EKVIVALENCE GRAVITACE A ZRYCHLENÍ

Obecná TR (OTR) je celá vystavěna na principu ekvivalence, který (jinými slovy) říká, že gravitaci a setrvačné děje od sebe nelze odlišit. V tomto ohledu Einstein demonstroval celou situaci na myšlenkovém experimentu dvou scénářů „ve výtahu“:

• V prvním scénáři výtah „stojí v klidu“ v gravitačním poli Země. Posádka výtahu cítí svoji tíži a upuštěný předmět padá volným pádem na podlahu. Scénář známe z každodenního života.

• V druhém scénáři se výtah pohybuje pomocí tryskových motorů v hlubokém vesmíru rovnoměrně zrychleným pohybem se zrychlením 10 m/s² (gravitační zrychlení Země). Posádka výtahu i v tomto scénáři cítí svoji tíži a upuštěný předmět opět padá volným pádem na podlahu. Gravitační síla je zde nahrazena setrvačnou silou (tou, co vás tlačí do zad při akceleraci v autě).

Einstein formuloval svůj princip ekvivalence jako základní myšlenku OTR s tím, že ve skutečnosti neexistují setrvačné síly ani gravitační síly – v obou případech je podstatou něco zcela jiného – zakřivení časoprostoru.

Přestože musíme uznat Einsteinovo myšlení za velmi podnětné – vše začalo Einsteinovou myšlenkou „Když bude někdo padat volným pádem, nebude pociťovat svou vlastní váhu.“ – finální postulát OTR korektní není!

Navzdory téměř dokonalé analogii zrychleného pohybu s gravitačním působením – v reálném světě je poměrně snadné určit, zda jde o stojící výtah v gravitačním poli, či o rovnoměrně zrychlující výtah „v prázdném vesmíru“:

Pomineme-li možnost, že posádka „výtahu“ vyhlédne z okna či zmapuje své okolí optickými a radiovými teleskopy – i v modulu bez oken a bez „externí techniky“ lze určit, o jaký pohybový stav se jedná!

Protože „olovnice“ vždy míří do středu gravitace – dvě olovnice nikdy nejsou v gravitačním poli dokonale rovnoběžné. Ve zrychlujícím výtahu (mimo gravitační pole) však olovnice budou rovnoběžné vždy!

K jinému důkazu použijeme dvě stejně dlouhé olovnice jako kyvadlové hodiny – jedny postavíme na podlahu a druhé pověsíme ke stropu. Obojí budeme pozorovat z pozice uprostřed mezi oběma kyvadly:

V gravitačním poli totiž bude kmit kyvadla pomalejší u stropu výtahu nežli u podlahy. Příčinou je fakt, že ve vyšší gravitační hladině je vždy nižší gravitační potenciál – respektive gravitační zrychlení u podlahy je vždy nižší nežli u stropu. Ve zrychlujícím výtahu (mimo gravitační pole) však bude rychlost kyvadla konstantní a obě kyvadla budou synchronizovaná!

TR by (pravděpodobně) napadla tento argument s odkazem na rozdílnou rychlost času v gravitačním poli – bude diskutováno dále.

Nic to však nezmění na faktu, že tímto principem lze rozlišit oba rozdílné pohybové stavy – princip ekvivalence tedy neplatí!

Podobným způsobem je možné zavrhnout i druhý argument OTR, dle něhož nelze rozlišit stav beztíže – zda jde o absenci jakékoliv gravitace, anebo o pád v gravitačním poli:

Zatemníme-li kosmonautům na oběžné dráze Země okna – opět údajně nelze rozhodnout, zda posádka obíhá v beztížném stavu Zemi, či zda se pohybuje rovnoměrným přímočarým pohybem temným vesmírem mimo dosah jakýchkoliv gravitačních polí.

Opravdu nelze?

Ve stavu beztíže samozřejmě nelze použít olovnici … setrvačník nicméně použít lze:

Setrvačník nám prozradí, zda a jak rotuje kabina, respektive nám (analogicky kompasu) prozradí „vesmírné strany“, tedy orientaci kabiny ve vesmíru (viz Foucaultovo kyvadlo). Setrvačníky (nejlépe 3 na sebe kolmé) budou zachovávat osu své rotace vůči okolnímu vesmíru, respektive stálicím na obloze – (v případě jakékoliv rotace kabiny) na palubě modulu se to projeví zdánlivým stáčením osy rotace setrvačníku.

Následně nám poslouží „slapové síly“! Při jakémkoliv „volném pádu“ v gravitačním poli budou na palubě vesmírného modulu vždy přítomny slapové síly, respektive mikrogravitace – prokáží nejen přítomnost gravitačního pole, ale i jeho směr (předměty umístěné v prostoru se budou postupem času přesouvat na protilehlé strany) – technologicky není problém tyto síly měřit!

Fundamentální myšlenka OTR, že gravitační a setrvačné síly jsou nerozlišitelné, neboť v obou případech je jejich skutečnou podstatou zakřivení časoprostoru, je sice zajímavá a půvabná – nicméně je nepravdivá!