Science Café > České Budějovice > Pavel Krtouš: Speciální teorie relativity je základem většiny moderních fundamentálních fyzikálních teorií

Pavel Krtouš: Speciální teorie relativity je základem většiny moderních fundamentálních fyzikálních teorií

V těchto dnech si připomínáme 140. výročí narození jednoho z největších vědců všech dob – Alberta Einsteina (14. března 1879). Fyziku, která v té době byla považována za uzavřený systém, jemuž chybí vyřešit jen několik „drobných nejasností“, obrátil vzhůru nohama. Je spojován především s teorií relativity (v roce 1905 Speciální teorie relativity a v roce 1915 Obecná teorie relativity), ale jeho objevy a příspěvky k poznávání světa jsou mnohem bohatší.

Ve snaze vzdát této osobnosti světové vědy úctu pořádáme v rámci březnového Science Café Jindřichův Hradec přednášku na téma Speciální teorie relativity  (STR), kterou přednese prof. Pavel Krtouš z Ústavu teoretické fyziky Matematicko-fyzikální fakulty. Předem se vyjádřil k některým souvislostem STR.

STR je na světě více než sto let. Laikovi se může zdát, že všechny její možné “aplikace” a důsledky jsou prozkoumány (na rozdíl od OTR) a je to uzavřená kapitola. Je tomu tak skutečně?

Do velké míry ano. Speciální teorie relativity je uzavřená teorie a v ní samotné nelze očekávat nějaké nové objevy. Nicméně STR je základ většiny moderních fundamentálních fyzikálních teorií. V podstatě každý objev týkající se fundamentální fyziky, ale i širokých aplikací, v sobě nese otisk STR. STR samotná se sice již nerozvíjí, ale každý rozvoj základních teorií staví na STR.

Co je dnes centrem pozornosti relativistické fyziky (myšleno fyziky spojené právě s STR)?

Jak jsem psal, STR je v úzkém slova smyslu uzavřená kapitola. Je však tak základní, že vše ostatní se bez ní neobejde. Centrem pozornosti tak sice není rozvoj přímo STR, ale například rozvoj standardního modelu částic, který STR využívá jako samozřejmý předpoklad. Stejně tak kosmologie ač používá zobecnění STR – obecnou teorii relativity – tak základem tohoto popisu jsou vztahy, které vycházejí ze STR.

Lze se ještě dnes setkat s odmítáním STR a alternativními teoriemi, tzn. takovými teoriemi, které by měly ambice zevšeobecňovat newtonovskou fyziku, a přitom zpochybňovat Einsteinovy závěry?

Moc ne. STR je tak široce potvrzena experimentem, že ji nikdo seriózně nezpochybňuje. Potvrzení STR přitom neprobíhá pouze realizací experimentů cílených na čistě relativistické jevy, ale hlavně skrze potvrzování teorií, které na STR staví. Jakýkoli pokus ve fyzice vysokých energií je i pokusem potvrzujícím STR. Jakákoli aplikace teorie elektromagnetického pole, tj. teorie popisující mimo jiné světlo, je i potvrzením STR. Dnes je jen velmi obtížné si představit, že by STR nefungovala v některém ze svých zásadních rysů – znamenalo by to zpochybnění příliš mnoha jinak velmi dobře fungujících a ověřených teorií.

Což neznamená, že by neplatnost STR byla zcela mimo hru. Před pár lety vědeckou veřejnost překvapila zpráva týmu z CERNu, že jisté pokusy s neutriny ukazují na jejich nadsvětelné šíření. To by byl jasný konflikt ze základy STR. V daný okamžik jsem byl, podobně jak asi většina fyziků, ochoten vsadit vysokou částku na to, že rozpor není v STR samotné, že se musí jednat o chybu měření či špatnou interpretaci dat. Ale přesto se touto otázkou fyzici vážně zabývali a přemýšleli, jak by se mohla STR pozměnit, aby vysvětlovala avizovaný jev, zároveň však zůstala konzistentní se všemi ověřenými fakty nastřádanými za poslední století.

Nakonec se ukázalo, že problém není v STR, ale že se jednalo o technickou chybu v zapojení přístroje.

Proč se STR stala tak “populární”, co je tím faktorem, který z ní udělal snad nejznámější vědeckou teorii historie?

STR je z velké částí teorií prostoru a času. A každý má pocit, že ví co je prostor a čas. Proto lidi fascinovalo ono nečekané snoubení prostoru a času zabudované do STR. STR navíc zobecňuje naši běžnou zkušenost poměrně konzervativním způsobem. Používá pojmy, se kterými máme od mala rozsáhlou zkušenost, přestože vztahy mezi těmito pojmy se mírně mění.

Pojmový aparát STR je velmi blízký aparátu newtonovské fyziky a každý se tak (právem) cítí expertem. To např. u kvantové mechaniky již není tak docela pravda.

Popularita STR též souvisí s osobním příběhem Einsteina. Jedná se ukázkový příklad geniálního vědce, který navzdory nepřízni okolností udělal fundamentální objev. To splňuje “hollywoodskou” představu o tom, jak by věda měla vypadat.

V neposlední řadě leží příčina popularity STR též v povaze předpovědí, které STR dává. STR proslavily příklady ukazující vysoce netriviální předpovědi v relativně jednoduchých situacích. Např. známý paradox dvojčat předpovídá různé stárnutí pro vůči sobě se pohybující pozorovatele. A koho by nelákalo se díky tomuto jevu podívat do “vlastní budoucnosti”?

Březnové Science Café Jindřichův Hradec na téma „Nárůst rezistence bakterií jako důsledek nadužívaní antibiotik“ se bude konat 20. března 2019 od  18:00 v Muzeu Jindřichohradecka ve Štítného ul.

Jaká je kauzalita našeho světa?

Lze předběhnout světlo?

Co znamená “současně”?

Existuje jeden společný čas či každý máme vlastní?

Jsou reálné cesty ke vzdáleným hvězdám?

Na tyto a další otázky se pokusí odpovědět náš host prof. RNDr. Pavel Krtouš, Ph.D., Ústav teoretické fyziky Matematicko fyzikální fakulty.

 

Další informace najdete na Facebooku: https://www.facebook.com/events/2090870444329673/

SC České Budějovice

Jsme na sociálních sítích