Úvod

Slavná Einsteinova rovnice E = mc2 běžnému laikovi dozajista připomene atomovou energii. Ale, co společného má táto rovnice s variacemi hmotnosti světla? Dříve než odpovíme na položenou otázku, připomeňme si způsob odvození Einsteinovy rovnice, a co tomu předcházelo.

V Newtonovy mechanice se hmotnost m zavádí ve dvou zákonech:

  1. Zákon síly F = ma – velikost zrychlení a tělesa je úměrná velikosti výslednici F sil působících na těleso a nepřímo úměrná hmotnosti tělesa m.Hmotnost m je konstanta nezávislá na rychlosti tělesa, a proto zákon sily lze také psát ve tvaru F = d(mv)/dt = dp/dt, kde p = mv je hybnost tělesa, a v je jeho rychlost.
  2. Zákon gravitace Fg = G(M.m/r2) – dva hmotné body o hmotnosti M a m vzájemně se přitahují silou Fg gravitace, která je úměrná součinu hmotnosti bodů a nepřímo úměrná čtverci jejich vzájemné vzdálenosti r, kde G je gravitační konstanta úměrnosti.
  3. Připomeňme si zde ještě pojem gravitačního potenciálu Wp, který použijeme při výkladu variací hmotnosti světla v gravitačním poli. Síla Fg gravitačního pole kulového tělesa A o hmotnosti M, která působí na těleso B o hmotnosti m při jeho volném pádu, je úměrná kvadrátu převrácené hodnoty r vzdálenosti mezi těžišti tělesa A a B. Síla Fg koná práci Wp úměrnou záporní hodnotě reciproké délky dráhy r:Wp ~ – 1/r, která se souběžně mění v kinetickou energii tělesa B v souladu s principem zachování součtu energií: ΔEk = –ΔWp.

Od dob Newtonových se bádalo, zda hmotnost m v zákoně síly je tatáž fyzikální hmotnost jako v gravitačním zákoně. Přesvědčivě dokázat se to nakonec povedlo L. Eötvösovi pokusy, které prováděl na svých torzních vahách a výsledky publikoval v roce 1890. Hmotnosti v obou zákonech říkejme gravitační hmotnost.

V době, kdy Newtonova mechanika suverénně vládla v přírodní vědě, hmotnost m se dozajista považovala za vlastní látkovým (atomárně hmotným) objektům a nezávislou (invariantní) na jejich pohybu v gravitačním poli. Naproti tomu, energie objektů může vykazovat různé formy (kinetická, gravitační, tepelná, atd.).

Dvě „velké“ teorie, jejíchž počátky lze vysledovat v 19. století, přispěly k zásadním změnám v nazírání na hmotnost m – byla to Faradayova-Maxwellova teorie elektromagnetického pole a Einsteinovy teorie relativity. Obe teorie úzce souvisí se světlem a éterem.

První smrtící rána éteru přišla ze strany Maxwellovy teorie světla, která ukázala, že světlo je vlnění elektromagnetického pole a k vysvětlení podstaty světla není potřeba éteru. Světlo v gravitace prostém vakuu se šíří konstantní rychlostí c0. Z Maxwellových roníc lze navíc odvodit [6, str. 91], že i světlo vykazuje vlastnosti, jako je hmotnost atd., které dříve byly přisuzovány jen látkovým objektům.

Druhá smrtící rána éteru přišla v podobě Michelsonova-Morleyova experimentů (1887), který neprokázal existenci „éterového větru“. Po tisíciletí se věřilo, že éter je látka vyplňující celý vesmír, která je vytvořena z drobných „kuliček“, podobně jako vzduch z molekul. Éter je nehybný a kuličky jsou natolik malinké, že pronikají látkovými objekty tak snadno jako řešetem a běžné objekty nezaznamenají éterový vítr. Nicméně, Michelsonův interferometr je natolik citlivý přístroj, že při pohybu Země kolem Slunce byl by schopen zaznamenat éterový vítr. Jenže experimenty v roce 1887 éterový vítr nezaznamenaly, a to znamenalo konec éteru.

Copyright © 2019 E = mc2.   Nová česká moderní a alternativní encyklopedie Wikina.   Založeno na šabloně Panorama od ThemocracyThemocracy