Éter a speciální teorie relativity

Prezentace na téma: "Éter a speciální teorie relativity"— Transkript prezentace:

1 Éter a speciální teorie relativity

2 Αἰθήρ ve starém Řecku Opilý koráb Jean Arthur Rimbaud … Tož, koráb zbloudilý do zátok husté kštice, až v éter zavátý, kde nežije ni pták, jejž žádný Monitor, Hanz žádná plachetnice by nevylovily, opilý vodou mrak, … přeložil Karel Čapek V mytologii – bůh nejstaršího pokolení, personifikace vrchního vzduchu Ve filosofii – pátý element, kvintesence oheň Církevní otce mimořádně zajímal rovněž počet těchto nesmrtelných duchů [andělů], jejich  jména, kde přebývají, zda jsou schopni hříchu, jak vypadá jejich éterické tělo, co si oblékají a čím se živí. Květa Fialová - okouzlující herečka a éterická bytost Diethyl éter CH3-CH2-O-CH2-CH3 vzduch voda země Horror vacui – plenismus, podle Aristotela „příroda se hrozí prázdnoty“ Vesmírný prostor vyplňuje éter

3 Éter jako Maelstrom Olaus Magnus, Carta Marina,

4 Prostor vyplněn éterem Otáčení Slunce vytváří vír,
René Descartes Prostor vyplněn éterem Otáčení Slunce vytváří vír, který strhává planety (Le Mond, vydáno posmrtně 1665) Rotace slunce Ch. Scheiner 1630 Otočka trvá asi 25 dní

5 Inspirace z Descartova modelu Pohyb planet vyložil I
Inspirace z Descartova modelu Pohyb planet vyložil I. Newton pomocí svých pohybových zákonů a gravitačního zákona. Výsledek pro planety pohybující se v prázdném prostoru podivuhodně souhlasil s pozorováním. Zbylo něco inspirujícího? Představa éteru nezanikla, éter měl další funkce. Descartova myšlenka vedla k problému: Proč éter neklade pohybu planet žádný odpor? Představa strhávání éteru rotujícím tělesem hrála svou roli při (chybném) výkladu Michelsonova pokusu.

6 Éter jako Lucifer Lucifer = světlonoš

7 Co je světlo? Descartes - teorie „slepecké hole“ –
světlo se šíří nekonečnou rychlostí vzájemným postrkováním částic éteru Olaf Römer – světlo se šíří konečnou rychlostí Newton – korpuskulární teorie světla (éter naplňující prostor měl v ní své místo) Christian Huyghens – světlo je vlnění počátkem 19. století vlnový charakter světla jasně prokázán (interference, ohyb)

8 Vlnění čeho? Zvuk jsou vlny ve vzduchu – vakuem se nešíří
Světlo se šíří i vakuem (zelení mužíci na Měsící se vidí, ale nepokecají si) Řešení: celý prostor je vyplněn éterem – světlo je vlnění éteru

9 Struktura éteru Éter tekutina s nepatrnou viskositou (neklade odpor pohyby těles) Potíž: v tekutinách se šíří jen podélné vlny Světelné vlny příčné (polarizace)

10 Éter má strukturu elastického tělesa – při vysokých rychlostech, jaké
odpovídají frekvenci světelných kmitů Při nízkých rychlostech se chová jako tekutina s velmi malou viskositou Další problém: kam se poděla podélná vlna? V běžných elastických látkách se šíří jak příčné, tak podélné vlny V druhé polovině 19. století fyzikové o existenci éteru nepochybovali, hledali se vhodné modely

11 Maxwellovy rovnice (1965) Gaussova věta Ampèrův zákon Faradayův zákon
Neexistují magnetické monopóly Ampèrův zákon Faradayův zákon

12 Éter v Maxwellově pojetí
Elektromagnetické pole odpovídá napětí v éteru

13 James Clerk Maxwell My soul is an entangled knot, Upon a liquid vortex wrought By Intellect in the Unseen residing. And thine doth like a convict sit, With marlinspike untwisting it, Only to find its knottiness abiding; Since all the tool for its untying In four-dimensional space are lying. Mou duši v uzel zapletl a na bujný vír navlekl génius z kraje neznámého. Lodníka zručnost chtěl bych mít a mysl svojí uvolnit z vězení smyček svíravého! Leč nástroj, jenž by vhodný byl, do čtvrté dimenze se skryl.

14

15 Telepatický dopis doktora Faustrolla lordu Kelvinovi
Lord Kelvin (William Thomson) 26. 6. 1824 – 17. 12. 1907

16 Éter jako náhražka sensoria Dei
Isaac Newton: Absolutní prostor je sensorium Dei (způsob božího vnímání světa)

17 Newton založil mechaniku na představě absolutního prostoru
Newton založil mechaniku na představě absolutního prostoru. Výsledná mechanika však neumožňuje absolutní prostor určit – v každé soustavě, jež se vůči němu rovnoměrně pohybuje vypadají zákony mechaniky stejně Vivat aether! Mezi všemi inerciálními systémy je privilegovaný ten, ve kterém je éter v klidu – to je realizace absolutního prostoru

18 Smrt éteru a nový pohled na realitu
Quomodo cecidisti de caelo lucifer qui mane oriebaris corruisti in terram qui vulnerabas gentes Jak jsi spadl z nebe, jitřenko, který jsi zrána vycházel, pospíšils k zemi, ty, jenž jsi zraňoval národy“ Izajáš 14,12

19 Pohyb Země éterem

20 Předpokládaný výsledek
Δ T = L1/c(1-β2) – L2/c(1-β2) ½ β = v/c Naměřeno: Δ T = 0 Výklad: 1.Země strhává éter 2. Lorentz: tyče se ve směru pohybu vzhledem k éteru zkracují

21 Lorentz a éter L = L0(1-β2) ½ T = T0 (1-β2) ½ v Elektrické pole
Elektrické + magnetické pole v

22 Galileiho a Lorentzova transformace
Galileiho transformace x’ = x – vt y’ = y z’ = z t’ = t Transformace souřadnic událost Lorentzova transformace x’= γ (x – vt) y’ = y z’ = z t’ = γ (t –x v/c2) γ = (1-v2/c2)-1/2 Opačná L.T. x= γ (x’ + vt’) y = y z = z t = γ (t’ +x’ v/c2)

23 Einsteinův princip relativity
Přírodní zákony vypadají stejně ve všech inerciálních soustavách Cena za to: čas běží v různých inerciálních soustavách různě, prostorové a časové souřadnice událostí jsou propojeny Lorentzovou transformací, pohybové rovnice mechaniky se musí opravit Důsledky pro éter: jako sensorium dei zbytečný – pohyb vzhledem k němu nelze zjistit ani pomocí elektromagnetismu jako luci-fer či EM –fer také zbytečný – v Maxwellových rovnicích všechny měřitelné informace – a navíc nelze sestrojit relativistickou teorii mechanického éteru

24 …kočka zmizela a zůstal jen její škleb

25 H. Lorentz 1910 Nemohu než chápat éter …jako něco nadané určitou materiálností, i když se liší od ostatních forem hmoty

26 William Occam: Nezaváděj zbytečné veličiny!
Hospodárnost velí oholit éterové vousy!

27 Moderní potomci éteru

28 Energie vakua Staří myslitelé tvrdili, že prostor nemůže být prázdný – horror vacui, strach z prázdnoty Podle kvantové teorie vakuum není prázdnota – „kvantové fluktuace“. Experimentálně ověřeno např. Lambovým posuvem spektrálních čar. Ale: vakuum je relativisticky invariantní, ve všech inerciálních soustavách vypadá stejně

29 Reliktní záření Isotropní mikrovlnné záření pocházející z raného vesmíru představuje privilegovaný systém. To není ve sporu s teorií relativity

30 S hlubokým zármutkem Vám oznamujeme smutnou zprávu, že počátkem 20
S hlubokým zármutkem Vám oznamujeme smutnou zprávu, že počátkem 20. století nás navždy opustil náš milovaný kamarád Světlonoš Éter. Než ho brutálně skolil Divoký Bill Occam, vykonal mnoho užitečné inspirující práce. Vděčně na něj vzpomínejme, ale nerušme ho ze zaslouženého věčného odpočinku! Za pozůstalé Albert Einstein