Snow Cherries from France

Protože Einstein bezpodmínečně trvá na principu relativity a na konstantní rychlosti světla, položí si ve své práci otázku, "co zde chápeme pod pojmem 'čas' ". Vzápětí si sám odpoví: "Musíme vzít v úvahu, že všechna naše tvrzení, ve kterých hraje roli čas, jsou vždy tvrzení o současných událostech . Když například řeknu: 'Vlak přijede v 7 hodin,' znamená to vlastně: 'Malá ručička mých hodinek ukazující na 7. hodinu a příjezd vlaku jsou současné události.' "

Nikdy předtím a ani potom nezdobili takto jednoduché věty dílo takové hloubky. Einstein udělá ze samozřejmostí senzaci. Jeho teorie se stane nejen základem celé moderní fyziky, nýbrž hluboce otřese také naším chápáním přírody a vesmíru.

Suvislosti, které uvádí, přitom nesou rysy vznešené jednoduchosti. Dají se ozřejmit pomocí myšlenkových experimentů, v nichž hrají hlavní roli pozorovatelé na nástupišti a ve vlaku, v Einsteinově době nejrychlejším dopravním prostředku. Einstein například vyzve svého čtenáře, aby si představil, že podél kolejí jsou ve stejné vzdálenosti od pozorovatele na peroně instalovány dvě zábleskové lampy. Pokud čekající visí oba záblesky v týž okamžik, jsou pro něj současné. S cestujícím ve vlaku se to má ale jinak: Během chvíle, kdy jej záblesky dostihnou, se posune o kousek dále. Protože se od jednoho světla vzdaluje a ke druhému se blíží, zaznamenává záblesk lampy, ke které se blíží, dřívě než záblesk té, od které se vzdaluje. Ze svého pohledu může stejným právem tvrdit, že světla se nerozzářila současně. Pokud se celý příměr obrátí, získáme stejný obraz: Připevníme-li lampy na předním a zadním konci vlaku, blesknou pro cestujícího ve vagoně ve stejnou chvíli, avšak pozorovatel na nástupišti mezi nimi zaznamená časovou prodlevu. Cestující a čekající se tedy nemají šanci shodnout na čase, ve kterém se záblesky odehrály. Co jeden považuje za prodlevu mezi záblesky, druhý vnímá jako jeden a tentýž okamžik.

Mimořádně břitkou myšlenku, kterou Einstein rozetne jak mečem gordický uzel rozporů svazujících po dlouhá léta fyzikální teorii, lze shrnout do lapidárního tvrzení: Současnost je relativní. Na celém světě neexistuje žádný okamžik, který by bylo možné nazvat "teď".

(...)

Připušťme, že ve vlaku jede basketbalista, který dribluje míčem. Z pohledu pozorovatele ve vlaku létá míč svisle nahoru a dolů mezi podlahou vlaku a rukou hráče. Když ale někdo sleduje dráhu míče z nástupiště, kolem kterého vlak sviští, vidí jeho dráhu jako klikatou linii. Míč nelétá jen nahoru a dolů, ale také do strany spolu s vlakem. Viděno z vnějšku, a to je další důležitý bod, musí míč urazit delší dráhu, než když jej sledujeme uvnitř vlaku.

Nyní si spolu s Einsteinem představme místo basketbalisty a míče zařízení, v němž poskakuje světelný bod nahoru a dolů mezi dvěma zrcátky. Výsledkem je podobný obraz: Pro cestujícího světelko poskakuje svisle nahoru a dolů. Při pohledu z nástupiště opisuje, pokud jede vlak dost rychle, klikatou dráhu. (...) Pozorováno zvnějšku musí světlo urazit delší dráhu, než když se díváme zevnitř. Z toho by mohl pozorovatel na nástupišti usoudit, že ve vlaku je rychlost světla větší. To ovšem Einstein kategoricky vylučuje. Z této situace existuje pouze jediné východisko: Protože světlo potřebuje na překonání delší dráhy víc času, musí se z perspektivy nástupiště hodiny ve vlaku opožďovat. Čas ubíha v pohybujícím se systému vzhledem k systému nacházejícímu se v klidu pomaleji. Tento jev se označuje jako časová dilatace.

Čím rychleji jede vlak, tím protáhlejší se při pohledu zvnějšku zdá být klikatá linie světelného bodu a tím pomaleji jdou hodiny. Při dosažení rychlosti světla přestane světélko úplne poskakovat a hodiny ve vlaku se při pohledu z nástupiště zastaví. To přesně odpovídá příměru se slunečními hodinami, jejichž obraz k nám putuje rýchlostí světla jakoby zmražený. (...)

Symetrie zůstává zachována. Pro jedoucího jdou hodiny stojícího se vzrůstající rychlostí stejnou měrou pomaleji, jak jdou opačně pro čekajícího pomaleji hodiny cestujícího. Tato relativizace představuje Einsteinův průkopnický čin: Určitý časový úsek může podle něj v závislosti na pohybu pozorovatele trvat různě dlouho, a sice ne subjektivně, ale objektivně, tj. změřitelně pomocí hodin.

Newton vycházel z absolutního času, svého druhu jednotných hodin pro celý svět. Domníval se, že čas "ubíhá sám o sobě a skrze svou přirozenost rovnoměrně". (...) Einstein oproti tomu prohlási světlo za vládce nad časem. A také nad prostorem. Se spomalením hodin v pohybujícím se systému se totiž změní také vzdálenosti v prostoru. Čím více se rychlost vlaku blíží rychlosti světla, tím kratší jsou vzdálenosti.

Tento jev zvaný kontrakce délek lze vysvětlit na základě pohybu. Pohyb je definován jako dráha za určitý čas, tj. - vezmeme-li běžnou jednotku - v metrech za sekundu. Pokud trvá v pohybujícím se vlaku vteřina déle, zkracuje se odpovídajícím způsobem metr. Pozorovatel ve vlaku to vidí zase opačně: Metr ve vlaku pro nej zůstane metrem. Registruje ovšem délkovou kontrakci na nástupišti. Krátce před dosažením rychlosti světla se mu metr nástupiště smrští na pouhý centimetr. (...)

Pokud by kolem nás letěla kosmická loď rychlostí odpovídající 90% rýchlosti světla a byla by podle našich měřítek dlouhá pět metrů, pro astronauty uvnitř by měřila metrů šestnáct.

Uvnitř "nehybného tělesa", tedy například vlaku nebo kosmické lodi, vládne - řečeno Einsteinem - "čas klidového systému". (...) Uvnitř v klidu se nacházejícího systemu vládne současnost. Proto můžeme na naší vesmírné lodi zvané Země definovat "světový čas" a synchronizovat všechny hodiny na celé zeměkouli. Jakmile se ale dvě nehybná tělesa vůči sobě pohybují, má každé svůj vlastní čas, své vlastní "teď".
.
Události světového dění leží jako "světobody" na "světočarách", které dohromady utvářejí "svět".


Kvadratura světla: Proč musel Einstein objevit teorii relativity
/Jürgen Neffe: Einstein/