, ktorí sa zaoberali geometrickou optikou (pretože na iné optické odbory jednoducho nemali ani materiálne prostriedky ani potrebné vedomosti), odpovedali na túto zdanlivo jednoduchú otázku teóriou ad hoc (teóriou pre daný prípad) – tzv. princípom nezávislosti optických lúčov.

Dnes máme prostriedky na podstatné zvyšovanie intenzity monochromatického svetla, a, dovolím si tvrdiť, princíp nezávislosti optických lúčov sa osvedčí aj v tomto prípade. Ako je to možné? A znova zohľadnime v experimente čo len uvažovaný astronomický pohyb Zeme v okolí Slnka. Ten spôsobuje, že svetelné lúče sa nekrižujú v ohnisku, takmer bezrozmernom bode, ale sa míňajú na dráhe s dostatočnou dĺžkou nato, aby sa navzájom nenarušovali.

Uvedené príklady sú ilustráciou toho, o akú názornosť úvah pri riešení prírodovedných problémov je žiaduce sa snažiť, aby sme mali šancu dopracovať sa k dokonalejšiemu svetonázoru.

Vráťme sa teraz k viac všeobecnej problematike kozmodriftu.

Všetky hmotné objekty, v danej súradnicovej sústave (zvolenej pozorovateľom, v P-priestore), sa objektívne pohybujú vlastnými pohybmi v K-priestore. Tieto pohyby sú však potom výslednicou dvoch vektorových zložiek. Jedna je spoločná pre všetky hmotné objekty v danej súradnicovej sústave a, čo do veľkosti rýchlosti a smeru, je zhodná s rýchlosťou a smerom prevládajúceho pohybu. Je to kozmodrift danej súradnicovej sústavy. Kozmodriftom sa pohybuje aj samotný pozorovateľ, ak považuje svoje pozorovacie stanovisko vo zvolenej súradnicovej sústave (v P-priestore) za nehybné.

Druhá vektorová zložka hmotných objektov špecifikuje pozorované lokálne pohyby týchto objektov v danej súradnicovej sústave. Takto chápaný vlastný pohyb hmotných objektov je ich „vlastný kozmodrift“ v K-priestore. (Inými slovami, telesá pohybujúce sa vlastným kozmodriftom, sa pohybujú priestorom po tzv. „svetočiarach“, ktorých pojem poznáme z inej fyzikálnej koncepcie.) Lokálne pohyby (pozorovateľné v P-priestore) sú tým pádom relatívne, a sú vlastne len „priemetom“ objektívnych pohybov – vlastných kozmodriftov – jednotlivých telies z K-priestoru do P-priestoru.

Ak sledujeme pohyby okolo seba, napr. astronomický pohyb Zeme v okolí Slnka pritom nevnímame, a vlastný kozmodrift Zeme si už vôbec nemáme ako uvedomiť. Ale existuje, podlieha mu všetko okolo nás, vrátane nás samých.

Predstavme si popisovanú skutočnosť pomocou obrázkov.

Obr.1 - Vplyv kozmodriftu na pohyb telies T1, T2 a pozorovateľa P
Obr.1 – Vplyv kozmodriftu na pohyb telies T1, T2 a pozorovateľa P

Na obr.1 je zobrazená situácia v súradnicovej sústave, ktorá sa pohybuje rýchlosťou kozmodriftu w, ako ju vidí nejaký nezávislý, objektívne nehybný pozorovateľ X.

Teleso T1 koná v sústave lokálny pohyb rýchlosťou v1, ale pozorovateľ X ho vidí pohybovať sa vlastným kozmodriftom o rýchlosti w1 . Teleso T2 koná v sústave lokálny pohyb rýchlosťou v2, ale pozorovateľ X ho vidí pohybovať sa vlastným kozmodriftom o rýchlosti w2. Pozorovateľa P, ktorý sa vzhľadom na svoju súradnicovú sústavu nachádza v pokoji, vidí pozorovateľ X pohybovať sa kozmodriftom o rýchlosti w.

Obr.2 - Pozorovateľ P sleduje relatívny pohyb telies T1 a T2
Obr.2 – Pozorovateľ P sleduje relatívny pohyb telies T1 a T2

Pre pozorovateľa, v ľubovolne zvolenej súradnicovej sústave, je takto definovaný kozmodriftový pohyb nepostrehnuteľný, pretože svojou veľkosťou a smerom „presahuje“ reálne hranice zvolenej súradnicovej sústavy. Svojím spôsobom možno povedať, že predstavuje systematickú chybu pozorovania pohybu z pohľadu konkrétneho pozorovateľa. Jeho zmyslom je prístupné len pozorovanie druhej vektorovej zložky vlastného kozmodriftu, čo v konečnom dôsledku znamená pozorovanie istého relatívneho pohybu.

Preto na obr. 2 pozorovateľ P svoj vlastný pohyb (rýchlosťou w) nevníma a nazdáva sa, že teleso T1 sa pohybuje len pohybom o rýchlosti v1 a teleso T2 sa pohybuje pohybom o rýchlosti v2.

3. HISTORICKÝ VÝVOJ POZNANIA A SVETONÁZORU
Pre historický vývoj vedeckého svetonázoru, ako ukazujú podstatné fakty, ktoré som podľa svojho subjektívneho výberu zahrnul do nižšie uvedeného tabuľkového prehľadu, je príznačný postup od Ptolemaiovho geocentrického videnia sveta, cez Koperníkovu heliocentrickú sústavu, k Einsteinovmu obrazu sveta, kde je všetko relatívne, s výnimkou zopár (aj postulovaných) prírodných konštánt.

Výkričníkom v zátvorkách som označil momenty, kde došlo – podľa mojej mienky – pri objave nových poznatkov k nepochopeniu ich skutočného významu a do vedeckého poznania sa tým (samozrejme, nevedome a neúmyselne) dostali chyby, ktoré v konečnom dôsledku odklonili historický vývoj vedeckého svetonázoru zo správnej cesty.

Namiesto vývoja, lemovaného hlavnými míľnikmi geocentrická sústava – heliocentrická sústava – helio-dynamická sústava, v ktorej relativistické javy nie sú nič nepochopiteľné, ba až mystické, lebo sú zákonitým prejavujúcim sa dôsledkom zmyslami nepostrehnuteľného kozmodriftu, došlo koncom 19. storočia, vplyvom značného množstva nečakaných vedeckých objavov zásadného významu, k mätúcej a neprehľadnej situácii.

Fyzika sa nedlho pred tým považovala prakticky za zavŕšenú, dobre utriedenú vednú disciplínu, kde už nemožno očakávať nič prekvapujúce. Existovali len dva nevyriešené problémy: rozdelenie energie v spektre žiarenia absolútne čierneho telesa a negatívny výsledok Michelsonovho-Morleyovho experimentu. A zrazu nastala situácia, keď sa zdalo sa, že všetko je možné.

Túto zvláštnu dobu azda najlepšie charakterizuje výrok:

„Pane, vaša teória nie je dosť bláznivá nato, aby mohla byť pravdivá.“

V tomto zmätku prišiel Henri Poincaré s predpokladom, ktorý si Albert Einstein osvojil ako prvý postulát svojej špeciálnej teórie relativity. Obrazne povedané, týmto počinom prehodil výhybku na trati k objektívnemu vedeckému svetonázoru na slepú koľaj.

Historický prehľad dôležitých osobností a poznatkov

Letopočet Učenec Prínos
428/427-374 pr.n.l. Platón Obraz Platónovej jaskyne
384 – 322 pr.n.l. Aristoteles Pochopil, že Zem má tvar gule – poznanie tvaru zemegule odvodené zo zatmení Mesiaca
276 – 194 pr.n.l Eratostenes z Kyrény Výpočet rozmerov zemegule na základe experimentálnych pozorovaní okolo r. 240 pr.n.l.
asi 85 – 166 n.l. Klaudios Ptolemaios geocentrická sústava
dokonalý pohyb je kruhový pohyb
okolo r. 1200 Villard Villardovo koleso – perpetuum mobile; nepoznali pojem energie ani zákon jej zachovania
umrel okolo r. 1349 Occam William Occamova britva
1533 – 1592 Michel de Montaigne, skeptik citát: „So všetkou zodpovednosťou môžem potvrdiť, že existujú dva typy hlúposti. Jedna je negramotná, tá vede predchádza. Druhá je nadutá a povýšenecká, tá prichádza za ňou. Druhý typ hlúposti sama veda plodí a rozvíja, kým ten prvý odstraňuje a zabíja.“
1473 – 1543 Mikuláš Kopernik heliocentrická sústava
argumenty proti: nebol známy ani len pojem zotrvačnosti
1564 – 1642 Galileo Galilei mechanický princíp relativity
rovnocennosť inerciálnych súradnicových sústav (!)
1546 – 1601 Tycho de Brahe špecifická sústava sveta
niektoré výsledky pozorovaní presnejšie ako Keplerove
1571 – 1630 Johannes Kepler Keplerove zákony (!)
1596 – 1650 René Descartes kartezíánske súradnice; základ súradnicových sústav
1643 – 1727 Isaac Newton pohybové zákony – zákon sily (!)
všeobecný gravitačný zákon
podstatu gravitácie nedokázal objasniť
uznával euklidovský priestor a tzv. matematický čas
zakladateľ infinitezimálneho počtu
„Od čias Newtonovych Matematických princípov prírodnej filozofie (1687) veda nemá iné princípy ako matematické.“
nebol známy pojem energie ani zákon jej zachovania
1644 – 1710 Ole Christensen Roemer V roku 1676 určil na základe pozorovania zákrytu Jupitera a jeho mesiacov rýchlosť svetla.
1736 – 1806 Ch. Augustin Coulomb Coulombov zákon
1758 – 1840 Heinrich Olbers Olbersov fotometrický paradox
1820 – 1895 Fridrich Engels systematizátor marxistickej filozofie, dialektik
Dialektika prírody – dve miery pohybu
článok „Miera pohybu. – Práca.“
1822 – 1888 Rudolf Clausius zaviedol pojem entropie , „Clausiova tepelná smrť vesmíru“
1831 – 1879 James Clark Maxwell Maxwellove rovnice, prepojenie elektriny a magnetizmu s optikou
zdanlivé zavŕšenie klasickej fyziky – s výnimkou dvoch momentov
1875 James Clark Maxwell návrh princípu Michelsonovho-Morleyovho experimentu
1848 – 1919 Roland Eötvös rovnosť zotrvačnej a gravitačnej hmotnosti
„príroda nám tým chce niečo povedať“
1849 – 1924 Hugo von Seeliger Seeligerov gravitačný paradox, 1895
1852 – 1908 Antoine Henry Becquerel objav prirodzenej rádioaktivity, 1896
1853 – 1928 Hendrik Antoon Lorentz Lorentzova transformácia
kontrakcia dĺžky, dilatácia času
1854 – 1912 Henri Poincaré vyslovil domnienku, že v prírode existuje taký zákon, že objavenie éterického vetra akýmkoľvek experimentom je nemožné, t.j. neexistuje spôsob, ako určiť absolútnu rýchlosť (!)
1858 – 1947 Max Planck Planckova konštanta
rozloženie energie v spektre žiarenia absolútne čierneho telesa
1878 – 1909 Walter Ritz balistický princíp – vektorové skladanie rýchlostí
vystupoval proti Maxwellovej-Lorentzovej teórii
1879 -1955 Albert Einstein zakladateľ relativistickej fyziky
1881 Michelson/Morley Michelsonov-Morleyov experiment
1882 – 1944 sir Arthur Stanley Eddington propagátor teórie relativity
1889 – 1953 Edwin Powell Hubble prvý rozoznal hviezdy v galaxiách, 1926
červený posun,
rozpínanie vesmíru (alebo starnutie svetla?)
teória Veľkého tresku
1905 Albert Einstein špeciálna teória relativity
nemožnosť rozlíšenia relatívneho pokoja alebo inerciálneho pohybu
rýchlosť svetla vo vákuu – c – univerzálna prír. konštanta (!)
časopriestor (plochý)
relativistické narastanie hmotnosti
rýchlosť svetla c – maximálna rýchlosť v prírode
relativistické skladanie rýchlostí: c + c = c (!)
ekvivalencia hmotnosti a energie: E = mc2
1916 Albert Einstein všeobecná teória relativity
časopriestor zakrivený v dôsledku prítomnosti hmoty
neeuklidovské geometrie, tenzorový počet
1919 sir Arthur Stanley Eddington „potvrdenie“ všeobecnej teórie relativity
pozorovanie ohybu svetla pri úplnom zatmení slnka
1929 Edwin Powell Hubble červený posun, rozpínanie vesmíru (alebo starnutie svetla?)
teória Veľkého tresku
1921 – 1989 Andrej Dmitrijevič Sacharov spolutvorca sovietskej vodíkovej bomby
„Pokusy pochopiť vesmír sú jednou z mála vecí, ktoré povznášajú ľudský život nad úroveň frašky a pridávajú mu črty vznešenej tragédie.“

Vráťme sa na počiatok.

Ptolemaios vo svojom učení zhrnul najlepšie výsledky pozorovaní svojich predchodcov, i svoje vlastné, a snažil sa ich systematizovať do racionálneho obrazu podľa vtedajších idealistických predstáv. Prírodopisných a zemepisných poznatkov, týkajúcich sa pozemských vecí, bolo veľmi málo. Popísal, čo videl: krajina okolo neho sa nehýbala, vnímal ju v pokoji, slnko putovalo po dennej a Mesiac s ostatnými planétami po nočnej oblohe. Zem teda považoval za nehybný stred vesmíru. V astronómii panovala predstava, že v nebeských sférach musí byť všetko dokonalé. Za dokonalý sa vtedy považoval kruhový pohyb. No už pozorované pohyby prvých známych planét vykazovali odchýlky od tohto ideálu.

Je pozoruhodné, že už Aristoteles, dávno pred Ptolemaiom, odhadol správny tvar Zeme, keď si uvedomil, že pri pozorovaní čiastočného zatmenia Mesiaca pozoruje zaoblený tvar tieňa zemegule. Eratostenes z Kyrény potom, z iných astronomických pozorovaní, určil obvod zemegule na 250 000 stadií. Potiaž je v tom, že nepoznáme hodnotu tejto historickej jednotky vzdialenosti v metroch. Niektorí však tvrdia, že to mohlo predstavovať až 39 000 km, čo by bol na vtedajšiu dobu vynikajúci výsledok.

Antická učenosť sa, v dôsledku rôznych neblahých historických udalostí, stratila alebo upadla do zabudnutia. Prešlo poldruha tisícročia, a stredoveký obraz sveta nikam nepokročil, ba prakticky zaostával za antickými predstavami. Ako si ho predstavoval stredoveký tmár, ukazuje nasledujúci obrázok.

Stredoveký obraz sveta
Stredoveký obraz sveta

O čiastočný, v jeho dobe však zásadný, pokrok v ponímaní sveta sa pričinil až Mikuláš Kopernik svojou heliocentrickou sústavou sveta. Na miesto zemegule položil Slnko, okolo ktorého – spolu s ostatnými známymi planétami – obiehala odteraz aj Zem. Heliocentrická sústava bola ešte komplikovanejšia ako geocentrická sústava.

Kopernik sa svoje poznatky počas života neodvážil zverejniť, resp. sa – údajne – prvého výtlačku svojho diela „Obehy nebeských sfér“ dočkal až na smrteľnej posteli v r. 1543 (slovenský preklad vyšiel v roku 1974). Čoho sa Kopernik tak veľmi musel báť?

Bola to atmosféra doby, na margo ktorej Michel de Montaigne, v čase Kopernikovej smrti ešte len desaťročný chlapec, neskôr povedal: „So všetkou zodpovednosťou môžem potvrdiť, že existujú dva typy hlúposti. Jedna je negramotná, tá vede predchádza. Druhá je nadutá a povýšenecká, tá prichádza za ňou. Druhý typ hlúposti sama veda plodí a rozvíja, kým ten prvý odstraňuje a zabíja.“

Veda sa rozvíjala pod kuratelou rímskokatolíckej cirkvi. Aj ináč to mal Kopernik ťažké. V jeho dobe nebola známa myšlienka zotrvačnosti. A jeho oponenti namietali: Keby zemeguľa rotovala okolo vlastnej osi zo západu smerom na východ, to by znamenalo, že by napr. opačným smerom neustále vial vietor. Aj človek, ktorý by na moment povyskočil do vzduchu, by musel dopadnúť trochu na západ od miesta odrazu.

Galileo Galilei sa priklonil na Kopernikovu stranu a za svojho života objavil mnoho poznatkov. Ešte v jeho dobe sa verilo, že pozemské telesá sa pohybujú len dovtedy, kým na ne pôsobí (mechanická) sila. Rovnako sa verilo, že ťažšie telesá padajú k zemi voľným pádom rýchlejšie ako ľahšie telesá. Galileovi sa to nezdalo.

Uvažoval: Spojme povrazom ťažký kameň s ľahkým a vytvorme z nich jedno spoločné teleso. Ako bude padať? Ťažký kameň bude mať snahu padať rýchlejšie ako ľahký kameň, ktorý ho tým pádom bude do určitej miery brzdiť v páde. Mali by teda, ako jeden celok, padať pomalšie, ako by padal samotný ťažký kameň, ale rýchlejšie, ako by padal samotný ľahký kameň. Na druhej strane spolu (lebo ich spája povraz) predstavujú ťažšie bremeno, ktoré by preto malo padať ešte rýchlejšie ako samotný ťažký kameň. A to je spor!

Z toho Galileo usúdil, že telesá musia padať k zemi voľným pádom všetky rovnako, bez ohľadu na svoju váhu (hmotnosť).

Zistil tiež, že voľný pád telies prebieha rovnako na nehybnej zemi i na lodi, pokojne sa plaviacej po kľudnej hladine. Sformuloval mechanický princíp relativity, netušiac, že tým zavádza do rodiacej sa modernej mechaniky prvý (podstatný) omyl.

Galileo nemohol tušiť o existencii relativistických javov. Hoci boli prítomné aj v jeho experimentoch, pôsobili v tak veľmi nepatrnej miere, že boli nepozorovateľné. Preto ich vplyv na priebeh pozorovaných pohybov nepostrehol. Osobne si myslím, že postrehnúť tento vplyv by bolo náročné i dnes.

Je však zrejmé, že voľný pád experimentálneho telesa, napr. zo stožiarového koša na palubu pokojne sa plaviacej lode, trvá nepatrne dlhšie ako pád toho istého telesa, z tej istej výšky, niekde na pevnej zemi. Pozorovateľ na zemi vidí padať experimentálne teleso, napr. z veže, kolmo k zemi najkratšou dráhou po priamke. To isté teleso, padajúce z lodného stožiara plávajúcej lode, koná pri páde zložený pohyb a pozorovateľ ho vidí padať po parabolickej dráhe. Parabolická dráha je dlhšia ako priamočiara dráha. Ak má experimentálne teleso padať voľným pádom (takmer) rovnako dlho, po parabolickej dráhe sa musí pohybovať rýchlejšie ako v prvom prípade. Musí nadobudnúť väčšiu energiu i väčšiu zotrvačnosť, relativisticky „oťažie“. To má za následok, že kladie pôsobiacej sile väčší odpor. Pôsobiaca – gravitačná – sila je však v obidvoch prípadoch jedna a tá istá, je rovnaká.

Väčšej kinetickej energii telesa zodpovedá jeho väčšia zotrvačnosť, teda aj odolnosť vôči pôsobeniu vonkajších rušivých vplyvov (síl), napr. bočného vetra. Účinok bočného vetra na teleso padajúce z lodného stožiara, sa prejaví slabšie ako ten istý účinok, na teleso padajúce z veže. Podobne, aj rotujúci projektil vykazuje väčšiu „stabilitu“ na svojej trajektórii ako projektil, s tou istou úsťovou rýchlosťou, ale nerotujúci.

Aj na príklade mechanického princípu relativity možno ilustrovať základné dialektické pôsobenie. V telesách je obsiahnutá príčina relativistických javov už aj pri malých pozorovateľných rýchlostiach. Ale práve preto, že ešte nie je rýchlosť dostatočne veľká, sú tieto javy nepatrné, takmer zanedbateľné a nedajú sa vizuálne pozorovať. Vidíme tu teda jednotu protikladov (konštantnosť fyzikálnych parametrov verzus relativita) v jednom a tom istom telese, pričom prevládajúci vplyv je funkciou okamžitej rýchlosti telesa.

Ďalším v poradí, kto zásadným spôsobom prispel k pokroku vedeckého svetonázoru, bol Johannes Kepler. Najprv bol asistentom Tychona de Brahe, ktorý modifikoval Kopernikovu geocentrickú sústavu tým spôsobom, že v jeho sústave všetky pozorované planéty obiehali okolo Slnka a tento hviezdny systém ako celok obiehal okolo Zeme. Údajne touto koncepciou dosiahol lepšiu zhodu niektorých svojich pozorovaní planét s teoretickými výpočtami ich polôh. No aj tak existovali rozdiely medzi pozorovaním a teóriou.

Po de Braheho smrti prevzal funkciu kráľovského astronóma cisára Rudolfa II. v Prahe Johannes Kepler. V r. 1600 pozoroval na nočnej oblohe vzplanutie novy a to ho utvrdilo v presvedčení, že pomery v nebeských sférach nie sú tak dokonalé a nemenné, ako sa všeobecne verilo. Okrem toho ho znepokojovali pozorované odchýlky od predpokladanej polohy planéty Mars, ktoré maximálne dosahovali hodnotu až osem oblúkových minút.

Kepler si uvedomoval, že po uplynutí jedného marsovského roka (687 pozemských dní) zaujme Mars tú istú polohu voči Slnku, samotná Zem však v tom čase bude vždy na inej pozícii. Tak možno určiť polohu Marsu na jeho dráhe v okolí Slnka, pretože sa nachádza priesečníku smerov, pozorovaných zo Zeme s odstupom 687 dní. Kepler zistil, že v karteziánskej súradnicovej sústave, so Slnkom v počiatku, má dráha Marsu eliptický tvar a jedno z jej ohnísk sa nachádza v počiatku sústavy, kde je aj Slnko. Podobne sa pohybujú všetky planéty.

Kepler sformuloval, s istým časovým odstupom, tri zákony, ktoré popisujú pohyb planét v slnečnej sústave. O pohybe samotného Slnka vo svetovom priestore zrejme nemal dôvod uvažovať.

Keplerove zákony sa osvedčili, vžili sa do povedomia odbornej i laickej verejnosti a učia ich študentov na školách – aj v dnešnej dobe – v zaužívanom tvare. Prevažná väčšina laickej verejnosti, najmä tá jej časť, ktorá nikdy nemala bližší vzťah k prírodným vedám, chápe zaužívaný tvar – predovšetkým 1. Keplerovho zákona – doslovne. To je ale zásadná chyba, za ktorú však samotný Kepler nemôže.

Heliocentrická sústava je len model, do ktorého sa systematizovali poznatky, na základe ktorých možno riešiť mnohé praktické problémy, napr. plánovanie orbitov umelých družíc Zeme alebo medziplanetárne lety. A to je všetko. Kto si neuvedomuje tento fakt, nechal si „založiť klapky na oči“.

Planéty sa v žiadnom prípade nemôžu priestorom pohybovať po uzavretých (eliptických) dráhach doslovne „okolo Slnka“, pretože Slnko sa tiež nejako pohybuje, čo len z dôvodu rotácie našej galaxie. Ak zohľadníme tento jeho pohyb, musíme uznať, že planéty sa pohybujú – „v okolí Slnka“ – a to po otvorených, krivočiarych dráhach tak, že raz ho (v smere jeho pohybu) predbiehajú, inokedy za ním zaostávajú, raz sa nachádzajú na jednej strane dráhy Slnka, potom zas na druhej. Tetivy dlhšieho a kratšieho oblúka vlnovkovitej dráhy ktorejkoľvek planéty (ak by ležali v rovine ekliptiky) sa líšia o priemer jej zdanlivej dráhy „okolo“ Slnka. Eliptické dráhy planét v slnečnej sústave sú naozaj len zdanlivé dráhy.

Skutočnú astronomickú situáciu, ktorá sa týka našej slnečnej sústavy, by sme namiesto pojmu „heliocentrická sústava“ mali správnejšie nazývať pojmom „helio-dynamická sústava“.

V helio-dynamickej sústave sa Slnko pohybuje vo svetovom priestore vlastným kozmodriftom, sprevádzané „rojom“ planét, ich mesiacov, dnes už aj umelých satelitov, nesčíselným množstvom planétok, asteroidov, periodických komét a pod. Všetky tieto objekty verne a vytrvalo nasledujú Slnko po rôzne deformovaných vlnovkovitých dráhach. Zraziť sa môžu len výnimočne; vzájomná zrážka planét je vylúčená.

Isaac Newton zreálnil nazeranie na pohyb tým, že začal kalkulovať so zotrvačnosťou. Telesá, nevedno prečo ale majú zotrvačnosť. V dôsledku tejto vlastnosti sa, bez pôsobenia iných vplyvov (síl), pohybujú rovnomerne priamočiaro – donekonečna (prvý pohybový zákon). Éra predstavy o dokonalosti kruhového pohybu, po približne dvetisíc rokoch, skončila tým, že za dokonalý sa začal považovať inerciálny pohyb.

Zotrvačnosť reálnych telies je zapríčinená zákonom zachovania energie. Newton to ešte netušil, pojem energie mu nebol známy. Pri pozorovaní pohybu telies ho nezaujímala ani ich vnútorná látková štruktúra. Nemal dôvod sa tým zaoberať. Všimol si len proporcionalitu medzi veľkosťou sily F pôsobiacej na teleso, medzi jeho hmotnosťou m a zrýchlením a jeho pohybu (druhý pohybový zákon). Sformuloval zákon sily, ale nie v známom školskom tvare

Ako zakladateľ infinitezimálneho počtu (spolu s Leibnizom) vyjadril veľkosť sily ako priamoúmernú časovej zmene hybnosti (derivácii hybnosti telesa podľa času). Ako ukážem neskôr, pojmu „hybnosť“ reálne nič nezodpovedá a, pretože sa všetky telesá pohybujú (pokoj niektorého z nich je len relatívny!), keď na ktorékoľvek z nich začne pôsobiť sila, nepozorujeme v tom prípade „silu“ ako takú, ale v skutočnosti pozorujeme jej výkon, resp. nejakú časť jej výkonu, ktorý sa prejaví pozorovanou zmenou energie telesa. Zato aj platí, že výkon sily je priamoúmerný časovej zmene energie telesa. To je prvý moment, ktorý Newton prehliadol, lebo nemal dostatočný nadhľad nad problematikou.

Čo však v skutočnosti pozorujeme pri zmene pohybu telesa?

Naše pozorovanie je vizuálne. Poznáme hmotnosť daného telesa a jeho vonkajší tvar (formu). Keď meriame rýchlosť telesa, meriame, práve a len, rýchlosť – jeho formy. Keď pozorujeme zrýchlenie telesa, pozorujeme ho len z hľadiska jeho formy. Do telesa, do jeho vnútra, do jeho látkovej štruktúry na ktorejkoľvek úrovni (molekulovej, atomárnej, subatomárnej), vtedy jednoducho nevidíme. Nepoznáme jeho obsah. A to je zrejme príčina, prečo doteraz nikoho nezaujímalo, čo sa tam deje – pri zmene pohybového stavu telesa ako celku.

Pritom je zrejmé, že sila, pôsobiaca na teleso, nezmení jeho pohybový stav, pozorovaný navonok – t.j. pohybový stav jeho formy – ani zamak skôr, kým sa najprv „neprestaví“, resp. neprispôsobí, zmene jeho vnútro, t.j. jeho obsah. Aby som bol presný, deje sa to súčasne.

To teda znamená, že sila pôsobiaca na teleso, aby zmenila jeho pohybový stav, musí pôsobiť súčasne na jeho formu (makroskopický pohyb) i na jeho obsah (mikroskopický pohyb). Veď predsa vieme, že aj pohyb na mikroskopickej úrovni má svoju energiu. Ako taký má svoj podiel na celkovej zotrvačnosti daného telesa.

A aký je to podiel? –

V zmysle zákona akcie a reakcie je zotrvačnosť „formy“ a „obsahu“ každého makroskopického telesa rovnaká. Rovnaký musí byť aj pomer (vonkajšej) energie „formy“ a (vnútornej) energie „obsahu“ telesa.

Za týchto okolností to už potom inak nevychádza, iba tak, že každá sila, o ktorej si myslíme, že poznáme jej veľkosť – odvodenú z pozorovanej, t.j. vonkajšej pohybovej zmeny formy telesa (o známej hmotnosti) – je v skutočnosti dvakrát väčšia!

To je druhé nedopatrenie, ktoré si Newton neuvedomil, asi preto, že on nemudroval nad štruktúrou makroskopických telies. Pri svojich výpočtoch nahrádzal reálne telesá fiktívnymi hmotnými bodmi. Rozpracoval kinematiku hmotných bodov.

Tento fakt, totiž, že veľkosť sily pôsobiacej na teleso, je dvakrát väčšia, ako si myslíme, sa prakticky nikde, v priebehu ďalšieho historického vývoja vedeckého svetonázoru, neuplatnil, pretože všetky hmotné objekty, ktoré poznáme, majú vnútornú štruktúru. Dokonca ešte aj elementárne častice ako elektrón a ďalšie. Keby však sila mohla pôsobiť na hmotné objekty bez vnútornej štruktúry, ak také existujú, jej účinok na ne by musel byť dvakrát väčší. Vzťah (3) by v tomto výnimočnom prípade nahradil vzťah

Napadá ma iba jeden prípad, kde vzťah (4) pripadá do úvahy.

Predpokladajme, že svetelný lúč nie je nejaká matematicky definovaná elektromagnetická vlna, kde kolmo na seba kmitajú vektory elektrickej a magnetickej intenzity, ale že je to prúd nepatrných hmotných častíc (fotónov?), ako si to Newton predstavoval vo svojej emanačnej teórii. Táto predstava má tú prednosť, že hmotné, diskrétne svetelné častice nemajú problém s prekonávaním astronomických vzdialeností vesmírnym vákuom (ba dokonca nie ani totálne prázdnym priestorom). Ďalej predpokladajme, že tieto svetelné častice sú najjednoduchšie možné hmotné objekty vo vesmíre, a teda že nemajú žiadnu vnútornú štruktúru. Ich energiu pohybu nie je možné rozčleniť na zložky „energia makropohybu formy“ a „ energia mikropohybu obsahu“, ako sme uvažovali vyššie, ale je daná jedinečnou hodnotou.

Pri prechode okolo veľmi hmotného objektu, napr. hviezdy, v jeho tesnej blízkosti, začne gravitačná sila pritláčať (tu trochu predbieham) „emanačný“ svetelný lúč bližšie k povrchu hviezdy a spôsobí zmenu smeru jeho pohybu. Svetelný lúč sa prechodom v tesnej blízkosti veľmi hmotnej hviezdy ohne!

Aký veľký ohyb svetelného lúča to bude? – Nuž, zrejme dvakrát väčší, ako vyplýva z Newtonovej gravitačnej teórie, ak tu gravitácia pôsobí v zmysle vzťahu (4). Približne taký veľký ohyb pozoroval Edington v r. 1919 pri úplnom zatmení Slnka, a tým sa vraj potvrdila správnosť Einsteinovej všeobecnej teórie relativity!

Je to dosť paradoxné, keď na vysvetlenie unikátneho efektu, ktorý môže súvisieť s vnútornou štruktúrou, resp. „ne-štruktúrou“ hmotných objektov, potrebujeme predpokladať neuveriteľné – zakrivenie hypotetického časopriestoru, zapríčinené hmotou. William Occam, odpočívaj v pokoji!

Isaaca Newtona tiež napadla iná jednoduchá, ale geniálna myšlienka: Sily, ktoré spôsobujú pád voľných telies na zemský povrch, priťahujú k Zemi náš Mesiac, a ovplyvňujú aj pohyb všetkých spomenutých astronomických telies v priestore okolo Slnka. Sú všetky jednej a tej istej podstaty. Nazval ju gravitáciou a sformuloval všeobecný gravitačný zákon.

Vysvetliť mechanizmus gravitačného pôsobenia sa mu nepodarilo. O gravitačnej sile predpokladal, že pôsobí okamžite na ľubovoľnú vzdialenosť, čo predstavuje problém, na ktorý poukázal Einstein: rýchlosť šírenia (aj gravitačnej) interakcie nemôže byť väčšia ako rýchlosť svetla c.

Ako uvádza Feynman [2], bolo navrhnutých viacero mechanizmo gravitácie. Jeden z nich bol prvý raz (lebo myšlienka sa opakuje) objavený okolo r. 1750. Citujem:

„Predstavte si, že v priestore je veľké množstvo častíc, ktoré sa pohybujú veľkou rýchlosťou vo všetkých smeroch a sú iba veľmi málo absorbované pri prechode cez hmotu. Keď sú absorbované Zemou, odovzdávajú jej hybnosť. Keďže je tých, ktoré idú jedným smerom rovnako veľa ako tých, ktoré idú opačným smerom, hybnosti sú vyvážené. Keď sa k nim priblíži Slnko, sú častice prichádzajúce na Zem cez Slnko čiastočne absorbované a v smere od Slnka prichádza menej častíc než z opačnej strany. Zem preto získa hybnosť smerujúcu k Slnku a nedá veľa práce zistiť, že bude nepriamo úmerná druhej mocnine vzdialenosti – tak sa totiž so vzdialenosťou mení priestorový uhol, pod ktorým vidíme Slnko. Čo je na tomto mechanizme zlé? Zahŕňa niektoré nové dôsledky, ktoré nie sú správne. Takáto myšlienka vedie totiž k nasledujúcej ťažkosti: Zem by pri svojom pohybe okolo Slnka narážala na viac častíc spredu ako zozadu. (Keď bežíte v daždi, je dážď do tváre silnejší ako do zátylku!.) Zem by preto mala dostávať viac hybnosti spredu a mala by sa preto v dôsledku takéhoto odporu spomaľovať. Možno vypočítať, aký čas by potrebovala Zem na zastavenie v dôsledku takéhoto odporu; ukazuje sa, že Zem by sa už mala pomaly zastaviť, takže tento mechanizmus zlyháva. Zatiaľ sa nenašiel nijaký mechanizmus, ktorý by vysvetľoval „gravitáciu“ bez predpovedania iných javov, ktoré však neexistujú.“ Koniec citátu.

Stretol som sa tiež s názorom, že:

„Od čias Newtonovych Matematických princípov prírodnej filozofie (1687) veda nemá iné princípy ako matematické.“
S tým sa dá vcelku súhlasiť. V praxi to však znamená, že by sme sa mali odteraz snažiť, pri hľadaní cesty k dokonalejšiemu vedeckému svetonázoru, o matematickú precíznosť. A to aj pri spätnom pohľade na doterajší vývoj prírodných vied. V duchu tejto zásady by sa malo upraviť chápanie minimálne prvého Keplerovho zákona. Ale vidíme, že ani Feynman nemá problém uvažovať o pohybe planét „okolo Slnka“! Uvažuje postarom.

Pokrok v prírodných vedách pokračoval.

V roku 1676 určil Ole Christensen Roemer, na základe pozorovania zákrytu Jupitera a jeho mesiacov, rýchlosť svetla rádove na 300 000 km/s. Dovtedy sa považovala za nekonečnú.

Ch. Augustin Coulomb sformuloval zákon pre veľkosť elektrostatickej sily, pôsobiacej medzi dvomi elektrickými nábojmi. Tento zákon sa formálne až nápadne podobá na Newtonov všeobecný gravitačný zákon. Určite to nie je náhoda a na tento moment odporúčam vedcom spätne sústrediť pozornosť, pretože tu najskôr možno pochopiť, čo to elektrický náboj vlastne je.

Podobne vedcov prekvapovala rovnosť zotrvačnej a gravitačnej hmotnosti. Roland Eötvös tento fakt preveril veľmi starostlivo a s veľmi vysokou mierou presnosti. Aj tu sa uvažovalo spôsobom, že „príroda nám tým chce niečo povedať“.

Osobne sa nazdávam, že rovnosť zotrvačnej a gravitačnej hmotnosti svedčí o tom, že gravitačná sila a mechanická sila majú rovnaký mechanizmus pôsobenia. Inými slovami, gravitácia nie je nijaká mystická vlastnosť hmoty, pôsobiaca z jej vnútra tak, že dve hmotné telesá sa nutne musia priťahovať.

Silu charakterizuje päť parametrov:

  1. veľkosť (skalár),
  2. jej smer (sila je vektor),
  3. pôsobisko (napr. bod dotyku druhého telesa, ťažisko)
  4. mechanizmus pôsobenia (napr. sila mechanická, gravitačná, elektromagnetická a pod.) a
  5. zdroj energie, z ktorého sa uhrádza práca ňou konaná,

(lebo proces, ktorý by prebiehal mimo rámca zákona zachovania energie, nie je reálny).

Ak je gravitačná sila v skutočnosti obyčajná mechanická sila, jej zdroj energie sa nemôže nachádzať vnútri hmotného telesa. Ak by to totiž bolo tak, veľké teleso – povedzme planéta – by k sebe pritiahlo menšie teleso, spojili by sa do jedného celku, hmotnosť celku by vzrástla a jeho „nové“ gravitačné pole by ešte viac zosilnelo, hoci vnútorný zdroj energie gravitačného poľa planéty, pre ďalšiu gravitačnú prácu, by, po odpočítaní práce na pritiahnutie menšieho telesa, zoslabol. A to je spor.

Ak gravitačná sila pôsobí „mechanicky“ (ako, zrejme, každá iná sila v silovom poli), zdroj energie, na uhrádzanie ňou konanej práce, sa musí logicky nachádzať mimo gravitačne pôsobiaceho telesa, v jeho bezprostrednom i vzdialenejšom okolí, a zrejme pôsobenie prebieha tak, ako v onej Feynmanom spomenutej hypotéze, ale nepatrne modifikovane, aby nemohol nastať fyzikálny rozpor. Keby totiž ony hypotetické častice – nazvime ich napr. gravitony – bezcielne poletovali priestorom, s energiou rovnomerne rozloženou do všetkých smerov, brzdili by pohyb každého hmotného celku, nie len Zeme, Slnka, ale aj celej helio-dynamickej sústavy, našej Galaxie atď. Ak je správny predpoklad, že gravitácia pôsobí v celom vesmíre a všade podľa rovnakého zákona. K tomuto problému sa ešte vrátim v pasáži o „riečnom modeli (našej) helio-dynamickej sústavy“. Nateraz len predosielam, že „gravitácia“ zrejme nespočíva vo vzájomnom priťahovaní hmotných telies, ale naopak – v ich vzájomnom pritláčaní – silami z okolitého priestoru a na úkor energie gravitonov.

V 18. a 19. storočí sa rozvinul spor o to, ktorá miera mechanického pohybu vystihuje jeho objektívnu veľkosť správne. Pretože boli pozorované dva koexistujúce fenomény – hybnosť a kinetická energia – a niekoľko desaťročí nebolo jasné, prečo je to tak. Obdobie hľadania zmysluplného riešenia tohto problému veľmi výstižne popísal Fridrich Engels v článku „Miera pohybu. – Práca.“, ktorý bol redakčne zaradený do spisu Dialektika prírody [1], teda do diela, ktoré samotný Engels nikdy nenapísal.

Keby existovala, v rámci povinného čítania na školách, čítanka o historickom vývoji vedeckého svetonázoru, vrelo by som ju odporúčal študentom do pozornosti, aby si mohli urobiť reálnu predstavu o tom, ako všelijako prebieha pokrok vedy. Niekedy to vôbec nie je (alebo nebol) dôvod na pocit hrdosti – na veľkosť ľudského ducha.

Dialektika prírody je voľne prístupná na internete vo formáte pdf, žiaľ, našiel som ju iba v češtine. Preto ju neskôr zaradím v slovenskom preklade, pre čitateľa tejto zjednodušenej verzie teórie kozmodriftu, ako osobitnú kapitolu.

Ucelené Engelsove články v Dialektike prírody som čítal rád a opakovane z toho dôvodu, že sa mi páčil jeho štýl vyjadrovania a chcel som ho napodobniť.

V článku „Miera pohybu. – Práca“ Engels rozoberá Helmholtzov postoj k problému koexistencie hybnosti a kinetickej energie. Na jednom mieste konštatuje, citujem:

„Zdalo by sa však, že sporná otázka jednako nemôže tak celkom spočívať v zbytočnej škriepke o slová, keď ju vytýčil taký mysliteľ ako Leibniz proti takému mysliteľovi, ako bol Descartes, a keď človeka ako Kanta zaujímala natoľko, že jej venoval svoje prvé dielo, dosť objemný zväzok.“

Na inom mieste hovorí, citujem:

„Keď však telesá vnútorným trením, ktoré zodpovedá ich nepružnosti, strácajú živú silu, strácajú aj rýchlosť a súčet súčinov hmotnosti a rýchlosti musí byť po náraze menší ako pred ním. Veď predsa pri výpočte mv nemožno zanedbať vnútorné trenie, keď sa tak jasne prejavuje pri výpočte mv2.“

Túto myšlienku som nazval „Engelsov paradox“, pretože má pre vývoj vedeckého svetonázoru nesporný význam a osobne predpokladám, že si zaslúži svoj vlastný odborný termín.

V súvislosti s Engelsovym paradoxom ma odpočiatku udivoval fakt, že kinetická energia – úmerná druhej mocnine rýchlosti pozorovaného pohybu – môže meniť svoju formu, a hybnosť – úmerná len rýchlosti pozorovaného pohybu – sa zachováva. Pritom, v kvantitatívnom vyjadrení prináleží kinetickej energii väčšie číslo (množstvo joulov) a hybnosti menšie číslo (množstvo kgm/s), takže by sa pri nepružnom zraze skôr dala predpokladať a očakávať dominantná úloha kinetickej energie. Ale je to presne naopak. Prečo?

Určitým riešením tohto (pseudo?)problému by mohol byť predpoklad, že príroda z nejakého dôvodu uznáva akúsi „prirodzenú jednotku rýchlosti“, ktorá je väčšia ako všetky rýchlosti, ktoré bežne pozorujeme. Za takú bežnú rýchlosť považujem napríklad rýchlosť projektilu, vystreleného zo strelnej zbrane, rádovo 1000 m/s. Ale tiež rýchlosť kozmickej rakety, rádovo desaťtisíce metrov za sekundu. Takouto prirodzenou jednotkou rýchlosti by mohla byť, napríklad, rýchlosť svetla vo vákuu c, keď už zohráva takú významnú úlohu v Einsteinovej teórii relativity. Potom by rýchlosti pohybov, pozorovaných pri nepružnom zraze, predstavovali zlomky prirodzenej jednotky rýchlosti, a – keďže hodnota obyčajného zlomku je vyššia ako hodnota jeho druhej mocniny – hybnosť by vyjadrovalo väčšie číslo a kinetickú energiu menšie číslo.

Dôležitým krokom v rozvoji techniky bol vynález parného stroja. Zistilo sa, že teplo je špecifickou formou energie, že je to kinetická energia mikropohybov v látkovej štruktúre telies, závislá od ich teploty, a že sa naň rovnako vzťahuje zákon zachovania energie.

Rudolf Clausius zaviedol v termodynamike pojem entropie, a to len skomplikovalo fyzikálne pomery. Z teórie entropie vyplýva, že hoci sa energia zachováva „čo do kvantity“, kazí sa „čo do kvality“. Teplo totiž samovoľne prúdi z miest s vyššou teplotou na miesta s nižšou teplotou a jeho „koncentrácia“ sa tým znižuje tak, že sa niekedy nedá už viac použiť v tepelnom stroji na konanie užitočnej práce. Z toho Clausius odvodil svoj známy paradox tzv. „tepelnej smrti vesmíru“. Predpokladal, že je len otázkou času, keď hviezdy vyžiaria všetku svoju energiu do nekonečného priestoru a teplota celého vesmíru sa naveky ustáli na určitej, veľmi nízkej teplote. Takáto predstava pôsobí veľmi pesimisticky.

Potom prišiel objav existencie elektromagnetických vĺn. Teoreticky odvodená rýchlosť ich šírenia v priestore sa nápadne zhodovala s teraz už dobre známou rýchlosťou šírenia svetla c. Na základe tohto faktu bol vyslovený predpoklad, že (viditeľné) svetlo je tiež elektromagnetickým vlnením špecifických vlnových dĺžok. Takto sa podarilo prepojiť optiku s elektrinou a magnetizmom.

Fyzici sa ešte stále pokúšali určiť „absolútnu“ rýchlosť Zeme (jej vlastný kozmodrift, podľa teórie kozmodriftu). Veď predsa je celkom isté, že Zem sa nejako pohybuje. A neprozreteľne pojali predpoklad, že elektromagnetické vlny, resp. svetlo, je konečne ten fyzikálny prostriedok, pomocou ktorého sa rýchlosť astronomického pohybu Zeme podarí zmerať.

V r. 1875 James Clark Maxwell navrhol princíp experimentu, kvôli realizácii ktorého Albert Abraham Michelson vynašiel špeciálny interferometer. Pomocou tohto prístroja chcel, prvý raz v r. 1881 – spolu s Edwardom Williamsom Morleyom – naozaj zmerať pohyb Zeme.

Michelsonov-Morleyov experiment (neskôr opakovaný v rôznych modifikáciach) patrí medzi najvýznamnejšie fyzikálne experimenty a je pozoruhodný svojím negatívnym výsledkom. Dvojici experimentátorov, ani nikomu inému po nich, sa nepodarilo preukázať hľadaný tzv. „éterový vietor“. Martin Gardner vo svojom populárno-náučnom dielku „Teória relativity pre milióny“ [3], konštatuje, že:

„Najpresnejší experiment zo všetkých tohto druhu vykonal v roku 1960 Charles H. Townes na Kolumbijskej univerzite. Použil pri ňom zariadenie nazvané maser („atómové hodiny“, založené na molekulových kmitoch), ktoré bolo také citlivé, že by bolo možno pozorovať éterový vietor už vtedy, keby sa Zem pohybovala rýchlosťou rovnou tisícine skutočnej rýchlosti Zeme. Nezistili sa ani stopy po éterovom vetre.”

Predpokladám, že M. Gardner mal na mysli hranicu citlivosti rýchlosť 30 m/s. Hoci neviem, na základe čoho spomína „skutočnú” rýchlosť Zeme, možno usudzovať, že uvažuje pohyb Zeme, na jej zdanlivej obežnej dráhe „okolo Slnka” (s polomerom rádovo 150 000 000 km), rýchlosťou približne 30 km/s.

V súčasnosti máme rok 2016, t.j. uplynulo 135 rokov od prvého Michelsonovho-Morleyovho experimentu, ktorého výsledok zostal dodnes nepochopený. Rýchlosť Zeme (jej vlastný kozmodrift) je v skutočnosti o niekoľko rádov väčšia, ako predpokladal Maxwell pri návrhu princípu experimentu a ako očakávali aj všetci experimentátori. Okrem toho, použitie svetla pre daný účel sa jednoducho nehodí. Neskôr vysvetlím príčinu, lebo tento moment je dôležitý aj pre teóriu kozmodriftu.

Vhodným prostriedkom pri určovaní astronomického pohybu Zeme sa naproti tomu javí, napríklad, relativistické „narastanie” hybnosti, resp. hmotnosti elementárnych častíc – povedzme elektrónu – pri ich urýchľovaní na také vysoké rýchlosti (blízke c), ktoré nemožno dosiahnuť v experimentoch s makroskopickými telesami. Ale takýto jav bol prvý raz spozorovaný až začiatkom 20. storočia (1902) pri štúdiu rádioaktívnych lúčov. V tom čase už Einstein pracoval na špeciálnej teórii relativity a o podobné veci sa skoro určite nezaujímal.

Hendrik Antoon Lorentz sa pokúsil spracovať výsledok Michelsonovho-Morleyovho experimentu matematicky. Aby priebeh „rovnakých(!)” fyzikálnych dejov vnímali pozorovatelia v rôznych inerciálnych sústavách rovnako, vytvoril transformačné vzorce pre prechod z jednej súradnicovej sústavy do druhej. Inými slovami, vypracoval návod, ako formálne postupovať, aby sme pri danom probléme nenarazili na protirečenie s experimentálnymi výsledkami. Kvôli tomu zaviedol pojmy „kontrakcia dĺžky” a „dilatácia času“. Prestali platiť aj iné základné predpoklady klasickej fyziky. Napríklad pre skladanie rýchlostí pohybov bol vytvorený osobitný relativistický vzorec, v zmysle ktorého sa čelá dvoch protibežných svetelných lúčov, o rýchlostiach c , k sebe približujú – rýchlosťou c !

Henri Poincaré zas vyslovil domnienku, že v prírode existuje taký zákon, že objavenie éterického vetra akýmkoľvek experimentom je nemožné, t.j. neexistuje spôsob, ako určiť absolútnu rýchlosť.

Walter Ritz, a iní, protestoval proti Maxwellovej-Lorentzovej teórii zo všetkých síl a snažil sa pre skladanie rýchlostí zachovať tzv. „balistický princíp“, ale umrel veľmi skoro, vo veku 31 rokov, a už sa nenašiel nikto, kto by dokázal Einsteinovu teóriu relativity zastaviť v jej víťaznom vstupe do vedeckého sveta.

Negatívny výsledok Nichelsonovho-Morleyovho experimentu napovedá: buď je niečo inak oproti predpokladu o povahe prostredia, v ktorom sa svetlo šíri, alebo sa samotné svetlo šíri nejako ináč na rozdiel od toho, čo predpokladáme.

Výsledok Michelsonovho-Morleyovho experimentu však bol len jedným z mnohých nečakaných objavov existencie úžasných fenoménov, ku ktorým došlo v druhej polovici 19. storočia. O tom, aká to bola doba, podáva hutné a výstižné svedectvo dvojica autorov J. Bergier – L. Pauwels v knihe „Ráno kúzelníkov” [4]. Na str. 37 (Praha, 1969) konštatujú – citujem:

„Otvorili sa dvere v temer všetkých vedeckých budovách, ale budova fyziky naďalej nemá skoro žiadne múry. Je to katedrála celá zo zrkadiel, v ktorých sa odrážajú žiary z iného sveta, nekonečne blízkeho.

Objavilo sa, že hmota je tak isto bohatá , ak nie bohatšia, na možnosti ako duch. Obsahuje nevypočítateľnú energiu, je schopná nekonečných transformácií, jej zdroje sú netušené. Termín „materialista“ v zmysle 19. storočia stratil všetok zmysel rovnako ako termín „racionalista“.

Logika „zdravého rozumu“ už neexistuje. V novej fyzike môže byť tvrdenie zároveň pravdivé i falošné. AB sa už nerovná BA. Tá istá bytosť môže byť zároveň nepretržitá i pretržitá. Nemožno sa už dovolávať fyziky, keď chceme odsúdiť ten či onen aspekt možnosti.“ Koniec citátu.

Logiku zdravého rozumu však nemožno natrvalo oklamať.

Pri pozornejšom pohľade, na vyššie uvedený stručný popis historického vývoja vedeckého svetonázoru, čo vidíme? Aký môžeme urobiť záver?

V priebehu storočí, najprv na základe obyčajnej zvedavosti, túžby po pochopení pozorovaných javov, neskôr na základe remeselnej praxe, a ešte neskôr na základe cieleného vedeckého úsilia, sme nadobudli pozoruhodnú sumu poznatkov. Tieto poznatky najschopnejší predstavitelia svojej doby systematizovali do zmysluplných celkov, do modelov situácie, ktoré však bezpodmienečne nemuseli odrážať – a zväčša ani neodrážali – celú objektívnu realitu. Tieto praktické modely sa priebežne zosúlaďovali do dobového svetonázoru. Každý svetonázor možno pripodobniť k obrazu-mozaike, zostavenej z osvedčených faktov a akoby orámovanej určitými predpokladmi, ktoré ju svojím spôsobom limitujú.

V opísanom procese, k jeho koncu, sa však stalo niečo mimoriadne. Do obrazu sveta, nachádzajúceho sa v rámci základných predpokladov klasickej fyziky, „relativisti” na čele s Einsteinom, neprirodzeným spôsobom začlenili také poznatky a také ich vysvetlenia, ktoré tento rámec presahujú. V dôsledku toho sa študovaný obraz sveta akoby „pokrčil”, lebo do rámu nasilu vtesnali viac, ako mohol obraz – bez deformácie – pojať.

Neprirodzenosť tejto koncepcie si uvedomovalo veľa fyzikov „starej školy“. Darmo sa však pokúšali protestovať – nepoznali inú rozumnú alternatívu. Na druhej strane, ani prívrženci relativistickej fyziky nemali s týmto „vrcholom svojej vedy“ celkom jasno. Nemali – a dodnes nemajú – dostatočný nadhľad nad fyzikálnou podstatou relativity. Aby tento fakt zakryli, odvážili sa – v zmysle slov Fridricha Engelsa – na (pre nich) veľmi nebezpečné pole filozofie a začali plano filozofovať.

Ponúkam do pozornosti čitateľa len jeden, charakteristický príklad – Feynmanovu stať „Relativita a filozofi“ [2]. Z nej chcem poukázať len na necelú jednu vetu: „Naša neschopnosť určiť absolútny pohyb vyplýva z experimentu a nie je výsledkom iba myslenia…“

Práve neschopnosť myslenia spôsobila, že Maxwell navrhol experiment, ktorý nemohol nič riešiť, a Poincaré vyslovil predpoklad, že výsledok Michelsonovho-Morleyovho experimentu je zákonitý. Neschopnosť myslenia spôsobila, že nikto v tej dobe nebol vstave povedať: „Vidíte, roztrhlo sa vrece s nečakanými objavmi, počkajme ešte, kým sa situácia trochu nevyjasní a potom sa rozhodneme, aký záver z toho vyvodíme.“ A čo iné to bolo, ak nie neschopnosť myslenia, keď konečne mali k dispozícii naozaj vhodný jav (a teda aj experiment) na určenie absolútneho pohybu, a vôbec si to neuvedomili?

Týmto vhodným javom je relativistické „narastanie“ hybnosti, resp. hmotnosti telesa, v závislosti od jeho rýchlosti, podľa vzťahu

kde mV je hmotnosť telesa, pohybujúceho sa rýchlosťou v ,
m0 je tzv. pokojová hmotnosť telesa,
c je rýchlosť svetla vo vákuu.

Ako sa dá tento jav využiť na určenie „absolútnej“, resp. „objektívnej“ rýchlosti Zeme, pochopíme po malej predpríprave, v ktorej si bližšie všimneme, za akých okolností vnímame a spoznávame svet okolo seba.

4. NÁSTRAHY POZNÁVANIA
Kliesniť poznaniu novú cestu priesekmi v tajuplnom, a často aj čudesnom, neznáme je čoraz komplikovanejšie. Nad procesom vnímania sa zamýšľali už starogrécki filozofi. Aj Platón uvažoval nad povahou tohto procesu. Poznávanie v zmyslovom svete znázornil známym obrazom jaskyne, ktorý nájdeme v závere jeho diela „Ústava“.

4.1 Obraz Platónovej jaskyne
Vo filozofickom rozhovore Sokrates hovorí, citujem:
»Predstav si ľudí v podzemnom príbytku podobnom jaskyni, ktorá má k svetlu otvorený dlhý vchod pozdĺž celej jaskyne. V tejto jaskyni žijú ľudia od detstva spútaní na nohách a šijách, takže ostávajú stále na tom istom mieste a vidia iba rovno pred seba, pretože putá im bránia otáčať hlavou. Vysoko a ďaleko vzadu za nimi horí oheň. Uprostred medzi ohňom a spútanými väzňami vedie hore cesta, pozdĺž ktorej je postavený múrik na spôsob zábradlia, aké mávajú pred sebou kaukliari a nad ktorým robia svoje kúsky.
Predstav si ďalej, že pozdĺž tohto múrika chodia ľudia a nosia všelijaké náradia, ktoré prečnievajú ponad múrik, podoby ľudí a zvierat z kameňa a z dreva, ľudské výrobky rozličného druhu, pričom, pochopiteľne, jedni z nosičov hovoria, druhí mlčia.

Myslíš, že by takíto väzni mohli vidieť zo zeba samých a zo svojich druhov niečo iné ako tiene vrhané ohňom na náprotivnú stenu jaskyne? A ďalej, neplatí to isté o predmetoch nosených pozdĺž múrika? Keby sa mohli medzi sebou zhovárať, neboli by toho názoru, že menami, ktoré dávajú tomu, čo vidia pred sebou, označujú skutočné predmety? A čo keby to väzenie odrážalo od náprotivnej steny aj ozvenu? Kedykoľvek by niektorý z prechádzajúcich nosičov prehovoril, pokladali by za pôvodcu tohto hlasu niečo iné než prechádzajúci tieň? Rozhodne by títo ľudia nemohli pokladať za pravdivé nič iné než tiene tých umelých vecí.

Pozoruj teraz, ako by to bolo s ich oslobodením z pút a vyliečením z nerozumnosti, keby sa im to, prirodzene, prihodilo takto: Keby jeden z nich bol zbavený pút a prinútený odrazu vstať, otočiť šiju, ísť a pozerať hore do svetla, mohol by to urobiť iba bolestne a pre oslepujúci lesk by nebol schopný hľadieť na predmety, ktorých tiene videl – čo by potom povedal, keby mu niekto tvrdil, že dovtedy videl iba preludy, ale že teraz vidí správnejšie, lebo je oveľa bližšie ku skutočným predmetom, a keby mu každý prechádzajúci predmet ukázal a nútil by ho povedať, čo to je, nebol by zmätený a nedomnieval by sa, že predmety vtedy videné sú pravdivejšie ako tie, ktoré mu teraz ukazujú?

A keby ho nútil pozerať do svetla samého, boleli by ho oči, odvracal by sa a utekal k veciam, na ktoré môže pozerať, a nebol by presvedčený, že tie sú skutočne jasnejšie ako veci, ktoré mu teraz ukazujú?

Keby ho však niekto násilím odtiaľ odvliekol cez drsný a strmý východ a nepustil by ho, kým by ho nevytiahol na slnečné svetlo, nepociťoval by azda bolestne toto násilie a nevzpieral by sa, a keby prišiel na svetlo, mohli by azda jeho oči plné slnečného žiaru vidieť niečo z toho, čo sa mu teraz uvádza za pravdivé?

Myslím, že by si musel na to privyknúť, keby chcel vidieť veci tam hore. Najprv by asi najľahšie spoznal tiene, potom obrazy ľudí a ostatných vecí zrkadliacich sa na vode, neskoršie potom skutočné predmety: ďalej by potom nebeské telesá i samu oblohu ľahšie pozoroval v noci, pozerajúc sa na svetlo hviezd a mesiaca, ako vo dne na slnko a slnečné svetlo.

Napokon by, myslím, mohol pozerať aj na slnko, nie na jeho obraz vo vode alebo na nejakej inej ploche, na slnko samo osebe na jeho vlastnom mieste, a mohol by tiež pozorovať, aké je. A potom by si už urobil o ňom úsudok, že práve ono spôsobuje ročné obdobia, obeh rokov a všetko riadi vo viditeľnom svete a že v tom zmysle je aj príčinou všetkého, čo predtým videli v jaskyni.

A čo keď si spomenie na svoj prvý príbytok, na svoju tamojšiu múdrosť, na svojich tamojších spoluväzňov, nebude sa pokladať za šťastného pre tú zmenu a nebude tamtých ľutovať?

Ak mali vtedy medzi sebou zavedené určité pocty, pochvaly a dary pre toho, kto najbystrejšie vnímal prechádzajúce predmety a najlepšie si vedel zapamätať, ktoré z nich chodili obyčajne prv, ktoré neskoršie a ktoré súčasne, a na základe toho vedel najistejšie predpovedať, čo príde, túžil by po nich a závidel tým, čo boli u nich vyznamenaní poctami a mocou? Nebolo by to naopak, že by chcel, ako hovorí Homér, „sťa nádenník pracovať na poli u mňa s majetkom malým“ a nevytrpel by radšej čokoľvek, než aby mal mať také klamné predstavy, a tak žiť ako tam?

Keby takýto človek opäť zostúpil dolu a posadil sa na to isté miesto, nenaplnili by sa mu oči tmou, keby tak náhle prišiel zo slnka? Keby sa však mal v posudzovaní oných tieňov pretekať s tými, ktorí sú ešte stále väzňami, pokiaľ sa mu mihá pred očami, a skôr, než by sa mu oči upokojili – toto privykanie by netrvalo krátko – nevysmiali by ho a nehovorili o ňom, že z tej cesty hore prichádza so skazeným zrakom a že nestojí za pokus ísť hore? A keby toho, kto by ho chcel vyslobodiť z pút a priviesť hore, mohli nejako dostať do rúk a zabiť, či by ho nezabili?«
Koniec citovania.

4.2 Vzťahy medzi kozmodriftovým a pozorovateľným priestorom
Platón vyjadrenie svojej idey veľmi vtipne založil na prispôsobivosti zraku voči zmeneným svetelným podmienkam, a to s určitým časovým odstupom, to na jednej strane. Na druhej strane poukazuje na zložitosť poznávacieho procesu nielen z dôvodu zmyslových obmedzení ale aj z dôvodu neznámeho usporiadania prvkov reálneho sveta a ich vzájomných (fyzikálnych) vzťahov.

Vnútro jaskyne predstavuje priestor, pri ktorého zmyslovom vnímaní nemáme očividné problémy. Svoje vnemy spontánne považujeme za verný obraz skutočnosti.

Od čias René Descartesa vieme pomocou význačných telies (bodov) v tomto priestore zostrojiť súradnicový systém, napr. pravoúhly trojosový súradnicový systém P(x,y,z) s počiatkom v bode P(0,0,0) a s navzájom kolmými (a principiálne nekonečnými) osami x, y, z v kladnom i zápornom smere. Takto vieme tento priestor, ktorého geometrické vlastnosti popísal už Euklides, rozdeliť na osem priestorových sektorov.

Je zrejmé, že subjektívny výber súradnicového systému má za následok, že súradnice konkrétneho bodu v priestore vzhľadom na tento systém sú relatívne. Jednému a tomu istému bodu v priestore zodpovedajú rôzne trojice súradníc xi, yi , zi v rôznych súradnicových systémoch. Ale vzdialenosť medzi dvoma priestorovými bodmi, alebo objem daného telesa, budú vo všetkých uvažovaných súradnicových systémoch rovnaké. Vzdialenosť a objem sú teda akýmisi objektívnymi prvkami priestoru a my nepochybujeme, že pri meraní vzdialenosti medzi telesami alebo pri meraní ich objemu vnímame priestor priamo v jeho podstate. Pri všetkej zložitosti sveta je však toto presvedčenie príliš jednoduché a krásne, aby mohlo byť aj správne.

Obr.4 Inerciálny pohyb P-priestoru v K-priestore kozmodriftom w
Obr.4 Inerciálny pohyb P-priestoru v K-priestore kozmodriftom ŵ

Na obr.4 sú zobrazené dve polohy pravoúhlej súradnicovej sústavy v čase t1 a t2, ktorá sa inerciálne pohybuje v smere osi x, vzhľadom na nehybnú súradnicovú sústavu s počiatkom P0, rýchlosťou ŵ. V tejto sústave sa v čase t1 pohne nejaké hmotné teleso z bodu A1 smerom k bodu B1 rýchlosťou vP . Svoj cieľ dosiahne v čase t2 v bode B2. Takto dej vidí prebiehať pozorovateľ, ktorý sa nachádza v pohybujúcej sa sústave.

Iný pozorovateľ, ktorý predmetný dej pozoruje z nehybnej sústavy, vidí hmotné teleso pohybovať sa z bodu A1 do bodu B2 rýchlosťou vK a aj pod iným uhlom. Z tohto hľadiska situácia veľmi pripomína obraz Platónovej jaskyne. Pozorovateľ vo vnútri pohybujúcej sa sústavy vníma objektívny priebeh deja „deformovane“. Pozorovaný smer pohybu telesa i rýchlosť tohto pohybu sú len akýmisi „priemetmi“ reálnych hodnôt.
Existujú ešte aj ďalšie rozdiely medzi tým, čo vnímajú pozorovatelia v jednotlivých sústavách?

Keby sme v pohybujúcej sa súradnicovej sústave pozorovali pružný zraz telies – telesa o hmotnosti m1 a rýchlosti v1 s telesom o hmotnosti m2 a rýchlosti v2 – zistili by sme, že sa pritom zachováva jednak celková hybnosť telies (vektor), a tiež celková kinetická energia telies.
Hybnosť telies pred zrazom je rovná hybnosti telies po zraze. Platí:

Podobne súčet kinetickej energie telies pred zrazom sa rovná súčtu kinetickej energie telies po zraze. Platí:

Vlastný pohyb súradnicovej sústavy, charakterizovaný rýchlosťou ŵ, si pozorovateľ vo vnútri sústavy neuvedomuje. Nevníma ho. Na základe len vizuálneho pozorovania ani nič také postrehnúť nemôže.
Z pohľadu nehybnej súradnicovej sústavy vyzerá priebeh pružného zrazu telies tak, že sa pritom prejaví aj kinetická energia, ktorou telesá disponujú z dôvodu pohybu celej súradnicovej sústavy, a ten pohyb „zasahuje“ všetky telesá v nej sa nachádzajúce. Vektory ich pozorovaných rýchlostí sa preto vektorovo skladajú s rýchlosťou ŵ (transvektorom), a tomu aj zodpovedajú ich kinetické energie. Platí:

Vzťah (8) roznásobíme a upravíme takto:

Obr.13

Vzťah (9) som poznal už ako 17-ročný.
Upozorňujem, že vzťah (9) predstavuje rovnicu, zapísanú na dvoch riadkoch. Horné riadky zápisov vo vyznačených rámčekoch patria k ľavej strane rovnice a dolné riadky zápisov vo vyznačených rámčekoch patria k pravej strane rovnice. Rámčeky som použil v zápise rovnice (9) len preto, aby som zvýraznil dôležitú vec. V prvom rámčeku je vyjadrený zákon zachovania hybnosti – prenásobený rýchlosťou ŵ. V druhom rámčeku je vyjadrený zákon zachovania kinetickej energie.
Všetky členy v rovnici (9) majú rozmer energie – mw2, mwv , mv2.
Rovnica (9) vyjadruje, že:
1. Hmotnosti telies sa pružným zrazom nezmenili, a takisto sa nezmenila rýchlosť ŵ. Veď je aj zrejmé, že deje vo vnútri pohybujúcej sa súradnicovej sústavy nemôžu nijako ovplyvniť vlastný pohyb sústavy.
2. Vďaka 1. bodu platí „zákon zachovania hybnosti“. Treba si však – s prihliadnutím práve na vzťah (9) – uvedomiť, že fyzikálnemu pojmu „hybnosť“ (s rozmerom kgm/s) reálne nič nezodpovedá. Ako vidíme, všetky členy v prvom rámčeku majú tiež fyzikálny rozmer (kinetickej) energie. Z praktických dôvodov môžeme, pre potreby riešenia konkrétnych úloh na pohyb telies, pojem hybnosť, definovaný ako súčin hmotnosti a (vektorovej) rýchlosti telesa, formálne vo fyzike ponechať, ale – pozor! –
Neustále budeme musieť mať na zreteli, že tam, kde pozorovateľ (v pohybujúcej sa súradnicovej sústave) považuje za hmotnosť telesa hodnotu m, pozorovateľ (hľadiaci z nehybnej súradnicovej sústavy) vidí hodnotu ŵ.m! To znamená, že hmotnosť telesa, nachádzajúceho sa v pohybujúcej sa sústave, je v skutočnosti ŵ-krát menšia, ako si myslíme.
3. Na hodnote rýchlosti ŵ nezáleží. Principiálne môže nadobúdať rôzne hodnoty, väčšie ako nula, situácia bude vždy popísaná vzťahom (9).
Teraz už tušíme aj, prečo sa hybnosť musí nutne zachovávať pri pružnom i nepružnom zraze, kdežto kinetická energia môže zmeniť svoju formu (Engelsov paradox). Pretože hodnota mwv je zrejme výrazne väčšia ako hodnota mv2.

4. Kinetickú energiu telesa (jeho formy) o hmotnosti m, označenú symbolom WK možno, v zmysle vzťahu (9), vyjadriť ako súčet troch zložiek – driftovej energie WD = ½mŵ2, „hybnostnej“ energie WH = ŵmv a efektovej energie (kinetickej energie, ako ju poznáme) WE = ½mv2. Teda:

Driftová zložka WD kinetickej energie telesa zostáva konštantná, pretože deje vo vnútri inerciálnej súradnicovej sústavy nemôžu nijako ovplyvniť jej vlastný pohyb. Čo do kvantity je to najväčšia zložka celkovej energie telesa; o niekoľko rádov väčšia ako zložky WH a WE .
Hybnostná zložka WH je tá časť kinetickej energie telesa, z ktorej sa uhrádza práca sily, indukovanej zmenou pohybového stavu telesa.
Efektová zložka WE kinetickej energie telesa je čo do kvantity najmenšia. Ako taká je najľahšie ovplyvniteľná vonkajšími silami a ľahko sa transformuje na inú formu energie (tepelnú, elektrickú a pod).
Symetricky so zmenou zložiek WH a WE sa mení aj vnútorná energia telesa WZ.
Celková energia telesa o hmotnosti m , označená symbolom WM , je dvojnásobná, pretože ku kinetickej energii jeho formy treba pripočítať jeho, rovnako veľkú, vnútornú energiu WZ (energiu zotrvačnosti). Teda:

Teleso sa principiálne môže, vzhľadom na pohybujúcu sa sústavu, nachádzať aj v pokoji. Ak sa začne pohybovať relatívne nízkou (pozorovanou) rýchlosťou, na hodnote jeho hmotnosti táto zmena (teoreticky) nič nemení. Preto hmotnosť každého telesa možno považovať za tzv. „pokojovú hmotnosť m0“. Potom, vzhľadom na vyššie uvedené, reálne platí:

Vzťah (12) je prapôvodnou príčinou javu relativistického narastania hmotnosti telesa v závislosti od jeho (vzrastajúcej) rýchlosti.
Uvedený príklad je dobrou ilustráciou toho, ako v procese skúmania a poznávania sveta treba byť neustále v strehu, aby sme neoklamali sami seba a nepodľahli nástrahám všakovakého druhu, ktoré nás môžu pri bádaní kedykoľvek postretnúť.
Ale je tu aj ďalší moment, hodný povšimnutia.
Newtonov zákon zotrvačnosti a zákon zachovania „hybnosti“ sú vlastne len prirodzenými dôsledkami všeobecnejšieho zákona zachovania energie. Zotrvačnosť, hybnosť a kinetickú (i každú inú) energiu telies pozorujeme v ktorejkoľvek zvolenej súradnicovej sústave, teda vo vhodne zvolenom pozorovateľnom priestore (P-priestore). Zákon zachovania energie je však „zakotvený“ – pôsobí z „nižšej priestorovej úrovne“, z úrovne kozmodriftového priestoru (K-priestoru).
Nie je vylúčené, že existuje ešte všeobecnejší (resp. najvšeobecnejší) zákon, pôsobiaci z ešte nižšej (predbežne nepomenovanej) priestorovej úrovne, ktorého je nám známy zákon zachovania energie tiež len obyčajným dôsledkom. Mohlo by sa jednať o hypotetický, tzv. „zákon zachovania stavu“: „Vesmír (či Univerzum) prechádza pri svojom vývoji navzájom rovnocennými stavmi“. Tieto stavy, povedzme, popisuje a charakterizuje bližšie neznámy počet (hypotetických) tzv. „stavových parametrov“, ktoré treba ešte len objaviť.
Pri prechode Univerza rovnocennými stavmi nič nevzniká naviac (z ničoho), ani nič nezaniká.
Táto myšlienka nás neustále núti pamätať na to, že je dobré náš svetonázorový obraz sveta (Univerza) neuzatvárať do definitívnej predstavy (pojmovej schémy). Je lepšie a rozumnejšie ponechávať si priestor pre bezproblémové akceptovanie prípadných ďalších objavov, zásadného fyzikálneho významu, ktoré by nás v budúcnosti mohli prekvapiť ešte viac ako relativistické efekty.
Pri tom všetkom vidíme, akou veľkou výhodou je názornosť našich východiskových predstáv a predpokladov pri konkrétnom skúmaní, keďže skúmací proces môžeme neustále (aj spätne) kontrolovať tzv. zdravým rozumom. Veľkou prednosťou bádateľa je disponovať racionálnymi pojmami a postrehom, aby vedel rozlišovať medzi (relatívnym) zdaním a objektívnou realitou.
Aj kvôli tomu, aby sme mali stále na pamäti, ako ťažko sa je prebíjať k objektívnemu poznaniu, zaraďujem do tejto práce, ako prílohu v jej závere, už spomenutý Engelsov článok „Miera pohybu. – Práca“. Tam sa neinformovaný čitateľ dozvie čo-to z histórie riešenia problému, čo je skutočnou mierou mechanického pohybu. Ako ťažko a dlhodobo prebieha proces uvedomovania si fyzikálnych súvislosti. A určite bude súhlasiť s Engelsovými slovami, že „D´Alembert sa nemusel so svojimi tirádami o nejasnosti názorov svojich predchodcov unúvať, lebo je práve taký nejasný ako oni“.
Len tak budeme pripravení chcieť, ako hovoril Platón Homérovými ústami, „sťa nádenník pracovať na poli poznania, s majetkom malým“ a vytrpieť radšej čokoľvek, než aby sme mali mať také klamné predstavy, ako doteraz

4.3 Čas

Je tak trochu napodiv a aj paradox, že dodnes nie je známa povaha času. Fyzici – z núdze – tvrdia, že nie je dôležité vedieť, čo je čas. Dôležité je vedieť ho merať a racionálne deliť na časové úseky (obdobia). A pri výpočtoch používať Newtonov „matematický čas“, reprezentovaný symbolmi, ktoré úspešne „fungujú“ aj bez toho, že nám toto poznanie chýba.
Teraz konečne nadchádza čas poznať, čo je vlastne čas.

Koexistencia zákona zachovania hybnosti a zákona zachovania (kinetickej) energie v ľubovolnej súradnicovej sústave je spôsobená jej inerciálnym pohybom vzhľadom na súradnicovú sústavu „nižšej“ priestorovej úrovne, napríklad na súradnicovú sústavu v (objektívnom, resp. absolútnom) pokoji. Inými slovami, koexistencia zákona zachovania hybnosti a zákona zachovania energie v danej súradnicovej sústave je nespochybniteľným kritériom, ktoré potvrdzuje, že sa oná súradnicová sústava nejako inerciálne pohybuje.
To znamená, že každá oblasť vesmíru, v ktorej takúto koexistenciu uvedených zákonov pozorujeme, sa inerciálne pohybuje nejakou rýchlosťou ŵ, a to aj v tom prípade, keď vyzerá nehybná.
Predstavme si, že sme sa ocitli vo veľmi rozľahlej priestorovej oblasti, kde sa všetky hmotné telesá nachádzajú v relatívnom pokoji. Vidíme len ich nemenný tvar, t.j. vnímame ich existenciu z hľadiska formy. Do ich vnútra nevidíme. Vo všeobecnosti povedané, nepozorujeme, žeby sa v tom „svete“ niečo dialo. A položme si otázku: Plynie tam čas?

Intuitívne cítime, že plynie.
To je situácia, presne v duchu Feynmanovych slov, že: „Čas je to, čo sa deje, aj keď sa nič iné nedeje.“ [2] Ale čo sa to deje, aj keď sa nič iné nedeje?

Všetky hmotné telesá v našom myšlienkovom experimente vidíme zotrvávať v pokoji. Ale súradnicová sústava, v ktorej priestore sa telesá nachádzajú (spolu s nami), sa inerciálne pohybuje. Hoci si to my neuvedomujeme. To je teda to, čo sa reálne deje. Inerciálny pohyb súradnicovej sústavy. Naše vedomie ho vníma špecifickým spôsobom ako „čas“. – Nezávisle od nás – plynie fyzikálny čas!

Fyzikálny čas je forma zmyslového vnímania dôsledkov existencie, zmyslami nepostrehnuteľného, inerciálneho driftu našej súradnicovej sústavy (kozmodriftu) vzhľadom na nehybný priestor Univerza.

My si žijeme celý život na Zemi bez toho, aby sme niekedy pocítili jej (astronomický) pohyb. Namiesto toho naše vedomie vníma plynutie času. Rovnomerné, jednosmerné plynutie toho času, ktorý Newton z núdze nazval matematickým časom, lebo nepoznal jeho objektívnu – fyzikálnu – podstatu.

Nad tvrdením, že čas je relatívny, pretože udalosti, ktoré vníma pozorovateľ v jednej súradnicovej sústave ako súčasné, vníma pozorovateľ v inej súradnicovej sústave ako nesúčasné, sa možno len pousmiať.
Tvrdenie, že „čas je relatívny“, totiž v ničom nenaznačuje, aká by mala byť fyzikálna podstata času. A takýto „relatívny“, absolútne neurčitý, čas je súčasťou akéhosi, fyzikálne rovnako neurčitého, kontinua – „časopriestoru“!

Ak predpokladáme, že zákon zachovania hybnosti a zákon zachovania kinetickej energie koexistujú v celom objeme zo Zeme pozorovaného vesmíru, znamená to, že náš vesmír sa pohybuje ako jeden celok, jednou spoločnou rýchlosťou ŵ, nekonečným priestorom Univerza. Všade tam potom rovnako plynie (Newtonov matematický) čas, ktorý je vlastne garantom kompatibility všeobecného zákona zachovania energie so všetkými prírodnými dejmi, ktoré by ho chceli prípadne narušiť.

V súvislosti s tým ma napadá myšlienka, či objektívne platné prírodné zákony možno považovať (z hľadiska vedomia) za informáciu. Ak by to tak bolo, potom nie je odveci spýtať sa relativistov (fyzikov i filozofov, ktorí relativitu akceptujú v doterajšom ponímaní), či sa aj platnosť, teda pôsobenie týchto prírodných zákonov šíri (resp. šírilo – niekedy v minulosti, nepredstaviteľne dlho) priestorom rýchlosťou svetla c . Rýchlosť c je síce relatívne veľmi veľká, ale predsa len konečná. To by znamenalo, že niekde v Univerze by mohli existovať oblasti, do ktorých sa nám známe prírodné zákony ešte nedostali, teda tam ani objektívne nemôžu pôsobiť. Na druhej strane by sa tam mohli uplatňovať nejaké iné prírodné zákony, ktoré pre zmenu zas nepoznáme my, pretože k nám ešte nestihli doraziť.

Nikdy v živote som sa totiž nestretol ani len s náznakom podobného problému.

5. SKUTOČNÝ POHYB ZEME

V predchádzajúcej časti tejto práce som ukázal vplyv pohybu (jej vlastného, nevnímateľného driftu) súradnicovej sústavy na deje medzi hmotnými telesami, ktoré sa pohybujú v tejto sústave tiež len inerciálne. Dôsledkom je zdanlivá koexistencia zákona zachovania hybnosti a zákona zachovania kinetickej energie. Zdanlivá preto, lebo v skutočnosti tu platí len jeden prírodný zákon – zákon zachovania (kinetickej) energie – „presahujúci“ sem zo súradnicovej sústavy, predstavujúcej „nižšiu“ priestorovú úroveň, t.j. z nehybnej súradnicovej sústavy.

V tejto časti ukážem, ako sa prejaví inerciálny pohyb súradnicovej sústavy na také deje, v jej priestore, medzi hmotnými telesami, na ktoré pôsobia vonkajšie sily. Je zrejmé, že pohyby pozorovaných telies budú nejakým spôsobom zakrivené a že jednotlivé dráhy budú relatívne v tom zmysle, že budú mať zdanlivý tvar. (Objektívny tvar týchto dráh možno študovať pohľadom z nehybnej súradnicovej sústavy.) Okrem toho sa prejaví relativistický efekt narastania hmotnosti telesa v závislosti od jeho narastajúcej rýchlosti. Tento efekt je tiež len zdanlivý. Ale nie preto, že ho označujeme pojmom „relativistický“, ale preto, že k žiadnej zmene hmotnosti telesa jednoducho nedochádza.

Je zrejmé, že za danej situácie k čomusi nečakanému predsa len dochádza a pre charakter tohto javu sa vžilo označenie „relativistický jav“. Pre malé pozorované rýchlosti hmotných telies je takmer nepostrehnuteľný, ale pre vysoké hodnoty pozorovaných rýchlostí je veľmi markantný.

Tento jav je vhodný na určenie rýchlosti skutočného pohybu Zeme, a v ďalšom vysvetlím, ako.

5.1 Rozbor situácie pri určovaní skutočného pohybu Zeme

Ako možno dosiahnuť vysokú hodnotu pozorovanej rýchlosti?

Princíp je jednoduchý.

Po prvé. Vytvoríme „silové centrum“ – nehybné zariadenie prijateľných rozmerov, napríklad urýchľovač elementárnych častíc, ktoré má urýchľovaciu komoru kruhového (prstencového) pôdorysu a dostatočne silný zdroj energie.

Po druhé. V tomto urýchľovači budeme pôsobiť vhodnou silou na (elektricky nabitý) hmotný objekt nepatrnej hmotnosti (časticu), napríklad na elektrón. Keby sme sa snažili urýchliť na veľmi vysokú pozorovateľnú rýchlosť makroskopické teleso, jednak by sme nemali dostatočne výkonný urýchľovač a jednak by sa toto teleso, v priebehu urýchľovania, zrejme rozpadlo v dôsledku rozvrátenia silových pomerov (väzieb) v jeho vnútri.

Objektívny tvar dráhy urýchľovanej častice je výsledkom skladania dvoch pohybov: inerciálneho pohybu súradnicovej sústavy, v ktorej je urýchľovač (zdanlivo) nehybný, a kruhového pohybu častice okolo „silového centra“ (stredu urýchľovacej komory).

Takáto fyzikálna situácia sa vyskytuje všade vo vesmíre, a to v najrôznejších rozmerových škálach:

Elektróny v elektrónovom obale atómu sa pohybujú „okolo“ (resp. v okolí) jeho jadra.

Elektrón v urýchľovači elementárnych častíc sa pohybuje „okolo“ (resp. v okolí) stredu urýchľovacej komory.

Zem a všetky ostatné planéty našej slnečnej sústavy sa pohybujú „okolo“ (resp. v okolí) Slnka.

Slnko sa, z dôvodu rotácie našej Galaxie, pohybuje „okolo“ (resp. v okolí) jej stredu.

Urobme si predbežnú predstavu o pomeroch, ktoré možno v urýchľovači v priebehu urýchľovania častice očakávať.

Nech je obvod urýchľovacej komory 30 m. Tomu zodpovedá jej priemer približne 9 m. Urýchľovač je situovaný na zemskom povrchu, a predpokladajme, že Slnko ho, spolu so Zemou, unáša svetovým priestorom rýchlosťou 300 km/s a že smer tohto driftu sa nachádza v rovine orbity urýchľovaných častíc (aby sa nám lepšie počítalo a uvažovalo).

Z toho vyplýva, že urýchľovaná častica musí vykonať za jednu sekundu desať tisíc obehov, aby sa jej pozorovaná „obežná“ rýchlosť číselne rovnala nevnímanej rýchlosti pohybu samotného urýchľovača svetovým priestorom. Je zrejmé, že sa častica objektívne pohybuje po vlnovkovitej dráhe, ktorá je podstatne dlhšia ako priamočiara dráha urýchľovača.

Na obr.5 je znázornená skutočná dráha, napríklad elektrónu, počas jeho jedného „obehu“ v urýchľovači. Samotný urýchľovač je (nepozorovane) unášaný svetovým priestorom rýchlosťou w. Elektrón sa pohybuje pozorovanou „obežnou“ rýchlosťou v a v čase T1 sa nachádza v bode A urýchľovacej komory. Postupne prechádza polohami B, C, D, E v časoch T2, T3, T4, T5.

Obr. 5 Objektívna dráha urýchlovaného elektorónu
Obr. 5 Objektívna dráha urýchlovaného elektorónu

Vidíme, že objektívna dráha elektrónu počas jedného „obehu“ pozostáva z dvoch oblúkov – z dlhšieho oblúka ABC a kratšieho oblúka CDE. Okamžitá „objektívna“ rýchlosť elektrónu sa počas „obehu“ neprestajne mení.

Aká je priemerná objektívna rýchlosť elektrónu vO počas obehu? Dá sa vyjadriť ako funkcia, závislá od rýchlostí v a w?

Ak áno, potom spôsob, akým určíme jej hodnotu, je zásadný aj pre určenie rýchlosti w skutočného pohybu Zeme, ktorá doteraz nie je známa.

Predstavme si uvažovanú vlnovkovitú dráhu elektrónu za určitý čas, napr. za jednu sekundu. Vyššie som – ako príklad – predpokladal, že elektrón za ten čas vykoná desať tisíc „obehov“ a Zem (spolu so Slnkom) unesie urýchľovač o 300 km vo svetovom priestore (rovnomerne priamočiaro) ďalej. Položme si otázku, aký je pomer dĺžok objektívnej dráhy elektrónu a urýchľovača, ktorú takto ubehli. Za takýchto okolností možno rozmery urýchľovacej komory (cca 9 m) zanedbať.

Porovnanie predmetných dráh urobíme nasledovne. – Vlnovkovitú dráhu elektrónu, za daný čas, si predstavme „vyhladenú“ na tvar úsečky tej istej dĺžky. Priamočiara dráha, ktorú Zem vykoná vo svetovom priestore za rovnaký čas, je očividne kratšia.

Elektrón i Zem svoje objektívne dráhy ubehnú za rovnaký čas, pričom sa – na začiatku i na konci svojich dráh (ak zanedbáme rozmery urýchľovacej komory) – obaja súčasne nachádzajú v totožnom bode svetového priestoru.

Túto okolnosť som nazval pojmom „princíp korešpondencie“.

Keby z nejakej príčiny došlo k porušeniu princípu korešpondencie medzi elektrónom a stredom jeho „obežnej“ dráhy v urýchľovači, malo by to za následok, že elektrón by sa neudržal v priestore urýchľovacej komory a jednoducho by z urýchľovača zmizol.

Elektrón sa pritom pohybuje vyššou rýchlosťou, ktorej priemerná hodnota vO je k rýchlosti w pohybu Zeme v tom istom pomere, v akom pomere sú ich objektívne dráhy.

Uvedená situácia je zobrazená špecifickým spôsobom na obr.6.

Dĺžka dráhy elektrónu musí byť medzi poradnicami v časoch T1 a T2 naklonená voči dráhe Zeme pod uhlom α, aby svoje dráhy mohli ubehnúť v rovnakom čase ΔT. (ΔT = T2 – T1.)

Dráhu elektrónu AEBE možno vyjadriť pomocou dráhy Zeme AZBZ a uhla α :

Obr. 6 Porovnanie objektívnych dráh elektrónu a Zeme
Obr. 6 Porovnanie objektívnych dráh elektrónu a Zeme

Teda

A ďalej

Respektíve

Vzorec (16) je, už na prvý pohľad, zaujímavý charakteristickým tvarom menovateľa zlomku na pravej strane. Ak totiž urobíme predpoklad, že

potom vzťah (16) nadobudne tvar

Teda bude aj

O oprávnenosti predpokladu (17) možno diskutovať.

Obr.5 ukazuje, že v blízkom okolí bodu A , kde sú rýchlosti v a w na seba kolmé, sa smer objektívneho pohybu elektrónu naozaj odkláňa od smeru pohybu urýchľovača (od smeru w) o uhol α. To isté platí pre blízke okolie bodu C, ibaže odklon je v opačnom smere. V širšom okolí bodu B uvažovaný odklon smeru pohybu elektrónu, na obidve strany od smeru w , je menší, v širšom okolí bodu D je naopak väčší. Predpoklad (17) okrem toho predstavuje najkratšiu cestu teoretického zdôvodnenia pozorovaných experimentálnych výsledkov pri jave relativistického „narastania“ hmotnosti, v závislosti od pozorovanej rýchlosti urýchľovaného objektu.

Je zrejmé, že čím vyššia bude „obežná“ rýchlosť vO elektrónu, tým bude mať jeho objektívna dráha väčší počet vlnoviek, pripadajúcich na priamočiary úsek dráhy samotného urýchľovača, ktorý urazí v priestore za jednotku času. Priemerná smerová odchýlka pohybu elektrónu od smeru pohybu urýchľovača bude väčšia. Závislosť medzi nimi vyjadruje predpoklad (17).

Vzťah (18) ukazuje, že skladanie nevnímaného inerciálneho pohybu súradnicovej sústavy, rýchlosťou w, s relatívnym kruhovým (neinerciálnym) pohybom hmotného objektu, pozorovanou rýchlosťou v, navodzuje stav, akoby sa hmotný objekt touto rýchlosťou pohyboval inerciálne, avšak vzhľadom na inú inerciálnu súradnicovú sústavu. – Vzhľadom na inerciálnu súradnicovú sústavu, pohybujúcu sa nevnímanou rýchlosťou vO , podľa vzťahu (18).

Z predchádzajúcej časti tejto práce vieme, že v inerciálnej súradnicovej sústave, pohybujúcej sa rýchlosťou w, považujeme za „pokojovú“ hmotnosť m0 telesa (objektu), inerciálne sa pohybujúceho bežnými rýchlosťami v, veličinu m.w [vzťah (12)]. V skutočnosti sa jedná (v zmysle definície v klasickej mechanike) o hybnosť telesa (objektu). Aj veličinu m.w.v chybne považujeme za „hybnosť”, hoci sa v skutočnosti jedná o hybnostnú zložku WH kinetickej energie uvažovaného telesa [vzťah (10)].

Pri zvyšovaní pozorovanej rýchlosti v táto „hybnosť“ relativisticky narastá, pretože, nevnímaná rýchlosť w, v dôsledku tejto zmeny, spojite „mení“ svoju hodnotu na vO [vzťah (18)]. Ale aj samotná táto zmena je pozorovateľom nevnímaná, pretože je pred ním skrytá v „hmotnosti” telesa mw.

Skutočná hmotnosť m urýchľovaného telesa však, napriek všetkému – ako sme videli – zostáva pri tomto procese konštantná!

Nie je teda správne hovoriť o narastaní, o relativistickej zmene hybnosti urýchľovaného telesa, alebo o narastaní, o jeho relativistickej zmene hmotnosti, lebo to jednoducho nie je pravda – vonkoncom to nezodpovedá fyzikálnej realite. Racionálnejšie bude – navrhujem to – hovoriť v tejto súvislosti o „relativistickom správaní” hmotného objektu, napríklad elektrónu.

Toľkoto hovorí teória v zmysle teórie kozmodriftu.

Ak sa pozrieme do experimentálnej oblasti, je spoľahlivo overené, že pozorovaná potreba nárastu sily, pôsobiacej na urýchľované teleso (objekt) je väčšia, ako by zodpovedalo vzrastu jeho pozorovanej rýchlosti v, podľa pozorovateľa sa preto súčasne mení aj hmotnosť telesa mv – vzrastá podľa vzťahu

kde c je rýchlosť svetla vo vákuu.

Pozorovateľ-„relativista” nevie tento fenomén vysvetliť inak, len predpokladom, že sa tu jedná o špecifickú prírodnú zákonitosť, podobne, ako sa môže meniť energia na hmotnosť a naopak (čomu tiež verí).

Takže, v konečnom dôsledku, v prípade relativistického „narastania” hmotnosti telesa (objektu) v závislosti od jeho rýchlosti, sa nejedná o žiaden nepochopiteľný, mystický jav, ale len o vskutku banálny dôsledok zmeny energie takto urýchľovaného telesa.

5.2. Určenie skutočného pohybu Zeme

Pod pojmom „určenie skutočného pohybu Zeme“ mám na mysli zistenie hodnoty objektívnej rýchlosti (astronomického) pohybu Zeme vo svetovom priestore; inými slovami, zistenie rýchlosti jej kozmodriftu. Za tým účelom sa budem zaoberať tromi rôznymi spôsobmi jej určenia:

  1. rýchlosť kozmodriftu Zeme vyplýva z porovnania vzťahov (19) a (20);
  2. rýchlosť kozmodriftu Zeme vyplýva z hodnoty rýchlosti, považovanej relativistami za maximálnu možnú rýchlosť v prírode;
  3. rýchlosť kozmodriftu Zeme vyplýva z hodnoty celkovej energie hmotných telies.

Takto určenú rýchlosť kozmodriftu Zeme potvrdzuje aj vysvetlenie negatívneho výsledku Michelsonovho-Morleyovho experimentu.

Prvý spôsob určenia rýchlosti kozmodriftu Zeme

Z triviálneho porovnania vzťahov (19) a (20) vyplýva rovnosť

Je to elegantný, ale prekvapujúci záver. Tak veľmi prekvapujúci, že sa obávam prvej reakcie čitateľa, nepripraveného na takú alternatívu.

V úvahe o stanovení skutočného pohybu námorníkovych hodiniek, ktorú som opísal v úvode tejto práce, som ukázal, ako prudko rastie hodnota rýchlosti výslednice skladania nám známych (relatívnych) pohybov pri zväčšovaní priestorovej škály, v rámci ktorej ich pozorujeme. Síce som nedošiel k veľmi vysokým číslam – rýchlosť Slnka v našej Galaxii, a teda prakticky aj Zeme, je odhadovaná rádove len na 200 km/s – ale v tej súvislosti som poznamenal, že môj osobný (vtedy ešte ničím nepodložený) odhad je, že sa môže jednať až o rýchlosť 40 000 km/s – 60 000 km/s. Zo vzťahu (21) vyplýva, že je to päťnásobne viac, ako bol môj odhad, t.j. w = 300 000 km/s (približne). Povedal som si: „Prečo nie?“

Kvalitatívny súvis medzi nevnímateľnou rýchlosťou w a pozorovanou rýchlosťou v, za daných okolností, som odvodil teoreticky, ale kvantitatívna hodnota rýchlosti w vyplynula z experimentálneho pozorovania – zo vzťahu (20). Ak sa teda, napríklad Feynman, mohol odvolávať na výsledok nepochopeného Michelsonovho-Morleyovho experimentu a tvrdiť, že je to dostatočný dôvod na sformulovanie Einsteinovej špeciálnej teórie relativity, ja sa – takto, v prvej chvíli – odvolávam na experimentálne overený vzťah (20), z ktorého vyplýva záver (21). Je jedno, či Slnko „unáša“ našu Zem svetovým priestorom rýchlosťou 200 km/s, rýchlosťou 60 000 km/s alebo rýchlosťou 300 000 km/s, keď sa tu, v každom jednom prípade, jedná o inerciálny pohyb, ktorý nemožno zmyslami bezprostredne vnímať.

V krajnom prípade by bolo možné, v teórii kozmodriftu, rýchlosť kozmodriftu Zeme 300 000 km/s postulovať, a – z hľadiska tzv. zdravého rozumu – by to bolo vždy prijateľnejšie, ako druhý postulát špeciálnej teórie relativity.

Samozrejme, je len na prospech veci, že v prípade určenia rýchlosti kozmodriftu Zeme nie sme odkázaní usudzovať len na základe jediného výnimočného momentu, čo by zvyšovalo pravdepodobnosť možného omylu v dôsledku nepochopenia objektívnej situácie.

Druhý spôsob určenia rýchlosti kozmodriftu Zeme

V úvode tejto práce som konštatoval, že špeciálna teória relativity je uzavretá fyzikálna teória, jednoznačne závislá od výrazu

Pretože hodnota jeho menovateľa sa nemôže rovnať nule, musí byť pozorovaná rýchlosť v vždy menšia ako rýchlosť svetla vo vákuu c, ktorú špeciálna teória relativity z tohto dôvodu považuje za maximálnu možnú rýchlosť v prírode.

Tento záver vyznieva v teórii kozmodriftu priam paradoxne. Pretože ak kozmodrift Zeme má rýchlosť w = c, potom všetky rýchlosti, pozorované v pozemskom prostredí i vo vesmíre, musia byť objektívne „nadsvetelné“.

Tieto dva diametrálne odlišné postoje však možno uviesť do súladu za predpokladu, že rýchlosť svetla c je svojou povahou iba relatívna(!) rýchlosť, pretože je to pozorovaná(!) rýchlosť svetla vo vákuu. A ako taká, naozaj je maximálnou relatívnou rýchlosťou v prírode. Objektívna rýchlosť svetla môže nadobúdať aj hodnoty väčšie ako c. Toto však zo špeciálnej teórie relativity nevyplýva. Je to len jedna z jej mnohých chýb, ktoré vznikli v dôsledku nesprávnych predpokladov o usporiadaní objektívnej reality.

Zo vzťahu (20), podľa špeciálnej teórie relativity vyplýva, že hmotný objekt, napríklad elektrón, nemožno urýchliť na rýchlosť c, pretože jeho „relativistická“ hmotnosť by nadobudla nekonečnú hodnotu, a neexistuje reálna sila, ktorá by dokázala účinne pôsobiť na „nekonečnú“ hmotnosť.

Teória kozmodriftu nazerá na situáciu diametrálne odlišne.

Obr.7 Cykloidný tvar dráhy urýchľovaného elektrónu pri v=c
Obr.7 Cykloidný tvar dráhy urýchľovaného elektrónu pri v=c

Na obr.7 sú zobrazené dve polohy urýchľovača elementárnych častíc v nehybnej súradnicovej sústave s počiatkom v bode (0,0), ktorý sa nachádza v inerciálnej sústave pohybujúcej sa (kozmodriftovou) rýchlosťou w = c, a v ňom sa pohybuje urýchľovaný elektrón pozorovanou „obežnou“ rýchlosťou c.

V prvej polohe urýchľovača sa elektrón nachádza v takom bode urýchľovacej komory, že smer jeho „obežnej“ rýchlosti je rovnobežný so smerom pohybu samotného urýchľovača. V druhej polohe urýchľovača sa elektrón nachádza na opačnej strane komory, kde smer jeho „obežnej“ rýchlosti je presne opačný ako smer pohybu samotného urýchľovača.

Objektívny tvar dráhy elektrónu za týchto podmienok, podľa obr. 7, predstavuje cykloida s jedným zo svojich hrotov na poradnici stredu urýchľovača, nachádzajúceho sa v druhej polohe.

Fyzikálne pomery, v tesnom okolí cykloidného hrotu jeho objektívnej dráhy, sú pre urýchľovaný elektrón kritické. Na jednej strane sa musí pohybovať „dopredným“ smerom, zarovno s urýchľovačom, na druhej strane sa v danej oblasti pohybuje takmer kolmo na tento žiadaný smer, takže sa potrebuje objektívne pohybovať nesmierne rýchlo – ďaleko rýchlejšie ako je jeho „obežná“ rýchlosť.

K tomu potrebuje čoraz intenzívnejší prísun energie zvonka, ktorý mu musí – a môže – sprostredkúvať jedine pôsobiaca urýchľovacia sila. Z pohľadu tejto sily elektrón akoby oťažieval – podľa vzťahu (20). Oficiálne sa hovorí o relativistickom narastaní hybnosti elektrónu v dôsledku relativistického narastania jeho hmotnosti, ale – ako sme videli – skutočná hmotnosť elektrónu zostáva konštantná; čo narastá, je potreba energie.

Neexistuje – a zrejme ani nikdy nebude existovať – taký urýchľovač, ktorý by dokázal prinútiť elektrón objektívne sa pohybovať po cykloidickej dráhe, lebo by k tomu potreboval nekonečný výkon. Preto pozorovaná „obežná“ rýchlosť elektrónu nemôže nadobudnúť hodnotu c, ale sa k nej len priblížiť. Ale to – aby sme nezabudli! – platí za akých podmienok?

Platí to za predpokladu, že samotný urýchľovač sa objektívne pohybuje rýchlosťou c. A pretože sa urýchľovač nachádza na zemskom povrchu, rýchlosťou c sa objektívne pohybuje aj samotná naša Zem.

Princíp „nedosiahnuteľnosti“ relatívnej rýchlosti c reálnym telesom alebo iným hmotným objektom možno teoreticky využiť na rozlišovanie inerciálnych súradnicových sústav podľa ich rýchlosti.

Predstavme si, že by existoval nejaký „vreckový“ urýchľovač elementárnych častíc vo veľkosti náramkových hodiniek alebo trebárs cestovného kufra. S týmto prístrojom by experimentátor cestoval po význačných telesách našej slnečnej sústavy (planétach, asteroidoch a pod.) alebo našej Galaxie (v iných hviezdnych systémoch) a všade by pomocou neho meral, k akej hodnote sa limitne blíži tamojšia nedosiahnuteľná tzv. „obežná“ rýchlosť. Táto rýchlosť by totiž bola tzv. „vlastným kozmodriftom“ daného telesa, a tým aj „driftom“ súradnicovej sústavy s telesom spojenej.

Na začiatku tejto práce som spomenul možnosť, že (rovnaké) elektróny urýchľované na Zemi a na Marse, sa môžu správať nepatrne odlišne. To by bol koniec špeciálnej teórie relativity.

Keby o niečom z toho všetkého čo len tušili Galileo alebo Newton, boli by bývali určite opatrnejší pri nastolovaní mechanického princípu relativity.

A keď som sa už dotkol problematiky fyzikálnych princípov, relativistický efekt zdanlivého narastania hmotnosti objektu, v závislosti od jeho pozorovanej rýchlosti, možno použiť ako kritérium na posudzovanie vnútornej štruktúry hmotných objektov, špeciálne elementárnych častíc. Keď totiž budeme urýchľovať, napríklad elektrón, po priamočiarej objektívnej dráhe a onen relativistický efekt sa pritom prejaví, bude to znamenať, že elektrón vlastne nie je elementárnou časticou, ale že v sebe obsahuje ešte jemnejšiu hmotnú štruktúru s neinerciálnymi pohybmi. A podľa toho, ako sa elektrón pri urýchľovaní správa, určite v sebe jemnejšiu hmotnú štruktúru ukrýva.

Tretí spôsob určenia rýchlosti kozmodriftu Zeme

Rýchlosť kozmodriftu Zeme vyplýva z hodnoty celkovej energie hmotných telies.

Einstein prvý ukázal, že v hmote je obsiahnutá energia

Vzťah (2) potvrdili experimenty, pri ktorých sa pozorovalo, že ak sa kdesi v systéme objaví „energia naviac”, zároveň z neho „zmizne“ zodpovedajúce množstvo hmotnosti.

Ako sa to presne deje, nikto nikdy nevysvetlil. A vysvetliť by to bolo dosť zaujímavé, pretože – z filozofického hľadiska – hmota je spôsob, výraz nezničiteľnej existencie objektívnej reality pretrvávajúcej v čase a priestore, hmotnosť je miera množstva hmoty, a energia je naproti tomu miera pohybu hmotných telies. Teda sa jedná o dve diametrálne odlišné fyzikálne podstaty, organicky spojené vzťahom (2).

Ja osobne predpokladám, že pri „premene“ hmotnosti na energiu dochádza k rozrušeniu hyperjemnej priestorovej štruktúry hmotnosti na také nepatrné elementy, že nie sú detekovateľné inak než cez (možno integrovaný) „balistický“ účinok svojho pohybu. Na jednej strane teda určitá hmotnosť zdanlivo zmizne, „rozplynie“ sa v priestore, aby sme jej nezničiteľnú existenciu vzápätí detekovali – v tom istom priestore – ako energiu (kinetickú, tepelnú a pod.).

Z hľadiska teórie kozmodriftu, ak v našom vesmíre všetko hmotné zdieľa spoločný pohyb – kozmodrift – s rýchlosťou c, každé teleso o hmotnosti m disponuje kinetickou energiou E = ½mc2, z dôvodu pohybu svojej formy, a rovnako veľkou vnútornou energiou, ukrytou vo svojej látkovej štruktúre, v jej silových väzbách.

V objektívnej platnosti vzťahu (2) sa teda špeciálna teória relativity i teória kozmodriftu zhodujú. Teória kozmodriftu ho však vysvetľuje aj kvalitatívne, a to pomocou existencie kozmodriftu s rýchlosťou c a so zohľadnením vnútornej energie hmotného telesa (objektu), s ktorou sa v klasickej mechanike vôbec nepočíta.

6. KOZMOOLOVÝ MODEL UNIVERZA
6.1 Dôvod predstavy kozmoolového modelu Univerza

Teória kozmodriftu predstavuje nový myšlienkový smer, ktorý sa – okrem iného – pokúša riešiť, resp. rieši, notoricky známy problém relativity pohybu. Preto sa aj ťažisko teórie nachádza v dynamike, a dôsledky riešenia problému relativity zasahujú širokú oblasť prírodných vied.

Ako som dospel k predstave existencie kozmodriftu, vyplýva z predchádzajúceho výkladu. Teraz prišlo na rad vysporiadať sa s dôsledkami tejto predstavy.

Ak sa naša Zem, t.j. aj Slnko, celá slnečná sústava i celá naša Galaxia pohybujú spoločným pohybom, odhalenou rýchlosťou kozmodriftu rovnajúcou sa rýchlosti svetla c, a bola by to „záležitosť“ len našej Galaxie, tento veľmi rýchly pohyb by sa musel odrážať v markantnejšom „lokálnom“ pohybe jednotlivých hviezd i celých galaxií, odlišnom od „nášho“ kozmodriftu. Ale to nepozorujeme.

Dovolím si teda predložiť určitú „rámcovú“ predstavu v podobe pracovnej (predbežnej) kozmologickej hypotézy, ktorá je jedným z možných vysvetlení existencie kozmodriftu.

Celok, ktorý sa pohybuje kozmodriftom o rýchlosti c, presahuje hranice dnes pozorovateľného vesmíru a tento celok v teórii kozmodriftu nazývam pojmom „kozmoola“.

„Kozmické molekuly“ – kozmooly – sa pohybujú v kozmodriftovom priestore (K-priestore) podobne ako molekuly plynov vo vzduchu. Ich počet je neznámy a každá z nich sa principiálne môže pohybovať vlastným kozmodriftom, ktorý je odlišný od kozmodriftu našej kozmooly čo do smeru i rýchlosti. Táto kozmologická predstava o usporiadaní Univerza sa v teórii kozmodriftu nazýva „kozmoolový model Univerza“; obr. 8.

Obr. 8 Kozmoolový model Univerza
Obr. 8 Kozmoolový model Univerza

Bod Z na obr. 8 predstavuje našu Zem, bod T ťažisko našej kozmooly. Plné kružnice predstavujú iné kozmooly, s roznymi kozmodriftovými pohybmi, prerušovaná kružnica znázorňuje oblasť vesmíru viditeľného zo Zeme, w je rýchlosť kozmodriftu našej kozmooly, w´ a w´´ sú rýchlosti (vlastných) kozmodriftov iných kozmool.

Tento model využíva princíp „opakovania prvkov malého vo veľkom”. Ďaleko podstatnejšia je však okolnosť, že sa tu predpokladá existencia minimálne dvoch základných priestorových úrovní: objektívneho kozmodriftového priestoru Univerza (K-priestoru), v ktorom sa všetky kozmooly voľne pohybujú, a tzv. pozorovateľného priestoru. Pozorovateľný priestor (P-priestor) je relatívny v tom zmysle, že je to len ilúzia priestoru, podmienená existenciou objektívneho K-priestoru a spôsobená jeho zmyslovou nepostrehnuteľnosťou v dôsledku bezprostredne nepostrehnuteľného pôsobenia kozmodriftu na (relatívny) priebeh pozorovaných javov.

Bod Z na obr. 8 schematicky znázorňuje polohu Zeme v našej kozmoole. Čiarkovaná kružnica sa stredom Z predstavuje súčasnú hranicu pozorovateľnosti vesmíru, podmienenú okamžitým stavom technických možností pozorovacích metód. Táto hranica pozorovateľnosti je relatívna, pretože do budúcnosti možno očakávať, že sa pozorovacie metódy zdokonalia tak, že hranica pozorovateľnosti sa posunie ďalej od Zeme. Preto v súčasnosti možno oprávnene predpokladať, že za momentálnou hranicou pozorovateľnosti sa nachádzajú priľahlé časti, ktoré spolu s pozorovateľným vesmírom tvoria jeden dynamický celok (chápaný ako priestorová formácia hmotných objektov) – našu kozmoolu – pre ktorý je, z hľadiska K-priestoru, charakteristický jednotný pohyb – kozmodrift. Preto aj celý objem našej kozmooly možno principiálne považovať za P-priestor.

Pohyby, ktoré možno v P-priestore pozorovať, sú svojou povahou relatívne, pretože sú spôsobené len odchýlkou pohybu konkrétnych hmotných objektov od rýchlosti a smeru kozmodriftu našej kozmooly. Astronómovia tvrdia, že nimi pozorované hviezdy sa pohybujú rýchlosťami rádovo 100 km/s až 1000 km/s a že v priebehu tisícov rokov sa charakteristické tvary súhvezdí na oblohe pomaly ale isto menia. V súvislosti s P-priestorom možno tieto relatívne pohyby označiť pojmom „lokálne pohyby”. Z hľadiska K-priestoru (subjektívne) pozorovanie lokálnych pohybov znamená, že hmotné objekty sa objektívne pohybujú tzv. vlastným kozmodriftom.

Uvažovanie o „lokálnych pohyboch” veľmi vysokými rýchlosťami – rádovo 100 000 km/s – ako sa vysvetľuje na základe pozorovaného červeného posuvu v spektre vzdialených hviezd, je veľmi riskantné a tým aj nezodpovedné z toho hľadiska, že sa jedná o jeden „osamotený” jav, na základe ktorého sa buduje absurdná kozmologická teória rozpínania vesmíru s počiatkom v singularite.

Teória kozmodriftu predstavou kozmoolového modelu Univerza prekračuje hranice pozorovaného vesmíru a jej predpoklady nepredstaviteľne zväčšujú predpokladané rozmery Univerza. Tým sa stráca možnosť priameho empirického overenia jej kozmologických predpokladov a záverov. Z hľadiska verifikácie teórie kozmodriftu sa teda podstatnými stávajú metódy nepriameho dôkazu. Aktuálnou sa stáva potreba hľadať náznaky existencie kozmodriftu, a to v pozorovaných javoch, ktoré sú pre svoju pochopiteľnú relatívnu povahu vždy špecificky deformované. Je výlučne úlohou teórie správne rozpoznať mieru ich deformácie. Preto teória kozmodriftu – na rozdiel od všeobecnej odbornej mienky – prikladá teoretickej práci väčší význam ako experimentu. Tým však nijako neprotirečí súčasným predstavám o vedeckej práci; treba si totiž uvedomiť, že teória kozmodriftu tým, že sa snaží objasniť skutočné usporiadanie objektívnej reality (na úrovni kozmodriftového priestoru), predstavuje základ nového prístupu k fyzike – buduje základy fyziky kozmodriftového priestoru, buduje tzv. K-fyziku.

Budovať K-fyziku znamená vysvetľovať (rekonštruovať, revidovať), na základe pozorovania relatívneho (deformovaného) priebehu fyzikálnych dejov v pozorovateľnom priestore ich skutočný, objektívny priebeh v kozmodriftovom priestore, a ukázať, že pri systematickom používaní predstavy objektívnej existencie priestorovej úrovne K-priestoru, možno – vzhľadom na tento priestor – vybudovať rovnako konzistentný systém fyzikálnych vzťahov, ako je to v modernej fyzike (pozorovateľného priestoru). Inými slovami, K-fyzika neprotirečí zásadným výsledkom modernej fyziky, iba ich vysvetľuje a systematizuje – na prospech všeobecného poznania – z iného uhla pohľadu. O prospechu všeobecného poznania hovorím preto, lebo teória kozmodriftu ponúka prírodným vedám a filozofii mnoho principiálnych zdokonalení systému prírodovedných poznatkov; na druhej strane odhaľuje viacero podstatných omylov, ktoré vznikli v historickom procese poznávania dialekticky zákonite a na dlhú dobu sa stali organickou súčasťou poznania. Je rovnako dialekticky zákonité, že napriek tomu, že sú principiálnou prekážkou ďalšieho pokroku poznania, nemusí byť tento moment zrejmý relatívne dlhú dobu.

Že sa tak stalo, dokladá vznik obidvoch teórií relativity, ktorá vznikla „unáhlene” na začiatku 20. storočia. Engels to vo svojom článku „Miera pohybu. – Práca” veľmi dobre ilustruje poukázaním na to, že ešte okolo r. 1875 nebola problematika energia úplne jasná ani najpoprednejším predstaviteľom fyziky tej doby. A práve vtedy Maxwel navrhol princíp Michelsonovho-Morleyovho experimentu, ktorého negatívny výsledok nebol v stave správne pochopiť nikto. Pod psychologickým dojmom, že v relativite je všetko možné, si fyzici pripustili a osvojili mnoho nezmyslov. Prišiel čas urobiť tomu koniec.

Aby som však nebol neuznalý, chcem poznamenať, že aj „unáhlená” Einsteinova teória relativity je ovocím dialektického pôsobenia, ktoré – z vlastnej protirečivej povahy dialektiky – spolu so zasiatím hlúposti zasialo aj zrnko racionality. Poznanie existencie (a jeho významu pre teóriu relativity) vzťahu (1) mi uľahčilo prácu pri hľadaní cesty k pravde pomocou predstavy princípu korešpondencie, t.j. cesty vedúcej od vzťahu (9) cez vzťah (13) a všetky za ním nasledujúce.

6.2 Základné optické predstavy teórie kozmodriftu

O vlastnostiach kozmool (ak naozaj existujú) ako celkoch neviem prakticky nič. Je otázka, čo zabezpečuje ich súdržnosť, aké sú (fyzikálne) pomery na ich hraniciach s „otvoreným” K-priestorom Univerza. Či sa len pohybujú inerciálnym pohybom, alebo zároveň menia aj svoje rozmery, nevedno. To všetko ostáva otvorené na budúce bádanie – pre (generácie?) iných bádateľov. Vo všeobecnosti môžem pripomenúť len hypotetickú možnosť existencie zákona zachovania stavu, ktorý by mal byť všeobecnejší ako zákon zachovania energie.

Sú však aj otázky, ktorým sa teória kozmodriftu nemôže vyhnúť.

V súvislosti so skutočným pohybom Zeme som spomenul, že aj vysvetlenie Michelsonovho-Morleyovho experimentu poukazuje na skutočnosť, že rýchlosť kozmodriftu Zeme sa rovná práve rýchlosti svetla c.

Predpokladám, že svetelné zdroje vyžarujú svetlo z toho dôvodu, že vyžarovaním energie vo forme svetla sa snažia zachovať svoju vnútornú látkovú štruktúru, dokedy sa len dá. Na to zrejme najlepšie slúži mechanizmus zbavovania sa energie vo forme kinetickej energie, ktorá je naviazaná na minimálne množstvo hmotnosti. Vyvinutie veľmi vysokých hodnôt rýchlosti, napríklad rýchlosti svetla, je pre daný proces veľmi vhodné.

Intenzívny prísun tepla zvonka pôsobí na hmotný objekt, ktorý sa môže stať svetelným zdrojom, tak, že sa objekt najprv len zohreje. Prvou fázou zbavovania sa tejto energie je prúdenie tepla (infračerveného žiarenia) z objektu do chladnejšieho okolia. Ak to nestačí, teplota objektu stúpa až kým objekt postupne nezačne žiariť farebným svetlom vo viditeľnom spektre žiarenia, ktorého vlnová dĺžka sa postupne skracuje. Farba svetla sa mení od tmavočervenej cez žltú a bielu až po ultrafialovú. Zo všedného objektu sa stane svetelný zdroj.

Je zrejmé, že vnútri svetelného zdroja existuje mechanizmus s pôsobením tak veľkých síl, že dokážu v tomto kritickom stave „vymršťovať“ do svojho okolia žiarivú energiu, viazanú zrejme na „prúdy“ hmotných kvánt-korpuskúl, takou rýchlosťou, ktorá sa presne rovná rýchlosti kozmodriftu našej kozmooly. To určite nebude žiadna náhoda.

Pre každý svetelný zdroj v pokoji je príznačné, že ho pozorujeme vyžarovať svetlo v pozorovateľnom priestore (P-priestore) rovnomerne do všetkých smerov – v zmysle zákona zachovania hybnosti – (ak je to možné, ak niektoré smery nie sú zahatané nejakými clonami). Obr. 9.

Obr.9 Vyžerovanie svetla svetelným zdrojom rovnomerne do všetkých Smerov P-priestoru (relatívnou) rýchlosťou c
Obr.9 Vyžerovanie svetla svetelným zdrojom rovnomerne do všetkých Smerov P-priestoru (relatívnou) rýchlosťou c

Ale svetlo (jeho žiarivá energia) je objektívne vyžarované do kozmodriftového priestoru (K-priestoru) nerovnomerne – v zmysle zákona zachovania (kinetickej) energie.

Pretože sa P-priestor v K-priestore objektívne pohybuje (prakticky) kozmodriftom o rýchlosti c, rýchlosť pohybu svetelného zdroja c sa, vzhľadom na K-priestor, vektorovo skladá s rýchlosťou c vyžarovaných lúčov. Obr. 10. To je podstata tzv. „balistického princípu”, ktorý platí v mechanike pri malých (nerelativistických) rýchlostiach, totiž, že napr. pohyb strelnej zbrane sa skladá s pohybom vystreleného projektilu. Je to prirodzený dôsledok zákona zachovania kinetickej energie.

Obr.10 Vyžarovanie svetelných lúčov do K-priestoru. Rýchlosťou ck je funkciou uhla α, ktorý svetelný lúč zviera so smerom kozmodriftu
Obr.10 Vyžarovanie svetelných lúčov do K-priestoru. Rýchlosťou ck je funkciou uhla α, ktorý svetelný lúč zviera so smerom kozmodriftu

„Balistický princíp“ vehementne obhajoval proti Maxwellovej-Lorentzovej koncepcii riešenia problému relativity (na základe výsledku Michelsonovho-Morleyovho experimentu) nemecký fyzik Walter Ritz. Ritz však zomrel veľmi mladý – ako 31-ročný (1909) – a všetci jeho prívrženci sa nechali „uhovoriť” špeciálnou teóriou relativity (1905) a Einsteinovou autoritou, ktorú si postupne získal.

„Balistický princíp” – pretože porušenie platnosti zákona zachovania kinetickej energie neprichádza do úvahy za žiadnych okolností (ani za takých nie, že niekto správne nepochopí príčinu výsledku Michelsonovho-Morleyovho experimentu) – však platí aj pre „relativistické” rýchlosti.

Dôsledkom platnosti „balistického princípu” je, že svetelné lúče sa v kozmodriftovom priestore pohybujú objektívnymi rýchlosťami ck , ktoré sú funkciou sklonu smeru ich šírenia na smer kozmodriftového pohybu. Obr. 11. Svetelné lúče sa teda môžu pohybovať aj „podsvetelnými” aj „nadsvetelenými” rýchlosťami, a to v intervale objektívnych rýchlostí (0, 2c).

Na pamiatku Waltera Ritza, takýto spôsob vyžarovania svetelných lúčov svetelným zdrojom do K-priestoru nazvime pojmom „Ritzova emisia“, resp. – skrátene – „R-emisia“ či prosto „remisia“.

Obr.11 Vyžerovanie svetla do K-priestoru. Rýchlosťou ck svetelného lúča je funkciou smeru (uhla α)
Obr.11 Vyžerovanie svetla do K-priestoru. Rýchlosťou ck svetelného lúča je funkciou smeru (uhla α)

Rýchlosť ck svetelného lúča v kozmodriftovom priestore závisí od uhla α, ktorý lúč zviera so smerom kozmodriftu. Platí:

V pozorovateľnom priestore (P-priestore) však možno pozorovať vždy len relatívnu rýchlosť svetla c, nech už prichádza svetelný lúč z ktoréhokoľvek smeru.

Pozorujme svetlo hviezdy, ktoré prichádza presne zo smeru kozmodriftu. Taký svetelný lúč zrejme pozostáva z „reťaze“ svetelných korpuskúl (fotónov?), nehybných v K-priestore, ktorým Zem letí v ústrety rýchlosťou svojho kozmodriftu c, takže pozorovateľ na Zemi (v P-priestore) bude detekovať tento reťazec korpuskúl-fotónov ako svetelný lúč, pohybujúci sa rýchlosťou c.

(Práve to, že fotóny sú zrejme „elementárne“ hmotné objekty bez vnútornej štruktúry, je okolnosť, ktorá im dovoľuje pretrvávať v K-priestore v stave pokoja, v „absolútnom“ kľude.) Inak by boli krajne nestabilné a ich vnútorná štruktúra by sa v krátkom okamihu rozpadla.

Naopak, hviezda, ktorá sa nachádza oproti Zemi presne v opačnom smere, vyžaruje do K-priestoru „reťazec“ svetelných korpuskúl-fotónov objektívnou rýchlosťou 2c a tento lúč „doháňa“ Zem, ktorá sa pohybuje „len“ rýchlosťou c. V dôsledku aberácie pozemský pozorovateľ zaznamená rýchlosť svetelného lúča – opäť len c.

Všimnime si, ako zo Zeme pozorujeme hviezdu H, ktorá sa pohybuje K-priestorom paralelne so Zemou, bez svojho „lokálneho“ pohybu. Obr.12.

Obr.12 Pohyb svetelného lúča v K-priestore od hviezdy H k zemeguli Z
Obr.12 Pohyb svetelného lúča v K-priestore od hviezdy H k zemeguli Z

Nech sa hviezda nachádza v danom čase v bode H1 a naša zemeguľa v bode Z1. Pozorovateľ na Zemi si môže predstavovať, že svetlo hviezdy putuje k Zemi „priamo“ po dráhe H1Z1 rýchlosťou c. I dráha H1Z1 i rýchlosť svetla c sú však len zdanlivé, relatívne, lebo pozemský pozorovateľ vzťahuje svoje pozorovanie na P-priestor.

Ale lúč sa objektívne pohybuje v K-priestore. Keď by teda svetelný lúč rýchlosťou c dorazil z polohy H1 do polohy Z1, zemeguľa by sa už nachádzala (v K-priestore) v polohe Z2 a predmetný lúč by odtiaľ, zo Zeme, nebol pozorovateľný.

Zo Zeme možno pozorovať hviezdy len prostredníctvom takých lúčov, ktoré dorazia do daného bodu K-priestoru súčasne so Zemou. V polohe Z2 teda možno pozorovať len lúč hviezdy, ktorý sa objektívne pohybuje po dráhe H1Z2 rýchlosťou ck .

V dôsledku aberácie (po vektorovom odpočítaní kozmodriftu Zeme o rýchlosti c od objektívneho pohybu lúča rýchlosťou ck) sa pozemskému pozorovateľovi zdá, že vidí prichádzať svetlo hviezdy zo smeru H2Z2 – teda z toho smeru, kde sa v tom čase hviezda naozaj nachádza – a, znova, (relatívnou) rýchlosťou c!

Pretože k tejto aberácii dochádza z dôvodu „prechodu lúča z K-priestoru do P-priestoru“, resp. inými slovami, z dôvodu zachytenia „K-priestorového“ lúča v P-priestore, a tiež, aby som tento charakteristický a veľmi podstatný jav odlíšil od iných prípadov aberácie, navrhujem daný prípad aberácie nazvať pojmom „K-aberácia“, resp. „kaberácia“.

Súhrne možno konštatovať, že šírenie svetla pozostáva z troch fáz: po svojom vzniku v procese R-emisie (1. fáza), sa svetelný lúč objektívne pohybuje K-priestorom (2. fáza), aby sa napokon, prípadne, „zachytil“ (K-aberoval) v P-priestore, na stanovisku pozorovateľa (3. fáza).

6.3 Vysvetlenie Michelsonovho-Morleyovho experimentu

Bez toho, aby som sa púšťal do rozboru princípu Michelsonovho-Morleyovho experimentu, alebo aj do opisu jeho technického prevedenia, vrátane všetkých neskorších modifikácií, stačí sa mi odvolať na konštatovania v poslednom odstavci state 6.2 : nech sa svetelný lúč objektívne pohybuje akokoľvek, v pozorovateľnom priestore je jeho rýchlosť vždy c, vďaka tomu, že je to rýchlosť relatívna. Michelson s Morleyom to vôbec netušili.

Svetelený zdroj, použitý v ich experimente, „r-emitoval“ koherentné svetlo do K-priestoru, ktorým kratučkú chvíľu letelo spolu s experimentálnym zariadením, kým rozdelené svetelné lúče „(ne)k-aberovali“ na polopriepustnom zrkadle naspäť do P-priestoru. V P-priestore sa síce tieto lúče javili navzájom na seba kolmé, pohybujúc sa po relatívnych – zdanlivých – dráhach. Ich objektívne dráhy v K-priestore boli iné. V konečnom dôsledku nemali dôvod interferovať.

Okrem toho Michelson s Morleyom očakávali, že svojím experimentom preukážu „absolútny“ (astronomický, v okolí Slnka) pohyb Zeme o rýchlosti rádovo 30 km/s. Teória mozmodriftu ukazuje, že tento pohyb je 10 000-krát rýchlejší.

Michelsonov-Morleyov experiment bol preto dopredu odsúdený na neúspech.

7. HELIO-DYNAMICKÁ SÚSTAVA SVETA

7.1 Kozmodrift a charakteristická dráha planét

Riešme otázku, aký vplyv má, sklon kozmodriftového pohybu nášho Slnka na rovinu ekliptiky, na objektívny tvar dráhy Zeme.

Pre jednoduchosť predpokladajme, že Zem sa pohybuje v okolí Slnka po zdanlivej kruhovej „obežnej“ dráhe s priemerom 300 000 000 km.

Ak by sa Slnko pohybovalo kozmodriftom kolmo na rovinu ekliptiky, Zem by za rok vo svetovom priestore ubehla dráhu jedného závitu ležiaceho na ploche valca s priemerom (približne) 17 svetelných minút a dlhého jeden svetelný rok. Ak je pohyb Slnka nejako sklonený na rovinu ekliptiky, tvar tohto mysleného valca by by sa zmenil na „sploštený valec“ s eliptickým prierezom, a ročnú dráhu Zeme by predstavoval príslušne deformovaný závit.

Ale maximálny priemer a dĺžka závitu dráhy sú v tak veľkom nepomere rozmerov, že deformovaný závit možno aproximovať na jeho kolmý priemet do roviny. Vznikne tak rovinná vlnovka, ktorá dostatočne presne charakterizuje tvar objektívnej dráhy Zeme i všetkých ostatných planét v slnečnej sústave.

Mimoriadne vysoká rýchlosť kozmodriftu, ako vidíme, je veľmi výhodná – z hľadiska hladiny energie, na ktorej vznikli všetky hmotné telesá – aj preto, že ich vnútornú látkovú štruktúru nemôže v podstatnejšej miere ovplyvniť ani tak významná okolnosť, ako je sklon smeru kozmodriftu na rovinu ekliptiky.

Helio-dynamická sústava je teda sústava, kde objektívny pohyb Slnka svetovým priestorom rýchlosťou kozmodriftu c môžeme považovať pre kratšie časové obdobia, napr. roky, za inerciálny, a kde sa planéty pohybujú v jeho okolí po charakteristických vlnovkovitých dráhach. Najjemnejšiu vlnovku predstavuje objektívna dráha Merkura, dráhy ostatných planét predstavujú rozmerovo čoraz výraznejšie vlnovky. Jednotlivé vlnovky pozostávajú z dvoch nerovnako dlhých oblúkov a tieto myslené dráhy planét v spoločnej rovine sa navzájom pretínajú. Nikdy však nemôže dôjsť k zrážke planét v priesečníku ich dráh, lebo ak sa v priesečníku nachádza jedna planéta, iná planéta do tohto bodu ešte nedorazila alebo ho už dávno minula. Priestorová vzdialenosť medzi jednotlivými planétami, v každom okamihu, je v helio-dynamickej sústave presne tá istá ako v heliocentrickej sústave.

Hodno ešte poznamenať, že objektívne vlnovkovité dráhy planét sa odkláňajú od objektívnej dráhy Slnka len relatívne nepatrne. Dráhu Slnka, z dôvodu rotácie našej Galaxie, možno na dlhé časové obdobia považovať prakticky za priamočiaru, lebo Galaxia sa otočí údajne raz za 200 až 220 miliónov rokov. Z geologických dejín Zeme vieme, že z času na čas zemský povrch ožije nebývalou vulkanickou aktivitou, ktorá spôsobí vyvrásnenie celých pohorí, a potom je zas počas desiatok miliónov rokov relatívny pokoj akoby zemské vnútro vychladlo na teplotu, ktorá už ďalšie vrásnenie neumožní. Ale cyklus sa predsa len zopakuje. Možno, že obdobia vrásnenia pohorí sú spôsobené podstatnejšou zmenou smeru vlastného kozmodriftu Slnka vzhľadom na vlastný kozmodrift stredu našej Galaxie.

Keby panovali podobné pomery aj vo vzťahu Slnka so svojimi planétami, Zem by sa pravideľne každý rok ocitla na dostatočne „ostrom“ ohybe kratšieho oblúka svojej objektívnej dráhy. To by malo katastrofálne následky. V dôsledku zotrvačnosti by sa od Zeme oddelila atmosféra a možno aj všetko vodstvo, zemská kôra by pukala, vulkanická činnosť by sa mnohonásobne zvýšila, svetové pohoria by sa rúcali. Ako som už uviedol v úvode tejto práce, keď som poukazoval na mimoriadnu dôležitosť vysokej hladiny energie, na ktorej existujeme, nebol by možný pozvoľný geologický vývoj (predovšetkým) na Zemi a následne evolúcia.

7.2 Gravitačné pole hmotného telesa

Mám na mysli gravitačné polia veľkých vesmírnych telies, ako sú hviezdy, planéty, planétky, asteroidy a pod. Čo je dôvodom, že na seba vzájomne pôsobia gravitačnou silou?

Už skôr som uviedol Faynmanovo tvrdenie, že s istototu nevieme, čo je podstatou gravitácie, lebo teórií gravitácie je viacero; a medzi nimi spomenul jednu obzvlášť jednoduchú a zaujímavú, lenže ju aj hneď zavrhol, že vraj z nej vyplývajú aj dôsledky, ktoré nepozorujeme. Oným nepozorovaným dôsledkom je, že planéty nie sú vo svojom pohybe v okolí Slnka brzdené odporom hypotetických častíc, rýchlo sa pohybujúcich všetkými smermi, ktoré by mohli spôsobovať gravitáciu.

O pôvode a povahe týchto hypotetických častíc nevieme nič určité. Ak však naozaj existujú, musia byť mimoriadne malé, zato s veľkou kinetickou energiou, a ich výskyt musí byť veľmi početný, aby mohli účinne interagovať s telesami, ktoré sa ocitnú v gravitačnom poli vytvorenom „centrálnym“ telesom. Nazvime ich pojmom „gravitony“.

Ako asi vzniká gravitačné pole?

Nech sa v priestore, vyplnenom onými gravitonmi, ocitne makroskopické teleso s danou látkovou štruktúrou. Z hľadiska pohybu gravitonov je prakticky priepustné, ale určité množstvo gravitonov sa v jeho vnútri zachytí (možno len dočasne). V dôsledku toho vznikne v priestore za telesom, v smere zastaveného pohybu každého jedného gravitonu, oblasť s menšou hustotou energie ako by bola, keby gravitony neboli absorbované v hmotnej látke. Vznikne akýsi všesmerový „tieň telesa“, ktorý je energetickej povahy. Gravitony z oblastí mimo tohto „tieňa“, teda z oblastí s vyššou hustotou energie, potom doň zatláčajú iné hmotné telesá (s vlastným „energetickým tieňom“), ktoré sa k nemu (centrálnemu telesu) priblížia.

Z toho vyplýva, že gravitácia nie je výnimočnou vlastnosťou hmoty – pôvodkyne príťažlivej sily – ale gravitácia je vonkajšie mechanické pôsobenie, ktoré k sebe telesá v „gravitačnom prostredí“ (v priestore vyplnenom gravitonmi) pritláča! O tom som už hovoril.

Nie je dôvod, kvôli vysvetleniu gravitácie, predpokladať ohnutie štvorrozmerného, alebo ešte viac rozmerného(!) „časopriestoru(!)“ v dôsledku prítomnosti hmotného telesa.

Táto bizarná predstava by sa z hľadiska tzv. „zdravého rozumu“ dala akceptovať jedine vtedy, keby fyzici najprv preukázali, že niečo ako „časopriestor“ reálne existuje, a potom zrozumiteľne vysvetlili, ako možno ohnúť, resp. nejako inak deformovať (nehmotný) euklidovský priestor, resp. „priestoročas“. Euklidovský priestor je indiferentný voči silovému pôsobeniu. Ako to, že „priestoročas“ – tento fyzikálny pojmový „bastard“! – nie je indiferentný voči silovému pôsobeniu? Vzniká v dôsledku tejto deformácie v priestoročase – či časopriestore – nejaké napätie? Vynaloží sa pritom nejaká práca? Kde je zdroj energie na gravitačné deformovanie časopriestoru? Každej akcii zodpovedá primeraná reakcia; čo konkrétne zodpovedá, ako reakcia, deformácii časopriestoru?

Teória kozmodriftu s podobnými otázkami nemá problém.

Energia gravitačného poľa v okolí hmotného telesa je rozložená v jemu priľahlom priestore, ktorý považujeme za jeho „gravitačné pole“. Ak uvážime, že existuje najmenšie diskrétne množstvo (kinetickej) energie, súvisiace s hodnotou Planckovej konštanty h, je zrejmá priestorová obmedzenosť gravitačného (ako aj každého iného potenciálového) poľa. Newtonov všeobecný gravitačný zákon tento moment nijako nezohľadňuje. Keď však uvážime, že Newtonova gravitačná teória je údajne najpresnejšia fyzikálna teória, možno sa nad túto nepresnosť povzniesť.

7.3 Riečny model helio-dynamickej sústavy

Ostáva ešte vyvrátiť Feynmanovu námietku, totiž, že „gravitačné prostredie“ by malo brzdiť astronomický pohyb telies v priestore.

Podľa predstáv teórie kozmodriftu to však nie je problém.

Rozdelenie energie v „gravitačnom prostredí“ zrejme závisí od smeru pohybu gravitonov vzhľadom na smer kozmodriftu podobne, ako je to s energiou svetelných korpuskúl (pripomeňme si obr. 10), lebo kozmodrift je spoločnou pohybovou zložkou všetkých pohybujúcich sa gravitonov – aj všetkých telies prináležiacich do našej helio-dynamickej sústavy a okolitého kozmu.

Reálna fyzikálna situácia potom vyzerá tak, že Zem a ostatné planéty sa pohybujú v okolí Slnka po (pre jednoduchosť predpokladajme) vlnovkovitých dráhach, kde sa od bodu k bodu mení sklon ich pohybu voči smeru kozmodriftu (uhol α), a tiež aj rýchlosť ich pohybu cp . Rýchlosť cp sa však vždy musí rovnať ck . Pripomeňme si, že

Možno to obrazne prirovnať k predstave, akoby helio-dynamická sústava „plávala v rieke gravitonov“. Slnko sa v tejto „rieke“ pohybuje inerciálne, planéty popri ňom kľučkujú od brehu k brehu. Túto predstavu som nazval pojmom „riečny model helio-dynamickej sústavy“.

Ak by sa malo stať, že by sa niektorá planéta pohybovala pomalšie alebo rýchlejšie ako rýchlosťou ck , raz by v prúdení gravitonov predstavovala prekážku, inokedy by ju hatalo pomalšie prúdenie gravitonov. V obidvoch prípadoch by gravitony (pretože disponujú kinetickou energiou) vytvorili dodatočnú silu, ktorá by nepatričný pohyb planéty korigovala na harmonicky ladený s ostatkom sústavy. Feynman sa teda mýlil, keď očakával od gravitonov výlučne brzdiaci účinok, pretože energia gravitonov môže (a musí) planéty niekedy aj urýchľovať.

Analogický prípad predstavuje pohyb umelej družice Zeme po dokonale kruhovej „obežnej“ dráhe. Potrebnú „obežnú“ rýchlosť na takejto orbite možno formálne vypočítať z rovnosti „príťažlivej“ gravitačnej sily a odstredivej sily, ktoré súčasne pôsobia na umelú družicu. Ale zakrivenie objektívnej orbity družice, teda aj veľkosť odstredivej sily na družicu, sa od bodu k bodu mení; pôsobiaca gravitačná sila však zostáva konštantná. To by bol spor, keby – ako sme videli – gravitony v gravitačnom poli Zeme nepôsobili aj na umelú družicu korekčnými silami tak, že v pozorovateľnom priestore sa družica pohybuje na svojej orbite rovnomernou rýchlosťou.

8. ZÁVER
Podstatné výsledky tejto práce možno zhrnúť do zopár viet.

V reálnom svete principiálne existujú, z hľadiska vedomia, dva priestory. Jeden je objektívny, možno až absolútny. Je to nekonečný euklidovský priestor, ktorý reprezentuje nehybná pravoúhla súradnicová sústava. Nehybná je jednoducho preto, že nekonečný priestor sa nemôže pohybovať sám v sebe – musí byť v pokoji, ako aj tá súradnicová sústava. Všetky reálne deje prebiehajú v tomto priestore, podľa prírodných zákonov, ktoré existujú a aj pôsobia v tomto priestore.

Druhý priestor je relatívny. Je to priestor súradnicovej sústavy, v ktorej vnímame priebeh pozorovateľných dejov, preto som ho nazval pojmom „pozorovateľný priestor“, P-priestor.

Pozorovaný priebeh dejov je systematicky deformovaný inerciálnym pohybom súradnicovej sústavy, ktorý označujem pojmom „kozmodrift“.

Pretože sa pozorovateľný priestor pohybuje kozmodriftom v predpokladanom nehybnom priestore, nazval som ho pojmom „kozmodriftový priestor“, K-priestor.

Neklamným dôkazom, že sa P-priestor inerciálne pohybuje v K-priestore, je pozorovaná koexistencia zákona zachovania kinetickej energie a zákona zachovania hybnosti pri dejoch prebiehajúcich inerciálnymi pohybmi. Oná koexistencia je nepochybným kritériom tohto faktu.

Pri dejoch, prebiehajúcich neinerciálnymi pohybmi, kozmodrift spôsobuje relativistické správanie hmotných objektov, ktoré majú vnútornú štruktúru.

Štúdium relativistického správania hmotných objektov poukazuje na skutočnosť, že rýchlosť kozmodriftu je rovná rýchlosti svetla vo vákuu c a že celková energia hmotného objektu s (objektívnou) hmotnosťou m sa rovná mc2.

Tieto poznatky, povedané slovami Fridricha Engelsa, vyplynuli takmer sami od seba len na základe logického skúmania pojmov, názorného z hľadiska tzv. „zdravého rozumu“, s použitím nevyhnutného minima matematiky, lebo tam, kde ide o pojmy, dokáže dialektické uvažovanie prinajmenšom toľko čo (bezduché) formálne počítanie. Lebo, kto má dostatočný nadhľad nad študovanou problematikou, pracuje s logickými formuláciami a nie je odkázaný na matematický formalizmus, použitý bez dostatočného porozumenia veci.

Tieto poznatky, povedané mojimi slovami, vedú k záveru, že Einsteinova teória relativity nezodpovedá objektívnej realite. Aj jej filozofické argumenty nie sú v poriadku.

A to je všetko – pravda, ak sa nebudeme zaoberať z toho vyplývajúcimi praktickými dôsledkami.

Niekedy v r. 1990 alebo v r. 1991 napísal do redakcie Technických novín jeden čitateľ svoju osobnú skúsenosť. Počas štúdia na vysokej škole potreboval zložiť skúšku z teórie relativity (nevedno z ktorej ale to nie je podstatné). Pokúšal sa danú problematiku pochopiť, ale zistil, že toho nie je schopný. Preto sa koncepciu teórie relativity nabifľoval a skúšku zložil. Úprimná túžba porozumieť teórii relativity v ňom zostala. Už v zamestnaní, rozhodol sa v knižniciach vyhľadať potrebnú literatúru a dodatočne si problém relativity ujasniť. Ale situácia sa zopakovala. Autor jednej knihy o relativite sa argumentačne odvolával na autora inej knihy; napokon sa kruh uzavrel bez kýženého skutočného pochopenia.

Teória kozmodriftu je určená predovšetkým takýmto úprimným záujemcom o skutočnú pravdu, ale nie len im. Snažil som sa ju podať tak, aby bola pochopiteľná aj pre laikov bez fyzikálneho vzdelania (pravda, s trochou znalostí zo stredoškolskej matematiky). Určite sa potešia aj filozofi, ktorých relativisti prakticky vykázali do oblasti viery v neomylnosť matematických výpočtov.

Predpokladám, že vzdelanci – s titulmi pred menom i za ním – sa rozdelia na dva tábory. Tí z prvého tábora si moje myšlienky premyslia, osvoja tento základ a rozpracujú ho aj do dôsledkov v príbuzných oblastiach (napr. v kozmológii). Pre tisíce a tisíce mladých schopných ľudí vyvstáva príležitosť osvojiť si reálnejší svetonázor, než ten súčasný, zdokonaliť sa a vytvoriť si vlastnú vedeckú kariéru na základe vlastnej práce. Tí, čo podľa príkladu, ktorý uviedli autori Bergier a Pauwels vo svojej knihe „Ráno kúzelníkov“, obrazne nebudú schopní vzdať sa arašidových orieškov zo dna ťažkej nádoby s úzkym hrdlom, sa zaradia do druhého tábora. Inými slovami, pri svojom duševnom ustrnutí, nikdy sa nevzdajú doterajších relativistických koncepcií. Časom vymrú.

Nie je totiž mysliteľné, aby sa naďalej akceptovali tvrdenia, ako napríklad uvádza M. Gardner [3]. Citujem:

»Predstavme si dve kozmické lode A a B. Nech sa v kozmickom priestore nenachádza nič okrem týchto dvoch lodí. Kozmické lode sa pohybujú jedna proti druhej rovnomerne. Je známy spôsob, ktorý by astronautovi z jednej lode umožnil rozhodnúť, ktorá z nasledujúcich troch situácií je „pravdivá” alebo „absolútna”?

  1. Kozmická loď A je v pokoji, B sa pohybuje.
  2. Kozmická loď B je v pokoji, A sa pohybuje.
  3. Obidve kozmické lode sa pohybujú.

Einstein odpovedá: „Nie, nemáme spôsob, ako by sme to určili. Astronaut v jednej kozmickej lodi si môže, pravda, ak bude chcieť, zvoliť kozmickú loď za nepohyblivý súradnicový systém. Niet takého experimentu, ak sem zahrnieme aj experimenty so svetlom alebo inými elektrickými, resp. magnetickými javmi, ktorý by dokázal, že tento výber je nesprávny. To isté platí, ak si za nepohyblivý súradnicový systém zvolíme kozmickú loď B. Ak sa dívame na obe kozmické lode ako na pohyblivé, súradnicový systém jednoducho zvolíme takým spôsobom, že určíme pevný bod, vzhľadom na ktorý sa obe kozmické lode pohybujú. Teraz otázka nestojí tak, ktorý z týchto výberov je „správny” a ktorý „nesprávny”. Hovoriť o absolútnom pohybe jednej z kozmických lodí, znamená hovoriť o niečom, čo vôbec nemá význam.« Koniec citátu.

Čo je na uvedenej – Einsteinovej? – úvahe zlé?

Po prvé. Na obidvoch kozmických lodiach koexistuje zákon zachovania hybnosti a zákon zachovania kinetickej energie. To je dôkaz, že sa nejako pohybujú.

Po druhé. Prvá a druhá možnosť neprichádza do úvahy už len preto, že ak by sa niektorá loď ocitla v „absolútnom” pokoji, okamžite by sa rozpadli všetky jej látkové štruktúry, a deštrukcia by to bola mimoriadna.

Po tretie. „Pevný bod” nemožno určovať podľa ľubovôle, ale len vzhľadom na skutočnú energiu pohybu jednotlivých lodí. A rýchlosť pohybu jednotlivých lodí možno principiálne zistiť z relativistických javov, zámerne vyvolaných na ich palubách.

Po štvrté (na dôvažok). O svete, ktorý by pozostával len z dvoch kozmických lodí v priestore, to je to, o čom hovoriť vôbec nemá význam.

Ak to nebolo jasné ani samotnému Einsteinovi, uvážme, aké nezodpovedné je spoliehať sa na myšlienkové experimenty, bez dostatočného nadhľadu nad uvažovanou problematikou.

Na vzdelancov prvého druhu, u nás doma, apelujem, aby sa neodkladne pokúsili zariadiť nepatrné zmeny v štátnych vzdelávacích programoch pre stredné školym a podstatné zmeny v programoch pre vysoké školy. Zmeny v oblasti fyziky podľa záverov teórie kozmodriftu. To spôsobí markantný kvalitatívny pokrok v procese vzdelávania.

Vyučovacie osnovy na stredných a vysokých školách v Slovenskej republike v súčasnosti nekladú za úlohu zodpovedným pedagógom, v rámci vyučovacieho procesu v oblasti prírodných vied, predovšetkým fyziky, zdôrazňovať – na princípe matematickej precíznosti – svojim študentom, že množstvo teoretických poznatkov, ktoré sa im snažia vo vyučovacom procese sprostredkovať, je systematizovaných do ucelených teoretických – len(!) – modelov, ktorým v reálnom svete objektívne nič nezodpovedá.

Tak ako sú tieto teoretické modely koncipované, sú vhodné na uchovávanie určitej sumy poznatkov z konkrétnej oblasti prírodných vied v čase, a tiež umožňujú efektívne riešiť mnoho konkrétnych problémov reálneho života. Ale nutne nemusia byť optimálnym základom pre ďalšie objektívne poznanie.

To je dôvod, prečo by tieto teoretické modely mali byť s odstupom času, po rozšírení poznania v danej oblasti (t.j. po získaní nových poznatkov) opätovne testované so zámerom uistenia sa, že naďalej obstoja – aj z hľadiska novozískaných poznatkov – a že naďalej budú spoľahlivo plniť svoje základné funkcie.

Toto sa hádam najviac vzťahuje na opätovné testovanie správnosti predovšetkým základných predpokladov ucelených teórií (modelov), tzv. postulátov, a špeciálne tých teórií, s ktorými sa spájajú tzv. paradoxy. Pretože postuláty nie sú overiteľné pomocou poznatkov obsiahnutých v danej teórii. A paradoxy zas neomylne signalizujú, že čosi sme správne nepochopili.

Prípadné pochybnosti pri špecifických momentoch poznania by mali byť zo strany pedagógov svojim študentom zdôrazňované, aby vznikli dostatočné predpoklady pre študentov na prípadnú vlastnú revíziu ich chápania sveta a výsledného osvojenia si predmetných poznatkov.

Na základe svojho vlastného dlhoročného fyzikálneho bádania som dospel k záveru, že vyučovacie osnovy na stredných a vysokých školách, v oblasti fyzikálnych vied, sú nedostatočné a neuspokojivé, pretože striktne nepredpisujú pedagógom tlmočiť svojim študentom prednášané poznatky s vyššie požadovanou matematickou precíznosťou, aj keď sa na prvý pohľad zdá, že sa tak deje. V dôsledku toho vznikajú pre pedagógov i absolventov rôzne zábrany pre ďalšie efektívne vzdelávanie, a – čo je ešte horšie – pre správne chápanie objektívnej reality. Pravdepodobnosť objavovania nových poznatkov zo strany týchto vzdelaných ľudí sa týmto markantne zmenšuje.

Už som spomenul výrok, že prírodné vedy nemajú od čias vydania Newtonovho diela „Matematické princípy prírodnej filozofie“ iné základy ako matematické. Preto je vyslovene zarážajúce, že niektoré partie fyzikálneho učiva dlhodobo obsahujú prehrešky proti matematickej precíznosti.

Čo treba rozumieť pod pojmom „matematická precíznosť“?

Svojho času, keď som aj ja ako študent dral školské lavice a vstrebával do seba poznatky, ktoré sa mi snažilo sprostredkovať bezplatné – ale kvalitné – socialistické školstvo, som utŕžil päťku len zato, že som napísal kvadratickú rovnicu vo všeobecnom tvare, že je to prosto

ax2 + bx + c = 0 ,

a pritom som mal správne napísať:

ax2 + bx + c = 0 , a ≠ 0.

Ak by bol totiž koeficient a pri druhej mocnine x rovný nule, kvadratická rovnica by sa redukovala na lineárnu rovnicu, o čom nebola reč.

Taká precíznosť by sa nemala pestovať len v matematike, ale všade vo vede.

A teraz to porovnajme s tým, ako sa dnes postupuje vo fyzike.

Ako príklad uvádzam Keplerove zákony.

Prvý Keplerov zákon sa vyučuje v znení, že planéty sa pohybujú okolo Slnka po eliptických dráhach a Slnko sa nachádza v spoločnom ohnisku týchto (uzavretých) dráh. Pri popise tohto momentu sa používa pojem „heliocentrická sústava“. Pritom sa výslovne neuvádza, že toto sa rozumie, len a výlučne, vzhľadom na súradnicový systém spojený so Slnkom.

Prečo sa prvý Keplerov zákon neformuluje, matematicky precízne, takto?:

„Planéty sa pohybujú okolo Slnka po eliptických dráhach, pričom Slnko sa nachádza v ich spoločnom ohnisku. Bodka. Toto sa rozumie vzhľadom na súradnicový systém spojený so Slnkom.“ Bodka. (A pre istotu, že študenti správne pochopia preberanú látku, by nezaškodilo zdôrazniť, že Keplerove zákony spolu predstavujú len užitočný model, ale objektívna astronomická situácia je úplne iná. – Planéty sa v okolí Slnka pohybujú po eliptických dráhach len zdanlivo, inými slovami – eliptické dráhy planét v slnečnej sústave nie sú reálne, ale zdanlivé.)

Populárne zjednodušenia poznatkov typu „nula je nič, percento je jedna stotina“ a pod., ktoré u laickej verejnosti pretrvávajú, sú svojimi dôsledkami v podstate neškodné, lebo keď „príde na vec“, každý vie, čo má robiť.

V tomto prípade ale u študentov, ba aj v povedomí širokej odbornej i laickej verejnosti, potom intuitívne pretrváva predstava, že planéty sa naozaj doslovne pohybujú okolo svojej hviezdy. V kombinácii s inými školou sprostredkovanými poznatkami takto vznikajú vo vedomí mnohých ľudí neprekonateľné zábrany pre správne chápanie objektívnej reality a tým sa výrazne znižuje pravdepodobnosť objavovania kvalitatívne nových poznatkov.

Pretože je všeobecne známe, že Slnko – centrum našej slnečnej sústavy – sa pohybuje značnou rýchlosťou v svetovom priestore, minimálne z dôvodu rotácie našej Galaxie, je absolútne vylúčené, aby sa planéty pohybovali doslovne okolo Slnka po nejakých uzavretých obežných dráhach. Objektívne sa planéty vo svetovom priestore pohybujú v okolí Slnka po otvorených dráhach, ktorých tvar pripomína rôzne deformované závitnice. V dôsledku toho by sa správnejšie malo hovoriť o našom slnečnom systéme ako o „helio-dynamickej sústave“.

Z konštatovanej situácie možno odvodiť viaceré konkrétne dôsledky, ktoré objektívne vytvárajú dôležitú zmenu východiskového stavu pre odvodzovanie ďalších prírodovedných poznatkov. Z nich viaceré sa aktuálne študujú na vyššom stupni školského systému ako je stredoškolský stupeň. Resp. niektoré z nich ešte vôbec nie sú všeobecne známe a uznané.

Ako príklad uvádzam svoje vlastné tvrdenie, že pojmu „hybnosť“ reálne nič nezodpovedá, pretože na základe predstavy helio-dynamickej sústavy možno, už s pomocou poznatkov stredoškolskej matematiky a fyziky, dokázať, že hybnosť (odhliadnuc od definície) je vlastne špecifickou zložkou celkovej kinetickej energie ľubovolného telesa.

Ako ďalší príklad uvádzam, tiež svoje vlastné, tvrdenie, vyplývajúce z iných všeobecne známych fyzikálnych súvislostí, že gravitačné polia jednotlivých hmotných objektov (a všeobecne všetky silové polia) nie sú v priestore rozpriestranené do nekonečna, ale sú priestorovo ohraničené. Napriek tomu sa v akademickom prostredí predpokladá prvá možnosť a potenciál v konkrétnom bode silového poľa sa definuje ako veľkosť práce, vynaloženej na prenos objektu vystaveného tomuto silovému pôsobeniu z daného bodu až do nekonečna. Nečudo teda, že existuje aj tzv. Seeligerov (gravitačný) paradox.

Toto všetko sa deje v dôsledku nepochopiteľnej praxe, keď školstvo a veda tu dlhodobo zanedbávajú spomínaný princíp matematickej precíznosti, hoci v iných oblastiach ho uplatňujú s absolútnou samozrejmosťou.

Snaha dosiahnuť nápravu tohto nevyhovujúceho stavu, len na základe apelovania na racionalitu akademickej obce, sa javí problematická a neistá, pretože v procese historického rozvoja vedy a poznania sami jej predstavitelia zapríčinili a naďalej konzervujú tento stav.

Z histórie je všeobecne známe, že nové myšlienky sa v takomto prostredí neraz presadili nie pre svoju pokrokovosť, ale preto, že ich odporcovia jednoducho vymreli. Kto by však dnes chcel čakať na podobné víťazstvo nových myšlienok?

V čase, keď roznietili v gréckej Olympii olympijský oheň pre OH v brazílskom Rio de Janeiro a keď prišiel polrok slovenského predsedníctva v Rade EÚ, vzplanula aj vo mne snaha ozvláštniť toto obdobie osobným darom slovenskému školstvu a vede, ktorý sa roznesie do celého sveta, v podobe prínosov svojho dlhoročného fyzikálneho snaženia. Zverejnil som ju už, v podobe tlačovej správy, 24.4.t.r. pod titulkom „K stému výročiu všeobecnej teórie relativity – Slovenské predsedníctvo v Rade EU a teória relativity“ na www.ssn.sk. Predbežne bez akejkoľvek odozvy.

Zvažoval som aj iné možnosti, ako pritiahnuť potrebnú pozornosť okolia.

Jednou z nich je aj formálne spôsobiť verejný škandál podaním súdnej žaloby v danej veci proti Slovenskej republike, zastúpenej Ministerstvom školstva, vedy, výskumu a športu Slovenskej republiky, totiž, že našim deťom sa v školách nedostáva vzdelania podľa najnovších poznatkov, ako to garantuje zákon č.245/2008 Z.z. o výchove a vzdelávaní (školský zákon).

Právnici zastávajú názor, že podobná žaloba, mnou podaná – vo verejnom záujme – je právne neprípustná. Budiž. Ale mne osobne trvalo štyridsať rokov, kým som do úplných dôsledkov pochopil, do akých „informačných pavučín“ ma vzdelávací systém dostal, aj keď neúmyselne – to musím uznať.

Naše deti a vnúčatá by mali dostať možnosť vyhnúť sa podobným nástrahám.

Nepochybujem, že ak by išlo len o to, nájde sa viacero agilných rodičov, chrániacich oprávnené nároky svojich detí na nedeformované vzdelanie v prírodovednej oblasti a na realistický vedecký svetonázor, sprostredkovaný školským systémom. Tí určite podajú potrebnú žalobu, kedykoľvek bude treba.

Svojím spôsobom by sa mohlo jednať o podobne nezvyčajný súdny proces ako preslávený tzv. „Opičí proces“, ktorý sa konal v r. 1925 v USA. Vtedy rodičia žalovali mladého učiteľa biológie, že ich deti učil o evolúcii a jeho učenie protirečilo tvrdeniam biblie.

Teraz by sa však jednalo o „Homo proces“ – o žalobu proti Slovenskej republike o účinnú nápravu, v špecifických oblastiach vedy a vzdelávania na území Slovenskej republiky, a to zo strany rodičov, ľudí druhu homo sapiens sapiens (človek rozumný), motivovanú snahou vyvolať revíziu v školských osnovách. Túto revíziu by formálne nariadil štátny byrokrat a tento počin by vošiel nielen do našich slovenských dejín.

František Cudziš

9. PRÍLOHA - Miera pohybu
Fridrich Engels
„Naproti tomu som až doteraz vždy zistil, že základné pojmy tejto oblasti (t.j. „základné fyzikálne pojmy práce a jej nepremennosti“) sa zdajú veľmi ťažko pochopiteľné tým ľuďom, ktorí neprešli školou matematickej mechaniky, napriek všetkej ich horlivosti, inteligencii a pri dosť vysokej úrovni prírodovedeckých znalostí. Nemožno neuznať ani to, že ide o abstrakcie celkom osobitného druhu. Veď ani takému mysliteľovi, ako bol I. Kant, sa nepodarilo bez ťažkostí ich pochopiť, o čom svedčí polemika, ktorú v tejto otázke viedol proti Leibnizovi.“

Tak hovorí Helmholtz (Populäre wissenschaftliche Vorträge II, Vorrede [S. VI-VII].

Podľa toho sa teraz odvažujeme na veľmi nebezpečné pole, tým skôr, že si nemôžeme veľmi dovoliť, aby sme čitateľa previedli „školou matematickej mechaniky”. Možno sa však podarí ukázať, že tam, kde ide o pojmy, dokáže dialektické myslenie aspoň toľko ako matematické výpočty.

Galileo objavil jednak zákon voľného pádu, podľa ktorého dráha, ktorú prebehnú padajúce telesá, je úmerná štvorcom času pádu. Popritom, ako uvidíme, vyslovil tézu, ktorá celkom nezodpovedá tomuto zákonu, že totiž hybnosť telesa (jeho impeto alebo momento*) je určovaná hmotnosťou a rýchlosťou, a to tak, že pri konštantnej hmotnosti je úmerná rýchlosti. Descartes prijal túto druhú tézu a zo súčinu hmotnosti a rýchlosti pohybujúceho sa telesa urobil všeobecnú mieru jeho pohybu.

Huygens už predtým objavil, že pri náraze pružných telies je súčet súčinov hmotností a štvorcov rýchlostí pred nárazom, ako aj po ňom ten istý a že analogický zákon platí aj pre rozličné iné prípady pohybu telies spojených do jedného systému.

Leibniz ako prvý poznal, že Descartova miera pohybu protirečí zákonu voľného pádu. Na druhej strane však nebolo možné poprieť, že Descartova miera je v mnohých prípadoch správna. Leibniz teda rozdelil pohybové sily na mŕtve a živé. Mŕtve sily boli „tlaky” alebo „ťahy“ telies v stave pokoja, ich mierou bol súčin hmotnosti a rýchlosti, ktorou by sa teleso bolo pohybovalo, keby bolo prešlo zo stavu pokoja do stavu pohybu; naproti tomu mieru živej sily, skutočného pohybu telesa, stanovil ako súčin hmotnosti a štvorca rýchlosti. A práve túto novú mieru pohybu odvodil priamo zo zákona voľného pádu.

„Je potrebná tá istá sila“, usudzoval Leibniz, „aby sa teleso vážiace štyri libry zdvihlo do výšky jednej stopy, ako aj teleso vážiace jednu libru do výšky štyroch stôp; ale dráhy telies sú úmerné štvorcu rýchlosti, lebo keď teleso spadne o štyri stopy, dosiahne dvojnásobnú rýchlosť v porovnaní s tou rýchlosťou, ktorú má, keď padá z výšky jednej stopy. Pádom však nadobúdajú telesá silu, ktorá im dovolí vystúpiť do tej istej výšky, z ktorej spadli: sily sú teda úmerné štvorcu rýchlosti.“ (Suter, Dejiny matematických vied, II, s. 367.)[1]

Ďalej však dokázal, že miera pohybu mv protirečí Descartovmu princípu o konštantnosti množstva pohybu; keby totiž skutočne platila, musela by sa sila (t.j. množstvo pohybu) v prírode neprestajne zväčšovať alebo zmenšovať. Navrhol dokonca prístroj (Acta Eruditorum, 1760), ktorý by, keby bola miera pohybu mv správna, musel byť perpetuum mobile so stálym pribúdaním sily, čo však je absurdné.[2] Helmholtz používal v poslednom čase tento spôsob argumentácie veľmi často.

Karteziáni protestovali zo všetkých síl, a tak sa začal dlhoročný a povestný spor, na ktorom sa zúčastnil aj Kant svojím prvým spisom (Myšlienky o skutočnom hodnotení živých síl, 1746[3]), hoci do veci jasne nevidel. Dnešní matematici pozerajú so značným pohŕdaním na tento „neplodný“ spor, ktorý

„trval vyše 40 rokov, a rozdelil matematikov v Európe do dvoch nepriateľských táborov, až napokon d´Alembert svojou Úvahou o dynamike (1743)[4] rozriešil doslova suverénnym spôsobom túto zbytočnú škriepku o slová; lebo o nič iné nešlo“. (Suter, cit. d., s. 366).

Zdalo by sa však, že sporná otázka jednako nemôže tak celkom spočívať v zbytočnej škriepke o slová, keď ju vytýčil taký mysliteľ ako Leibniz proti takému mysliteľovi, ako bol Descartes, a keď človeka ako Kanta zaujímala natoľko, že jej venoval svoje prvé dielo, dosť objemný zväzok. A naozaj, ako je to len možné, že pohyb má dve vzájomne si protirečiace miery, takže raz je úmerný rýchlosti a raz štvorcu rýchlosti? Suter vec príliš zjednodušuje, keď hovorí, že obidve strany mali pravdu a obidve sa mýlili;

„výraz »živá sila« sa udržal dodnes; neplatí už ako miera sily, ale je iba jednoducho raz prijatým označením pre súčin hmotnosti a polovičného štvorca rýchlosti, ktorý je pre mechaniku taký významný“ (s. 368).

Teda mv zostáva mierou pohybu a živá sila je iba iné vyjadrenie pre ½mv2; o tomto vzorci sa síce dozvedáme, že má veľký význam pre mechaniku, ale teraz už vôbec nevieme, čo vlastne znamená.

Vezmime teda spásonosnú Úvahu o dynamike a pozrime sa na d´Alembertovo „suverénne riešenie” bližšie: nájdeme ho v predslove.

Dočítame sa tam, že sa v texte celá táto otázka vôbec nevyskytuje, lebo „je pre mechaniku vonkoncom neužitočná” [s. XVII].

To je celkom správne pre čisto matematickú mechaniku, v ktorej, ako sme ukázali u Sutera, slovné označenia sú len iné výrazy, názvy pre algebraické vzorce, mená, za ktorými je najlepšie nepredstavovať si vôbec nič.

Jednako len d´Alembert chce túto otázku v predslove preskúmať, lebo sa ňou zaoberalo toľko významných ľudí. Silou pohybujúcich sa telies možno, ak myslíme jasne, rozumieť iba schopnosť prekonávať prekážky alebo im odporovať. Silu teda nemožno merať ani pomocou mv ani mv2 , ale iba prekážkami a ich odporom.

Sú však tri druhy prekážok: 1. neprekonateľné, ktoré pohyb celkom ničia a ktoré tu práve preto neprichádzajú do úvahy; 2. prekážky, ktorých odpor stačí práve na to, aby zrušil pohyb, a robí to okamžite: prípad rovnováhy; 3. prekážky, ktoré pohyb rušia iba postupne: prípad spomaleného pohybu [s. XVII až XVIII]. „Nuž a všetci sa zhodujú v tom, že medzi dvoma telesami nastáva rovnováha, keď sú na obidvoch stranách rovnaké súčiny hmotnosti a virtuálnych rýchlostí, t.j. rýchlostí, ktorými sa usilujú pohybovať. V rovnováhe môže teda súčin hmotnosti a rýchlosti alebo – čo je to isté – kvantita pohybu reprezentovať silu. Všetci tiež súhlasia, že pri spomalenom pohybe je počet prekonaných prekážok úmerný štvorcu rýchlosti, takže teleso, ktoré napr. natiahlo s určitou rýchlosťou nejaké pero, môže s dvojnásobnou rýchlosťou natiahnuť súčasne alebo po sebe nie dve, ale štyri perá rovné prvému, s trojnásobnou rýchlosťou deväť atď. Z toho stúpenci živých síl” (leibnizovci) „usudzujú, že sila skutočne sa pohybujúcich telies je vo všeobecnosti úmerná súčinu hmotnosti a štvorcu rýchlosti. Nakoniec, aká by v tom bola nevýhoda, keby miera síl bola iná v rovnováhe a iná pri spomalenom pohybe, keď pod slovom sila – ak chceme usudzovať len v jasných pojmoch – môžeme rozumieť iba výsledok dosiahnutý vtedy, keď sa prekážka prekonáva, alebo keď sa jej kladie odpor?“ (Predslov, s. XIX-XX prvého francúzskeho vydania).

 

D´Alembert je však až príliš filozofom, aby si neuvedomil, že sa tak ľahko nstrasie protirečenia dvojakej miery jednej a tej istej sily. Keď teda najprv v podstate zopakoval to, čo už povedal Leibniz – lebo jeho „rovnováha“ je celkom to isté ako Leibnizove „mŕtve tlaky“ – prechádza odrazu na stranu karteziánov a nachádza toto východisko:

Súčin mv môže slúžiť ako miera sily aj pri spomalenom pohybe, „keď v poslednom prípade nebudeme merať silu absolútnym množstvom prekážok, ale súčtom odporov týchto prekážok. Veď nemožno pochybovať, že súčet týchto odporov je úmerný veľkosti pohybu“ (mv) „keďže, ako každý pripustí, množstvo pohybu, ktoré teleso v každom okamihu stráca, je úmerné súčinu odporu a nekonečne krátkeho trvania tohto okamihu a že súčet týchto súčinov je očividne vyjadrením celkového odporu“. Tento výpočet sa mu zdá prirodzenejší, „lebo prekážka je prekážkou iba potiaľ, pokiaľ kladie odpor, a správny výraz pre prekonanú prekážku je súčet jej odporov; okrem toho, ak takto budeme merať silu, budeme vo výhode, lebo budeme mať spoločnú mieru pre rovnováhu aj pre spomalený pohyb“. Nech si každý z toho vyberie, čo chce [s. XX-XXI].

A keď sa teda nazdáva, že otázku vyriešil takýmto matematickým trikom – ako to priznáva sám Suter – zakončuje svoj výklad nepríjemnými poznámkami o zmätku, ktorý panoval u jeho predchodcov, a tvrdí, že po uvedených poznámkach možno už iba viesť veľmi neplodnú metafyzickú diskusiu alebo ešte menej dôstojný spor o slová.

D´Alembertov zmierlivý návrh vychádza z tohto výpočtu:

Hmotnosť 1 s rýchlosťou 1 stlačí pero za jednotku času.

Hmotnosť 1 s rýchlosťou 2 stlačí 4 perá, potrebuje však na to 2 časové jednotky, teda v časovej jednotke stlačí iba dve perá.

Hmotnosť 1 s rýchlosťou 3 stlačí 9 pier v troch časových jednotkách, teda v jednej časovej jednotke len 3 perá.

Ak teda delíme účinok spotrebovaným časom, dôjdeme od mv2 zasa k mv.

To je ten istý argument, aký už predtým použil proti Leibnizovi najmä Catelan[5]: teleso s rýchlosťou 2 vystúpi síce proti tiaži štyrikrát vyššie ako teleso s rýchlosťou 1, ale potrebuje na to dvojnásobný čas; treba teda deliť množstvo pohybu časom a bude sa teda rovnať2, nie 4. A to je napodiv aj názor Suterov, ktorý vzal výrazu „živá sila“ všetok logický zmysel a nechal mu iba zmysel matematický. To je koniec koncov prirodzené. Suterovi ide o záchranu vzorca mv vo význame jedinej miery množstva pohybu, a preto logicky obetuje mv2, aby v matematickom nebi znova zvelebené vstalo z mŕtvych.

Jedno je však správne: Catelanova argumentácia tvorí jeden z mostov, ktorý spája mv2 a mv, a teda má svoj význam.

Mechanisti po d´Alembertovi však vôbec neprijali jeho suverénne riešenie, keďže jeho konečný úsudok vyznel v prospech mv ako miery pohybu. Držali sa práve toho výrazu, ktorý d´Alembert dal rozlišovaniu mŕtvych a živých síl, azvedenému už Leibnizom: pre rovnováhu, teda pre statiku, platilo mv, pre spomalený pohyb, t.j. pre dynamiku mv2. Hoci je toto rozlíšenie vcelku správne, má v tejto forme práve toľko logického zmyslu ako rozhodnutie poddôstojníka: v službe vždy „mne“ a mimo služby „mňa“.[6] Berie sa mlčky na vedomie, je to už raz tak, nemôžeme na tom už nič meniť, a keď je v tejto dvojakej miere protirečenie, ktože za to môže?

Tak sa napr. v knihe Thomsona a Taita Traktát o prírodnej filozofii, Oxford 1867,[7] s. 162, hovorí:

 

„Kvalita pohybu čiže hybnosť pevného telesa, ktoré sa pohybuje bez rotácie, je úmerná súčasne jeho hmotnosti aj rýchlosti. Dvojnásobná hmotnosť alebo dvojnásobná rýchlosť zodpovedajú dvojnásobnej hybnosti pohybu.“

A hneď za tým sa hovorí:

„Živá sila alebo kinetická energia pohybujúceho sa telesa je úmerná jeho hmotnosti a štvorcu rýchlosti.“

V takej krajne príkrej forme budú obidve protirečivé miery pohybu stáť vedľa seba. Nerobí sa ani najmenší pokus vysvetliť toto protirečenie alebo ho aspoň zatušovať. Myslenie v knihe týchto dvoch Škótov je zakázané, dovolené je iba počítať. Nie div, že aspoň jeden z nich, Tait, patrí k najpravovernejším kresťanom pravoverného Škótska.

V Kirchhoffových prednáškach o matematickej mechanike[8] sa vzorce mv a mv2 v tejto forme vôbec nevyskytujú.

Azda nám pomôže Helmholtz. V práci Ozachovaní sily[9] navrhuje vyjadrovať živú silu vzorcom ½mv2 – bod, ku ktorému sa ešte vrátime. Potom (na s. 20 a nasl.) v krátkosti vyratúva všetky prípady, kde sa už doteraz použil princíp zachovania živej sily (teda vzorec ½mv2) a kde sa uznáva. K tomu po č. 2 patrí:

„Prenášanie pohybu nestlačiteľnými pevnými a kvapalnými telesami, pokiaľ nenastáva trenie alebo náraz nepružných látok. Náš všeobecný princíp sa pre tieto prípady zvyčajne vyslovuje ako pravidlo, že pohyb prenášaný alebo pozmeňovaný mechanickými prostriedkami stráca vždy intenzitu sily v tom pomere, v akom nadobúda rýchlosť. Predpokladajme teda, že sa strojom, v ktorom sa určitým pochodom rovnomerne vyrába sila schopná vykonávať prácu, dvíha závažie m rýchlosťou c; potom bude možné nejakým iným mechanickým zariadením dvíhať závažie nm, ale iba rýchlosťou c/n, takže v obidvoch prípadoch množstvo ťažnej sily vyrobenej strojom za jednotku času bude mgc, kde g znamená intenzitu sily tiaže“ (s. 21).

Aj tu teda protirečenie, že „intenzita sily“, ktorá pribúda alebo ubúda priamo úmerne s rýchlosťou, má byť dôkazom pre zachovanie intenzity sily, ktorá ubúda a pribúda úmerne so štvorcom rýchlosti.

Pravda, tu sa ukazuje, že mv a ½mv2 slúžia na určenie dvoch celkom odlišných pochodov, ale to sme už dávno vedeli, veď mv2 sa nemôže rovnať mv, iba s výnimkou, že v = 1. Ide o to, aby sme pochopili, prečo má pohyb dve miery, teda o vec, ktorá je vo vede práve tak neprípustná ako v obchode. Skúsme to teda inak.

Pomocou mv sa teda meria „pohyb prenášaný a pozmeňovaný mechanickými prostriedkami“; táto miera teda platí pre páku a všetky z nej odvodené formy, kolesá, skrutky atď., slovom pre všetky prevodové zariadenia. Teraz však jednoduchá a vôbec nie nová úvaha ukáže, že tu, pokiaľ platí mv, má svoju platnosť aj mv2. Vezmime nejaké mechanické zariadenie, na ktorom súčty ramien páky na obidvoch stranách sú v pomere 4:1, v ktorom teda závažie 1 kg udrží v rovnováhe závažie 4 kg. Celkom malým pridaním sily na jednom ramene páky vyzdvihneme teda 1 kg o 20 metrov; to isté pridanie sily na druhom ramene vyzdvihne teda 4 kg o 5 metrov, a pritom ťažšie závažie klesne za taký istý čas, aký potrebuje druhé rameno na stúpanie. Hmotnosti a rýchlosti sú nepriamo úmerné: mv, 1×20 = m´v´, 4×5. Ale ak necháme každé závažie, len čo sme ho zdvihli, voľne padnúť do pôvodnej polohy, potom prvé, 1 kg, dosiahne po prebehnutí dráhy 20 metrov (zrýchlenie tiaže tu počítame zaokrúhlene, teda 10 metrov namiesto 9,1), rýchlosť 20 metrov; naproti tomu druhé štvorkilové závažie nadobudne na päťmetrovej dráhe rýchlosť 10 m.[10]

mv2 = 1 x 20 x 20 = 400 = m´v´2 = 4 x 10 x 10 = 400 .

Naproti tomu doby pádu sú rozdielne: 4 kg prejdú svojich 5 metrov za jednu sekundu, 1 kg prejde svojich 20 metrov za 2 sekundy. Je samozrejmé, že sme tu nebrali do úvahy trenie a odpor vzduchu.

Keď však obidve telesá spadnú zo svojej výšky, ich pohyb ustane. Tu sa teda ukáže mv ako miera jednoducho prenášaného, teda trvajúceho pohybu, mv2 ako miera strateného mechanického pohybu.

Ďalej. Pri náraze dokonale pružných telies platí to isté. Súčet súčinov hmotnosti a rýchlosti práve tak ako súčet súčinov hmotnosti a štvorca rýchlosti je pred nárazom aj po náraze ten istý. Obidve miery majú tú istú platnosť.

Inak je to pri náraze nepružných telies. Tu poúčajú bežné elementárne učebnice (vyššia mechanika sa takýmito maličkosťami už ani nezaoberá), že súčet mv je pred nárazom aj po náraze ten istý. Naproti tomu dochádza k strate živej sily, lebo keď odpočítame súčet súčinov hmotnosti a štvorca rýchlosti po náraze od ich súčtu pred nárazom, zostáva nám vždy kladný zvyšok; o toto množstvo (alebo jeho polovicu, podľa toho, ako vec chápeme) sa zmenšila živá sila vzájomným preniknutím narážajúcich telies a zmenou ich tvaru. – Druhá časť tvrdenia je jasná a očividná. Menej jasná je však prvá časť tvrdenia, že súčet súčinov hmotnosti a rýchlosti zostáva ten istý po náraze, ako aj pred ním. Živá sila, navzdory Suterovi, je pohyb, a keď sa jej časť stratí, stráca sa i pohyb. Teda mv tu alebo vyjadruje množstvo pohybu nesprávne, alebo je nesprávne celé uvedené tvrdenie. Dokonca celá táto poučka pochádza z čias, keď ešte ľudia nemali ani tušenia o premene pohybu, keď sa teda zmiznutie mechanického pohybu pripúšťalo iba vtedy, keď to už nešlo inak. A tak sa tu rovnosť súčtu súčinov hmotnosti a rýchlosti pred nárazom a po náraze dokazovala tým, že sa tento súčet nikde ani nezmenšuje, ani nezväčšuje. Keď však telesá vnútorným trením, ktoré zodpovedá ich nepružnosti, strácajú živú silu, strácajú aj rýchlosť a súčet súčinov hmotnosti a rýchlosti musí byť po náraze menší ako pred ním. Veď predsa pri výpočte mv nemožno zanedbávať vnútorné trenie, keď sa tak jasne prejavuje pri výpočte mv2.

To však na veci už nič nemení. Aj keď prijmemespomínanú poučku a rýchlosť po náraze rátame pri predpoklade, že súčet súčinov hmotnosti a rýchlosti sa nezmenil, aj vtedy zistíme ubúdanie sú súčinov hmotnosti a štvorca rýchlosti. Tu sa teda mv a mv2 dostávajú do konfliktu, a to o rozdiel skutočne zmiznutého mechanického pohybu. Výpočet sám dokazuje, že súčet súčinov hmotnosti a štvorca rýchlosti vyjadruje množstvo pohybu správne, súčet súčinov hmotnosti a rýchlosti nesprávne.

To sú asi tak všetky prípady, kde sa v mechanike používa mv. Všimnime si teraz niekoľko prípadov, v ktorých sa používa mv2.

Keď odpálime delovú guľu, vyčerpá na svojej dráhe množstvo pohybu, ktoré je úmerné mv2, a je ľahostajné, či dopadne na pevný cieľ alebo či sa zastaví odporom vzduchu a tiažou. Keď vrazí vlak do druhého, stojaceho vlaku, je sila nárazu a príslušné zničenie úmerné mv2. Práve tak platí mv2 pri výpočte každej mechanickej sily potrebnej na prekonanie nejakého odporu.

Čo však znamená tento pohodlný, u mechanistov taký obvyklý zvrat: prekonanie odporu?

Keď prekonávame dvíhaním závažia odpor tiaže, stráca sa pritom množstvo pohybu, množstvo mechanickej sily, ktorá sa rovná tomu množstvu, aké zasa možno získať priamym alebo nepriamym pádom vyzdvihnutého závažia z dosiahnutej výšky do pôvodnej polohy. Meria sa polovičným súčinom hmotnosti a štvorca konečnej rýchlosti dosiahnutej pádom, ½mv2. Čo sa teda stalo pri dvíhaní? Mechanický pohyb alebo sila ako také sa stratili. Ale nepremenili sa na nič; zmenili sa, aby sme použili Helmholtzov výraz na mechanickú ťažnú silu; na potenciálnu energiu, ako to hovoria novší fyzici, na ergal, ako to hovorí Clausius, a táto veličina sa môže v každej chvíli a ľubovoľným mechanicky prístupným spôsobom zasa premeniť na to isté kvantum mechanického pohybu, ktoré bolo potrebné na jeho získanie. Potenciálna energia je teda iba negatívnym výrazom živej sily a naopak.

Guľa z kanóna, ktorá váži 24 libier, narazí rýchlosťou 400 metrov za sekundu do jeden meter hrubej železnej steny obrnenej lode a nemá za týchto okolností nijaký viditeľný účinok na pancier. Stratil sa teda mechanický pohyb, ktorý = ½mv2, t.j. keďže 24 libier = 12 kg**, sa rovná 12 x 400 x 400 x ½ = 960 000 kilogrammetrov. Čo sa stalo s týmto pohybom? Malá časť sa ho spotrebovala na otras a premiestnenie molekúl panciera. Druhá časť na roztrieštenie gule na nesčíselné kusy. No najväčšia časť sa premenila na teplo a rozpálila guľu do žerava. Keď Prušiaci pri prechode na ostrov Alsen roku 1864 spustili svoje ťažké batérie proti pancierovým stenám lode Rolf Krake[11], videli v tme pri každom zásahu zablysnutie gule, ktorá sa náhle rozžeravila, a Whitworth už predtým pokusmi dokázal, že výbušné strely proti obrneným lodiam nemusia mať rozbušku; rozžeravený kov sám zapáli výbušnú nálož. Ak sa mechanický ekvivalent jednotky tepla rovná 424 kilogrammetrom[12], uvedené množstvo mechanického pohybu zodpovedá 2264 jednotkám tepelného množstva. Špecifické teplo železa = 0,1140, t.j. to isté množstvo tepla, ktoré zohreje 1 kg vody o 1ºC (a ktoré platí ako jednotka tepla), postačí zohriať 1/0,1140 = 8,772 kg železa o 1ºC. Uvedených 2264 tepelných jednotiek zvýši teplotu 1 kg železa o 8,772 x 2264 = 19 860º alebo 19 860 kilogramov železa o 1ºC. Keďže sa toto množstvo tepla rozdelí rovnomerne na pancier a strelu, zohreje sa strela o 19 860º/(2×12) = 828º, čo už dáva celkom pekný žiar. Pretože predná, narážajúca strana strely dostane v každom prípade najväčšiu časť tepla, asi dvakrát toľko ako zadná polovica, je zohriata na 1104º, zadná časť na 552ºC, čo už celkom postačí na vysvetlenie svetelného efektu, aj keď musíme urobiť značnú korekciu, aby sme dostali pri náraze skutočne vykonanú mechanickú prácu.

Trením sa takisto stráca mechanický pohyb, aby sa znova objavil ako teplo; ako je známe, Joulovi v Manchestri a Coldingovi v Kodani čo najpresnejším meraním obidvoch zodpovedajúcich pochodov sa po prvý raz podarilo experimentálne stanoviť približný mechanický ekvivalent tepla.

Tak je to aj pri výrobe elektrického prúdu v magnetoelektrickom stroji pomocou mechanickej sily, napr. parného stroja. Množstvo tzv. elektromotorickej sily vyrobenej za určitý čas je úmerné a – ak ho meriame v tých istých jednotkách – rovné množstvu mechanického pohybu spotrebovaného za ten istý čas. Môžeme si to predstaviť aj tak, že ju nevyrába parný stroj, ale klesajúce závažie, ktoré podlieha tlaku tiaže. Mechanická sila, ktorú je toto závažie schopné vydať, sa meria živou silou, ktorú by nadobudlo, keby voľne padalo z rovnakej výšky, alebo silou potrebnou, aby sme ho vyzdvihli do pôvodnej výšky: v obidvoch prípadoch ½mv2 .

Zisťujeme teda, že mechanický pohyb má síce dvojakú mieru, ale aj to, že každá miera platí pre veľmi presne ohraničený rad javov. Ak sa existujúci už mechanický pohyb prenáša tak, že zostáva zachovaný ako mechanický pohyb, potom sa prenáša podľa vzorca súčinu hmotnosti a rýchlosti. Keď sa však prenáša tak, že sa stráca ako mechanický pohyb a prejaví sa znova vo forme potenciálnej energie, tepla, elektriny atď., ak sa, slovom, premení na inú formu pohybu, potom je množstvo tejto novej formy pohybu úmerné súčinu pôvodne sa pohybujúcej hmotnosti a štvorca rýchlosti. Slovom: mv je mechanický pohyb meraný mechanickým pohybom; ½mv2 je mechanický pohyb meraný svojou schopnosťou premeniť sa na určité množstvo inej formy pohybu. A že si tieto dve miery, hoci sú odlišné, jednako len neprotirečia, to sme už videli.

Ukazuje sa teda, že spor Leibniza s karteziánmi už vonkoncom nebol nejakou obyčajnou škriepkou o slová a že d´Alembertovo „suverénne riešenie“ v skutočnosti nič nevyriešilo. D´Alembert sa nemusel so svojimi tirádami o nejasnosti názorov svojich predchodcov unúvať, lebo je práve taký nejasný ako oni. A naozaj, pokiaľ sa nevedelo, čo sa stane so zdanlivo strateným mechanickým pohybom, musela zostať otázka nejasná. A pokiaľ matematickí mechanisti ako Suter zostávajú zaťato v zajatí štyroch stien svojej špeciálnej vedy, zostávajú rovnako nejasní ako d´Alembert a budú nás musieť odbiť prázdnymi a protirečivými frázami.

Ako však vyjadruje moderná mechanika túto premenu mechanického pohybu na inú formu pohybu, úmernú pôvodnej? Hovorí, že pohyb vykonal prácu, a to práve toľko a toľko práce.

Tým však nie je pojem práce vo fyzikálnom zmysle vyčerpaný. Keď sa – ako v parnom alebo tepelnom stroji – mení teplo na mechanickú prácu, keď sa teda molekulárny pohyb mení na pohyb más, keď teplo rozkladá nejakú chemickú zlúčeninu, keď sa v termočlánku mení na elektrinu, keď elektrický prúd vylučuje prvky vody zo zriedenej kyseliny sírovej alebo naopak, keď pohyb uvoľnený pri chemickom procese v galvanickom článku (alias energia) berie na seba formu elektriny a táto sa zasa v uzavretom okruhu mení na teplo – pri všetkých týchto pochodoch vykonáva forma pohybu, ktorá navodí proces a ním sa mení na inú formu, prácu, a to v množstve zodpovedajúcom jej vlastnému množstvu.

Práca, keď ju berieme z kvantitatívnej stránky, je teda zmena formy pohybu.

Ale ako je to vlastne? Ak zostane vyzdvihnuté závažie pokojne visieť, je v tomto stave pokoja jeho potenciálna energia tiež formou pohybu? Pravdaže. Dokonca aj Tait dospel k presvedčeniu, že potenciálna energia sa neskôr premení na nejakú formu skutočného pohybu (Nature).[13] A odhliadnuc od toho Kirchhof ide ešte oveľa ďalej, keď hovorí:

„Pokoj je iba špeciálnym prípadom pohybu“ [Matematische (Physik.) Mechanik, S. 32].

 

a dokazuje tým, že vie nielen počítať, ale aj dialekticky myslieť.

Pojem práce, ktorý nám opísali ako ťažko pochopiteľný bez matematickej mechaniky, vyplynul nám celkom mimochodom, hravo a takmer sám od seba, keď sme skúmali obidve miery mechanického pohybu. A rozhodne teraz vieme o ňom viac, ako sa dozvedáme z Helmholtzovej prednášky O zachovaní sily z roku 1862, v ktorej si kladie za cieľ

„čo najjasnejšie vyložiť základné fyzikálne pojmy práce a jej nemennosti” (Vorrede, S. VI).

Dozvedáme sa tam o nej iba, že je to čosi vyjadriteľné v librostopách alebo v jednotkách tepla, a že počet týchto librostôp alebo tepelných jednotiek je pre určité množstvo práce nepremenný. A ďalej, že okrem mechanických síl a tepla môžu vykonávať prácu aj chemické a elektrické sily, ale že všetky tieto sily vyčerpávajú svoju pracovnú schopnosť v takej miere, v akej skutočne prácu vykonávajú. A z toho vraj vyplýva: súčet množstiev síl schopných pôsobiť v prírode ako celku zostáva pri všetkých zmenách v prírode večne a nepremenne ten istý. Pojem práce sa tu ani nerozvíja, ba ani len nedefinuje. *** A je to práve kvantitatívna nepremennosť veľkosti práce, ktorá mu zabraňuje pochopiť, že kvalitatívna zmena, striedanie foriem, je základnou podmienkou každej fyzikálnej práce. A tak potom môže Helmholtz dôjsť k tvrdeniu:

„Trenie a nepružný náraz sú pochody, pri ktorých sa ničí mechanická práca a namiesto nej vzniká teplo” (Populäre Vortrage, II, S. 166).

Práve naopak. Tu sa mechanická práca neničí, tu sa mechanická práca vykonáva. Čo sa zdanlivo ničí, je mechanický pohyb. Ale mechanický pohyb nemôže nikdy a nikde vykonať ani milióntinu kilogrammetra práce bez toho, aby nebol zdanlivo zničený, aby sa nepremenil na inú formu pohybu.

Schopnosť práce, ktorá tkvie v určitom množstve mechanického pohybu, sa teda nazýva, ako sme videli, jeho živou silou a až donedávna sa merala pomocou mv2. Vzniklo tu všaknové protirečenie. Vypočujme si Helmholtza (Erhaltung der Kraft, S. 9). Tu sa hovorí, že veľkosť práce možno vyjadriť závažím m vyzdvihnutým do výšky h, pričom veľkosť práce je mgh, kde g je vyjadrením sily tiaže. Aby závažie vystúpilo voľne do výšky h, potrebuje rýchlosť v = √2gh, ktorú znova nadobúda pri páde. Teda mgh = ½mv2 a Helmholtz navrhuje

„označiť priamo veličinu ako kvantitu živej sily, čím sa stane totožnou s mierou veľkosti práce. Vzhľadom na doterajšie používanie pojmu živej sily…je táto zmena bezvýznamná, ďalej nám však prinesie podstatné výhody”.

Je to až neuveriteľné. Roku 1847 bol Helmholtzovi vzájomný vzťah živej sily a práce tak málo jasný, že vôbec nezbadal, že doterajšiu proporcionálnu mieru živej sily premieňa na absolútnu, že si neuvedomil, aký významný objav urobil svojím odvážnym zásahom, a odporúča svoje ½mv2 proti mv2 len preto, že je to pohodlnejšie! A z pohodlnosti mechanistov sa ½mv2 aj zaužívalo. Iba postupne sa dospelo aj k matematickému dôkazu ½mv2; algebraické odvodenie nachádzame u Naumanna vo Všeobecnej chémii[14] na s. 7, a analytické odvodenie u Clausia v Mechanickej teórii tepla, v 2. vyd., I, s. 18,[15] ktoré potom iným spôsobom odvodil a rozviedol Kirchhoff (porovn. cit. dielo, s. 27).

Pekné algebraické odvodenie ½mv2 z mv podáva Clerk Maxwell (cit. dielo, s. 88). To však nebráni našim Škótom, Thomsonovi a Taitovi, aby tvrdili (cit. dielo, s. 162):

„Živá sila, alebo kinetická energia pohybujúceho sa telesa je úmerná jeho hmotnosti a štvorcu rýchlosti. Keď ponecháme pôvodné jednotky hmotnosti (a rýchlosti)” (totiž jednotka hmotnosti , ktorá sa pohybuje jednotkou rýchlosti), „je obzvlášť výhodné definovať kinetickú energiu ako polovičný súčin hmotnosti a štvorca rýchlosti.”

 

Tu sa teda u obidvoch popredných škótskych mechanistov zastavilo nielen myslenie, ale aj schopnosť počítať. Čiastočná výhoda, vhodný vzorec, vyrieši všetko najlepšie.

Pre nás, ktorí sme videli, že živá sila nie je nič iné ako schopnosť daného množstva mechanického pohybu konať prácu, pre nás je samozrejmé, že táto schopnosť konať prácu meraná mechanickou mierou a práca skutočne vykonaná pohybom si musia byť rovné, že ak teda ½mv2 je mierou práce, musí byť ½mv2 aj mierou živej sily. No tak to už býva vo vede. Teoretická mechanika prichádza k pojmu živej sily, praktický inžinier k pojmu práce a vnucuje ho teoretikovi. A ľudia si pri počítaní natoľko odvykli myslieť, že po dlhé roky nepoznali vzájomný vzťah medzi obidvoma pojmami, jednu merali pomocou mv2, druhú pomocou ½mv2 a napokon prijali pre obidve ako mieru ½mv2 nie azda zo správneho presvedčenia, ale kvôli jednoduchšiemu počítaniu! ****

* – impulz alebo moment.

** Nemecká libra = 500 g.

*** Ďalej sa nedostaneme, keď sa obrátime na Clerka Maxwella. Hovorí (Theory of Heath,

4th ed., London 1875), s. 87: „Práca sa vykonáva, keď sa prekonáva odpor,” a (185)

„Energia telesa je schopnosť vykonávať prácu.”[16] To je všetko, čo sa o tom dozvieme.

**** Tak slovo „práca”, ako aj predstava pochádzajú od anglických inžinierov. Ale v angličtine sa praktická práca nazýva work, práca v zmysle ekonomickom labour. Preto sa aj fyzikálna práca označuje slovom work, čím sa vylúčilo akékoľvek zamieňanie s prácou v ekonomickom zmysle. V nemčine je to iné, a to umožnilo v novšej pseudovedeckej literatúre rozličné čudné aplikácie práce vo fyzikálnom zmysle na ekonomické pracovné vzťahy a naopak. Avšak aj v nemčine je slovo Werk, ktoré je veľmi výstižné – ako anglické work – na označenie fyzikálnej práce. Pretože pre našich prírodovedcov je ekonómia privzdialená, ťažko sa odhodlajú zaviesť toto slovo namiesto zaužívaného Arbeit – azda ak už bude prineskoro. Iba Clausius sa pokúsil popri slove Arbeit zachovať aj výraz Werk.

[1] Heinrich Suter, Geschichte der mathematischen Wissenschaften, Th. II, Zürich 1875, S. 367.

[2] Pozri Kantovu prácu Gedanken von der wahren Schätzung der lebendigen Kräfte…, § 92 (Immanuel Kant, Sämmtliche Werke, Bd. I, Leipzig 1867, S. 98-99)

Acta Eruditorum – prvý vedecký časopis v Nemecku, ktorý založil profesor Otto Menke, vychádzal po latinsky v Lipsku v rokoch 1682 – 1782; od roku 1732 vychádzal pod názvom Nova Acta Eruditorum. Leibniz bol aktívnym spolupracovníkom tohto časopisu.

[3] Hoci na titulnom liste prvého vydania tohto Kantovho diela, ktoré sa tlačilo v Kráľovci, je uvedený rok vydania 1746, výroba knihy sa dokončila a kniha vyšla roku 1747, čo vyplýva najmä z venovania, datovaného z 22. apríla 1747.

[4] Jean D´Alembert, Traité de dynamique, Paris 1743.

[5] Abbé de Catelan uverejnil v septembri 1686 a v júni 1687 v časopise Nouvelle de la République des lettres dva články, v ktorých hájil Descartovu mieru pohybu (mv)proti Leibnizovi. Leibniz na to odpovedal článkami, ktoré vyšli v tom istom časopise vo februári a v septembri 1687.

Nouvelles de la République des Lettres bol vedecký mesačník, ktorý vydával Pierre Bayle v Rotterdame v rokoch okolo 1684-1687; do roku 1709 ho vydával Henri Basnage de Beauval pod novým názvom Histoire des ouvrages des Savants.

[6] Engels má na mysli anekdotu o negramotnom pruskom poddôstojníkovi, ktorý pod vplyvom berlínskeho nárečia si nevedel rady s používaním tretieho pádu „mir“ a štvrtého pádu „mich“ od zámena „ich“ (ja) a našiel si pre to ono svojrázne riešenie.

[7] William Thomson and Peter Guthrie Tait, A Treatise on Natural Philosophy, Vol. I, Oxford 1867; prírodná filozofia sa tu chápe ako teoretická fyzika.

[8] Gustav Kirchhoff, Vorlesungen über mathematische Physik. Mechanik, 2. Aufl., Leipzig 1877.

[9] Hermann von Helmhotz, Über die Erhaltung der Kraft, Berlin 1847, S. 9.

[10] Engels vypočítava rýchlosť padajúceho telesa podľa vzorca v =√2gh, pričom v je rýchlosť, g zrýchlenie voľného pádu a h výška, z ktorej teleso padá.

[11] Ide o jednu z bitiek vo vojne roku 1864, v ktorej bojovalo Prusko a Rakúsko proti Dánsku.

Rolf Krake bola dánska vojnová loď, ktorá v noci z 28. na 29. jún 1864 kotvila pri pobreží ostrova Alsen a s ostatnými loďami mala za úlohu zabrániť vylodeniu pruských vojsk na ostrov.

[12] V súčasnosti sa na základe presnejších meraní považuje za mechanický ekvivalent teploty 426,81 kgm.

[13] Engels má na mysli prednášku Petra Guthrie Taita O sile, ktorú predniesol 8. septembra 1876 na 46. zjazde Britskej spoločnosti pre podporu vedeckého pokroku v Glasgowe. Prednáška bola uverejnená v časopise Nature, č. 360 z 21. septembra 1876.

Nature. A Weekly Illustrated Journal of Science je anglický prírodovedný časopis, ktorý vychádza v Londýne od roku 1869.

[14] Alexander Naumann, Handbuch der allgemeinen und physikalischen Chemie, Heidelberg 1877, S. 7.

[15] Rudolf Clausius, Die mechanische Wärmetheorie, 2. Aufl., Bd. I, Braunschweig 1876. S. 18.

[16] James Cler Maxwell, Theory of Heath, 4th ed., London 1875, p. 87, 185.

10. LITERATÚRA
[1] Fridrich Engels: Dialektika prírody
[2] R.P.Feynman, R.B.Leighton, M.Sands: Feynmanove prednášky z fyziky, I
[3] Martin Gardner: Teória relativity pre milióny
[4] J. Bergier, L. Pauwels: Ráno kúzelníkov
[5] Platón: Ústava