O čase a jeho paradoxech Martin Hofman a Jana Papoušková

- počátek „našeho“ časoprostoru ale času? Počátek času? Who knows? Velký třesk - počátek „našeho“ časoprostoru ale času? vznik částic – 10-35 sekundy po Velkém třesku Rozpínání vesmíru (Dopplerův jev) – co se dělo s časem?

Některé citáty „O čase nikdy nesmíme přemýšlet tak, jako kdyby existoval předem, ať už by to bylo v jakémkoliv smyslu, je to totiž vytvořená veličina.“ Sir Hermann Bondi „Na čase je opravdu důležité to, že plyne.“ Arthur Eddington „Čas, to je jedna zatracená věc následující po jiné.“ Anonym

Trochu z historie Řecká filosofie – počátek vědy Galileo Galilei – první pohybové zákony Christiaan Huygens – první kyvadlové hodiny, teorie vlnové charakteristiky světla Isaac Newton – zformulování zákonů pohybu a síly Galileovy transformace – plynutí času je konstantní pro všechny inerciální soustavy

Platí vztah skládání rychlostí s rychlostí světla čili Fyzika je úplná ale … Jak to, že Galileovy transformace přestávají platit pro hmotné body pohybující se rychlostí blízkou světlu? Platí vztah skládání rychlostí s rychlostí světla čili w = v + c ?

průlom v náhledu na fyziku obecně * 1879 Albert Einstein † 1955 průlom v náhledu na fyziku obecně Michelsonův pokus --- > konec éteru

Teorie relativity později nazvaná Speciální teorie relativity - 1905 Albert Einstein později nazvaná Speciální teorie relativity zabývá se speciálními případy – bez zrychlení založena na dvou axiomech: 1.světlo se šíří konečnou rychlostí 2.ve všech INS platí stejné fyzikální zákony

Důsledky STR Jak se paprsek dokáže pohybovat stejnou rychlostí vzhledem „ke všemu?“ vždyť ve všech INS platí stejné fyzikální zákony řešení: pro každého pozorovatele plyne „jiný čas“ každý má svůj běh času a ten je neměnný mění se pouze to co vidí kolem sebe prostor a čas spolu souvisejí → Prostoročas

Lorentzovy transformace pro bod m musí mít kulová vlnoplocha stejnou rychlost jako pro inerciální soustavu ze které vyšla Něco není v pořádku => v galileových rovnicích musí kalkulovat při velkých rychlostech konstanta řešící problém

N a t a h u j í c í s e č a s při v blížící se k c se čas ve vzhledem k nám pohybující se soustavě natahuje neboli dilatuje Lorentzův faktor Příklady objektů pozorované díky dilataci času : miony - vzhledem k zemi existují až tisíckrát déle než je jejich doba rozpadu Částice v urychlovačích – příklad LHC – urychluje částice až na 99.9999991% rychlosti světla => čas částic ubíhá 750krát pomaleji než čas okolního prostředí Zpožďování atomových hodin na různých místech na Zemi

Obecná teorie relativity Založena 1915 rozšiřuje STR i na neinerciální soustavy, popisuje gravitaci gravitaci vysvětlíme jako zakřivení prostoročasu

Gravitace ovlivňuje čas čím se blíže zemskému povrchu, tím je zakřivení prostoročasu výraznější →dráhy delší→ „tok času pomalejší“ tok času je v různých výškách různý - 1962 proběhl test z pomocí vysoce přesných hodin hodiny byly umístěny v přízemí a na vrcholu jedné vodárenská věže hodiny položené dole šli pomaleji (v souladu s OTR) nestejný chod hodin má velký význam při zavádění vysoce přesných navigačních zařízení, využívajících kosmických hodin

Prostoročas Co si představit pod pojmem časoprostor? V osm u kina  K určení polohy tělesa potřebujeme 4 souřadnice(3 místní, 1 časová) Náš časoprostor je vlivem hmotností těles a energií zakřiven tělesa se v čtyřrozměrném prostoročase pohybují po geodetikách Geodetiky=nejpřímější možně trajektorie=křivky v třírozměrném prostoru

Gravitace a čas Při kritickém Schwarzschildově poloměru dochází k nekonečnému zborcení času

Případ Aničky a Bětky „Pokračujte, až dokud nepřijdete na konec, pak se zastavte.“ Lewis Carrol Bětka padá do černé díry a Anička ji z povzdálí pozoruje 

Prostoročasové diagramy pomáhají objasnit principy relativity Relativnost současnosti - osa x označuje prostor - osa ct je časová……dráha prostoročasem pozorovatele č.1 - ct´ je dráha pozorovatele v rovnoměrném pohybu….č.2 - červené přímky=světelný kužel, sklon 45° - světelné paprsky musí být od obou pozorovatelů vždy stejně daleko - okamžik A: AX=AY, okamžik B: BX´=BY´ - prostor pozorovatel č.2 je skloněný vůči pozorovateli č.1 - pozorovatel č.1 vidí okamžik B současný se svým - pozorovatel č.2 vid současný okamžik chvíli před A → “Různí lidé se dívají do různých dějinných údobí“

Dilatace času Paradox dvojčat - pro pozorovatele č.2 je B současný s C - pro pozorovatele č.1 je současný okamžik A s B - pro pozorovatele č.2 je B současný s C - OA=délka dne na Zemi - OA´=délka dne pro cestovatele Paradox dvojčat - nejvíce diskutovaný relativistický paradox - jedno z dvojčat zůstane na Zemi a druhé se vydá na cestu ke vzdálenému cíli rychlostí blízké rychlosti světla - otázka:Pokud se čas zpomaluje z pohledu obou pozorovatelů zároveň,co se stane po návratu na Zem? - okamžik O: začátek výpravy, A: obrat, D: návrat domů - od Země: prostor současných událostí rovnoběžný s AB - k Zemi: prostor současných událostí rovnoběžný s AC - v místě A provede cestovatel „skok“ a nastává „předstih“ - po návratu bude dvojče „cestovatel“ mnohem mladší

Zpět v čase Tachyony – hypotetické částice pohybující se pouze nadsvětelnou rychlostí => „utíkají“ před svým světlem a míří do minulosti Thomas Gold – teorie obrácení šipky času se smršťujícím se vesmírem Další filozofické teorie o cyklických světech

Závěrem Víme, že stále víme málo Každý má přesně odměřený čas a nijak ho nelze prodloužit Jen ti kteří zamrznou na horizontu událostí mohou spatřit samotný konec, nebo počátek? Citát na závěr: „Čas – to je prostě způsob, jakým příroda zajišťuje, aby se všechno neudálo najednou.“ John Wheeler

Literatura [1] Paul Davies, O čase, Motýl, překlad Zdeněk Urban, Czech Edition 1999 [2] Dušan Streit, Vesmír v oválu jaký s neurčitostí není, Kompas OK, a.s, Frýdek Mýstek, 2004 [3] Stephen Hawking a Leonard Mlodinow - Stručnější historie času, Argo 2006 Obrázky z wikipedia.org