14. augusta 2020
Eter

Slepé uličky vedy: Éter

Určite ste si všimli, že:

  • Zrak a sluch patria medzi naše hlavné zmysly.
  • Pri búrke vidíme blesk a počujeme hrom.
  • Keď si vyberáme nový televízor, jedna z vecí, ktoré skúmame, sú kvalita jeho obrazu a zvuku.

Tieto i ďalšie indície nás odjakživa presviedčali o tom, že svetlo a zvuk sú akýsi bratranci.

Zvuk je pomerne ľahko pochopiteľný jav, ide o vlnenie šíriace sa prostredím – napríklad vzduchom. Tlak a ďalšie fyzikálne veličiny sa vychýlia zo svojej zvyčajnej hodnoty a tento „vzruch“ sa potom šíri ďalej ako vlna. Je preto prirodzené očakávať, že i svetlo bude mať podobnú podstatu. V akom prostredí sa však šíri? Čo je pre svetlo tým, čím je vzduch pre zvuk? Keďže sme takú vec nepoznali, dali sme jej meno éter. [1]

Prudký rozvoj fyziky v 19. storočí v spolupráci so škótskym matematickým fyzikom Jamesom Clerkom Maxwellom nám priniesli zjednotenú teóriu elektromagnetizmu, z ktorej nečakane vypadol dôležitý teoretický poznatok – rýchlosť svetla. Prirodzene, vedci túto rýchlosť chápali ako rýchlosť šírenia vzhľadom na éter. Poznajúc túto hodnotu ľudia mohli teraz napríklad zmerať ako rýchlo sa voči éteru pohybuje Zem!

James Clerk Maxwell

Nápad je jednoduchý: Predstavme si, že s kamarátom stojíme od seba v nejakej vzdialenosti na streche rýchlo idúceho vlaku a chceme zistiť, ako rýchlo sa náš vlak pohybuje. [2] Ak z nejakých teoretických úvah vieme ako rýchlo sa zvuk šíri vo vzduchu (343 m/s), môžeme na seba zakričať a, poznajúc našu vzájomnú vzdialenosť, vypočítame ako rýchlo sa zvuk šíri v sústave spojenej s vlakom. Ak nám vyjde 243 m/s, vieme, že sa vlak (voči stojacemu vzduchu) pohybuje rýchlosťou zhruba 100 m/s. Takže nám stačí vlak nahradiť našou planétou, vzduch éterom a zvuk nahradiť svetlom – výsledok experimentu nám potom prezradí ako rýchlo sa plavíme v éteri.

Lenže prišiel šok – experimenty priniesli veľmi zarážajúci výsledok – naša Zem voči éteru stojí! Nonsens! Veď ak by sme boli aj voči éteru pri meraní statickí, počkáme si pol roka, keď bude naša planéta fičať okolo Slnka s úplne inou rýchlosťou a vtedy už zaručene nemôžeme byť nehybní. Lenže výsledky meraní počas celého roka trvali na svojom – ak éter existuje, musíme voči nemu byť neustále v pokoji! A to je predsa absurdné! [3]

Sústava Zeme a Slnka v „éterovom vetre“. Zdroj: wiki

Celú situáciu elegantne vyriešil mladý fyzik Albert Einstein keď prišiel s revolučným nápadom – teóriou relativity. Tá ukázala, že myšlienka jednej význačnej sústavy, fixného javiska na ktorom sa odohráva fyzika svetla, je nesprávna. Teória relativity sa vo fyzikálnej komunite pomerne rýchlo prijala a jej predpovede sa experimentálne potvrdili. Éter sa teda stal nadbytočným a mohli sme naň zabudnúť. [4] Ak teda ale neexistuje éter, tak v ktorej (inerciálnej) sústave má svetlo rýchlosť vypočítanú Maxwellom? A teraz prekvapenie: v každej!

[Frico]

Zdroj: wiki (Luminiferous aether, Aether drag hypothesis)

[1] Presnejšie povedané, ide o „moderný éter“. O éteri sa totiž uvažovalo už v staroveku ako o látke prítomnej v nebesách/vesmíre.
[2] Doma to neskúšajte!
[3] Niektorí vedci navrhli, že Zem si pri svojej vesmírnej púti ťahá éter so sebou (tzv. aether drag hypothesis). Vysvetlilo by to síce našu stacionárnosť voči éteru, avšak táto hypotéza sa ukázala byť v spore s niektorými inými pozorovaniami.
[4] Takýto argument (že treba vybrať jednoduchšiu teóriu; v tomto prípade bola jednoduchšia relativita) sa nazýva Occamova britva.

Pridaj komentár