1

Franc Rozman

Svetloba med postulatom in

znanostjo

2

Povzetek

Hitrost svetlobe je osnovna fizikalna konstanta. Podaja

hitrost, s katero le-ta zapusti vir svetlobe v praznem

prostoru. Fizikalna veda temelji na postulatu (domnevi) o

vedno enaki hitrosti svetlobe v vakuumu v vseh okoliščinah.

Postulat pravi, da konstanta c v vakuumu določa tudi vedno

enako vpadno hitrosti svetlobe na ponoru.

Hitrost svetlobe na ponoru v različnih okoliščinah še ni bila

izmerjena. Niso bile še izkoriščene možnosti, ki jih ponuja

ločeno merjenje frekvence in valovne dolžine svetlobe. Obe

meritvi skupaj omogočata meritev hitrosti svetlobe na

ponoru po načelih znanstvene stroke.

Ločeni meritvi frekvence in valovne dolžine svetlobe

tehnološko nista zahtevni. Meritvi kažeta, kako gibanje vira

svetlobe, magnetno polje ali gravitacija vplivajo na hitrost

svetlobe na ponoru.

3

Uvod

O naravi zares vemo le toliko, kolikor nam o njej povedo meritve. Ob

raziskovanju katerega koli pojava moramo izmeriti vse, kar se izmeriti

da, in narediti merljivo, česar še ne znamo meriti. S tako popotnico se

lotevam raziskovanja svetlobe.

Pojave v splošnem na začetku zgolj opazimo, ne znamo pa jih meriti

in znanstveno opisati. Naša vedoželjnost nas motivira k prehitevanju,

da jih opišemo vsaj na površnem nivoju, kolikor smo jih na začetku

sposobni razumeti. Začasno jih opišemo s postulati. Sčasoma

najdemo možnosti in načine merjenja in takrat se nam odprejo nova

obzorja pri razumevanju pojava. Znamo ga znanstveno opisati.

Znanost se že stoletja trudi z meritvami svetlobe. Mnoge meritve so

fiziki uspešno opravili. Še vedno pa hitrost svetlobe temelji na postulatu

o njeni hitrosti, ne pa na meritvah njene hitrosti v različnih okoliščinah,

to je meritvah, ki bi temeljile na znanstveni metodi merjenja.

V knjižici je podana metoda merjenja hitrosti svetlobe. Podani so tudi

delni rezultati teh meritev.

V bodoče opravljene meritve bodo omogočile opustitev postulatov, to

je ugibanja o hitrosti svetlobe. Hitrost svetlobe bo opisana na

znanstveni osnovi, ki temelji na rezultatih meritev.

4

1

Nove možnosti merjenja hitrosti svetlobe.

Z obale opazujem hitrost približevanja vodnega vala. Pri

svetlobi tako opazovanje ni možno. Svetlobni val je na poti

neviden.

Vodnemu valu izmerim razdaljo med dvema valovoma, to je

njegovo valovno dolžino. Izmerim lahko tudi, kako pogosto

vodni val zadene ob obalo. S tem mu izmerim frekvenco

vpadanja na obalo.

Hitrost vodnega vala je valovna dolžina pomnožena s

frekvenco.

Tudi svetlobi na ponoru lahko ločeno izmerim frekvenco in

valovno dolžino, s tem pa njeno hitrost. Hitrost svetlobe na

ponoru lahko merimo, ne glede na to, da svetlobno valovanje

zaznavamo le na ponoru, ne pa na njegovi poti.

5

Poznamo mnoge metode in načine merjenja hitrosti svetlobe. S

poznanimi metodami merjenja pa niso izkoriščene vse možnosti

merjenja. Hitrost svetlobe se namreč da neposredno meriti z ločenim

merjenjem frekvence in od frekvence neodvisnim merjenjem valovne

dolžine svetlobe. V strokovni literaturi ni zapisov o tovrstnih meritvah

hitrosti svetlobe.

Hitrost svetlobe izmerimo z meritvijo njene

frekvence in valovne dolžine.

Slika 1

Zasnova tehnološko nezahtevnega in delujočega merilnika za ločeni

merjenji frekvence in valovne dolžine svetlobe je osrednji poudarek te

knjižice in je prikazan na Sliki 7.

Za nekatere meritve hitrosti svetlobe po tej metodi so podani rezultati

že znanih meritev. V drugih primerih je podna merilna metoda in

vzpodbuda, da fizika z merilnikoma; to je merilnikom frekvence in

merilnikom valovne dolžine svetlobe, preveri domnevne hitrosti gibanja

6

svetlobe v različnih okoliščinah, predvsem v tistih okoliščinah, kjer

hitrost svetlobe še ni bila neposredno izmerjena.

Rezultati meritev kažejo, da gravitacija vpliva na valovno dolžino

svetlobe, ne vpliva pa na frekvenco svetlobe. Tudi v primeru

gibajočega vira svetlobe rezultati meritev kažejo, da proti opazovalcu

gibajoči vir svetlobe vpliva na frekvenco svetlobe, ne pa na njeno

valovno dolžino.

Ta spoznanja, čeprav so nekatera že, druga pa še bodo dokončno

potrjena z neposrednimi meritvami, so v nasprotju s pogledi aktualne

fizike. Z novimi še neopravljenimi meritvami hitrosti svetlobe se

odpirajo nova fizikalna obzorja.

Opisi meritev so podani poenostavljeno brez odvečnih podrobnosti. S

tem naj bi bil opis gibanja svetlobe, kolikor je mogoče enostaven in

razumljiv širokemu krogu bralcev.

Prihaja obdobje neposrednih meritev hitrosti

svetlobe na temeljih stroke. Te meritve bodo

omogočile opustitev še vedno veljavnega

postulata (domneve) o vedno enaki hitrosti

svetlobe v vakuumu.

7

2

Valovna dolžina svetlobe, ki prihaja s kometa, ni

odvisna od hitrosti kometa.

Meritve valovne dolžine svetlobe, ki prihaja s kometa,

kažejo, da hitrost kometa ne vpliva na njeno valovno

dolžino. Takšen rezultat meritve je presenetljiv in ga avtorji

meritve niso bili pripravljeni ponotranjiti.

Osredotočili so se na vprašanje, kako pojasniti nepričakovan

rezultat meritve na tak način, da se ohranja postulat o vedno

enaki hitrosti svetlobe. Domenili so se, da ozračje svetlobi s

kometa spremeni valovno dolžino tako, kot da komet miruje.

Ozračje vpliva na valovno dolžino fotonov, vendar le redkih

posameznih fotonov. Takih fotonov je malo in še ti se v

ozračju razpršijo v vse smeri. Premočrtno pot od kometa

proti merilniku na Zemlji ima le svetloba, pri kateri ozračje

ne vpliva na njeno valovno dolžino.

Pozornost namenim meritvi svetlobe s kometa Hale-BOPP1. Meritev je

bila opravljena leta1997.

1 6300 Large Aperture Photometry of Comet Hale-BOPP

8

Valovna dolžina svetlobe, ki prihaja s kometa, ni

odvisna od hitrosti kometa.

Slika 2

Atom pri določeni valovni dolžini oddaja več svetlobe, kot pri drugih

valovnih dolžinah. Svetlost atoma pri opaženi valovni dolžini izstopa.

To izrazitejšo osvetlitev imenujemo spektralna črta. Diagram na Sliki 3

prikazuje spektralno črto kisika v svetlobi, ki na Zemljo prispe s kometa.

Na vodoravni osi Slike 3 je prikazana valovna dolžina svetlobe, na

navpični osi pa svetlost. Izstopa izrazit desni vrh svetlosti (Airglow)

spektralne črte. Vrh svetlosti na levi strani je manj izrazit.

9

Glavnini svetlobe se valovna dolžina ne spreminja s

hitrostjo kometa.

Slika 3

Desni vrh svetlosti se pojavlja pri vedno enaki valovni dolžini neodvisno

od hitrosti kometa. Spektralna črta se zaradi hitrosti kometa ne zamika

proti večjim ali manjšim valovnim dolžinam, kot bi to pričakovali glede

na Dopplerjev zakon.

Tudi v nadaljevanju opisane druge meritve kažejo, da hitrost vira

svetlobe ne vpliva na valovno dolžino spektralne črte, ko jo merimo na

ponoru.

Avtorji meritve svetlobe s kometa se s takim sklepom ne strinjajo. Iskali

so razlog, zakaj izmerjen zamik spektralne črte ne sledi Dopplerjevemu

zakonu. Zapisali so, da je pri vseh hitrostih kometa vedno enaka

valovna dolžina desnega svetlobnega vrha posledica sija iz zraka

(Airglow). Menijo, da svetloba s kometa v atmosferi zadeva v molekule

10

zraka. Le te jo vsrkajo in jo takoj zatem izsevajo v naključni smeri.

Molekule zraka imajo neznatne hitrosti. Izsevana svetloba iz molekul v

zraku posledično ne ustvarja zamika valovne dolžine spektralne črte.

Namesto vsrkanja in takojšnjega izsevanja svetlobe od delcev v zraku,

si to dogajanje zamislim na matiranem steku. Zamislim si, da komet

opazujem iz sobe skozi okno. Stekla oknu naj bodo matirana. Ob

odprtem oknu vidim ostro sliko kometa in zvezd na nebu. Če pa okno

zaprem, skozi matirano steklo ne opažam kometa in zvezd. Opažam

le medlo svetlobo razporejeno po vsem steklu. Svetloba se na

matiranem steklu razprši na vse strani in zabriše sliko kometa.

Tudi svetloba pri siju iz zraka (Airglow) se razprši na vse strani podobno

kot na matiranem steklu. Ostro sliko kometa nam kaže le svetloba, ki

prihaja neposredno s kometa.

Kako močno svetlobo ustvarja sij iz zraka, lahko ponazorim številčno.

Predpostavim, da komet oddaja belo svetlobo svetlosti 1013 fotonov na

sekundo na cm2. V merilniku opazujemo le ozek pas valovnih dolžin,

po oceni eno tisočinko vseh valovnih dolžin svetlobnega spektra. V tem

pasu valovnih dolžin svetlobe na teleskop prispe 1010 fotonov na

sekundo na cm2.

Predpostavim, da z zrakom reagira vsak deset tisoči foton iz celotnega

spektra 1013 fotonov. Z zrakom torej reagira in ustvarja sij iz zraka 109

fotonov na sekundo na cm2. Ti fotoni se razpršijo po vsem prostoru na

vse strani. Znotraj zaznavnega kota teleskopa v okviru nekaj deset

prostorskih kotnih sekund, iz nabora 109 fotonov, na merilnik prispe le

en foton.

11

V svetlosti 1010 fotonov bele svetlobe, ki prispe neposredno s kometa,

in ki v teleskopu ustvarja sliko kometa, je le en foton, ki pripada siju iz

zraka (Airglow).

Ne glede na večjo ali manjšo točnost izhodišč je sij iz zraka zanemarljiv

glede na svetlobo, ki do teleskopa prihaja neposredno s kometa.

Sij iz zraka lahko merimo tudi ločeno tako, da se izognemo svetlobi, ki

prihaja neposredno s kometa. Teleskop usmerimo v zelo temno

področje neba, kjer ni kometa ali zvezd. Sij iz zraka je enako svetel po

vsem nebu. Na temnem delu neba je sij iz zraka neznaten.

Prepoznamo ga lahko le, če uporabimo res zelo občutljiv merilnik. Še

v tem primeru je sij iz zraka zaznaven le, če meritev izvajamo z dolgim

osvetlitvenim časom.

Svetloba, ki jo kaže diagram na Sliki 3, torej prihaja neposredno s

kometa. To pa pomeni, da valovna dolžina spektralne črte svetlobe, ki

jo oddaja komet, ni odvisna od hitrosti kometa.

Drugače je, ko ločeno merimo frekvenco svetlobnega valovanja s

kometa. V naslednjih poglavjih opisane meritve kažejo, da hitrost

kometa vpliva na frekvenco svetlobe po Dopplerjevem zakonu.

c = f.λ.

Hitrost svetlobe je produkt frekvence (f) in valovne dolžine (λ) svetlobe.

S hitrostjo kometa spreminjajoča frekvenca svetlobe ob nespremenjeni

valovni dolžini svetlobe, pa to pomeni različne hitrost svetlobe.

V šoli smo zvedeli, da hitrost kometa ne vpliva na hitrost svetlobe. Tako

razumevanje svetlobe pa je lahko ovira pri nadaljnjem raziskovanju

svetlobe.

12

Ovire pri raziskovanju fizikalnih pojavov po težavnosti lahko razvrstimo

v več stopenj.

Odkritja lahko zahtevajo natančna mejenja. Te ovire v fiziki ni težko

prebroditi.

Težje je, kadar rešitve iščemo v več smereh, kjer vnaprej niti ne

moremo oceniti, kakšen bo rezultat raziskave, in ali obetaven rezultat

sploh lahko pričakujemo.

Največja ovira pri novih odkritjih pa je naša navezanost na obstoječa

prepričanja. Če so v nas zasidrana zmotna prepričanja, so majhne

možnosti za odpravo teh zmot. V vsaki situaciji bomo našli razlago za

potrditev naših lastnih prepričanj. Tak primer je absorpcija in izsevanje

svetlobe s strani molekul zraka (Airglow), čeprav taka razlaga ne vzdrži

logične presoje.

Ko se čolnom peljem po vodi proti valovom,

hitrost čolna vpliva na frekvenco udarjanja

valov v čoln, ne pa na dolžino valov. Meritev

pokaže, da se enako dogaja v primeru

svetlobe. Hitrost ponora svetlobe glede na

njen izvor vpliva na frekvenco svetlobe, ne

pa na njeno valovno dolžino.

13

3

Uklonska mrežica omogoča merjenje hitrosti

svetlobe

V fiziki so spregledali še en fenomen, ki je povezan z

merjenjem hitrosti svetlobe. Kadar svetloba vpade na gosto

mrežico, na primer na tkanino, ki prepušča velik del

svetlobe, se ji ob prehodu skoznjo spremeni valovna dolžina.

Valovna dolžina svetlobe se ji spremeni v primeru, kadar

svetloba na mrežico prihaja iz gibajočega vira svetlobe, na

primer s kometa.

Frekvenca svetlobe se ob prehodu skozi mrežico ne spremni.

Ker se svetlobi ob prehodu skozi mrežico spremeni le

valovna dolžina, ne spremeni pa se ji frekvenca, se ob

prehodu svetlobe skozi mrežico spremeni hitrost svetlobe.

Rezultat meritve, ki kaže spremembo valovne dolžine ob

prehodu svetlobe skozi mrežico, je v nasprotju s postulatom

o vedno enaki hitrosti svetlobe v vakuumu.

Meritev spremembe valovne dolžine na mrežici prinaša velik

doprinos k poznavanju svetlobe. Iz sprememb valovne

14

dolžine na mrežici lahko enoumno prepoznamo frekvenčni

zamik svetlobe, ki je posledica gibanja vira svetlobe.

Rezultati meritve valovne dolžine spektralne črte svetlobe, ki prispe s

kometa, v splošnem pokažejo dva vrhova svetlosti.

Svetlost enega in drugega vrha svetlobe je odvisna

od zgradbe merilnika.

Slika 4

Eden od rezultatov meritev je prikazan in opisan na Sliki 3. Še bolj

izrazito pa vrhova svetlosti izstopata v drugi podobni meritvi in ju

prikazuje Slika 4. Vrhova sta med seboj levo in desno zamenjana. Ena

meritev kaže Zemlji približujoč komet, druga meritev pa od Zemlje

oddaljujoč komet.

Levi vrh svetlosti na Sliki 4 kaže valovno dolžino. Le-ta se zaradi

gibanja kometa ne spreminja. Desni vrh pa ustreza zamiku valovne

15

dolžine svetlobe, ki je po Dopplerju skladen s hitrostjo opazovanega

objekta.

WHAM merilnik valovne dolžine svetlobe, ki so ga uporabili pri meritvi

svetlobe s kometa Hale-BOPP, so usmerili proti glavi kometa.

Teleskop mora imeti možnost preverjanja, kam je teleskop usmerjen.

V ta namen so na prehodu s teleskopa na merilnik valovne dolžine

namestili mrežico. Mrežica zadrži del svetlobe in jo preusmeri proti

tistemu, ki usmerja teleskop. Na tej mrežici merilec opazuje sliko

kometa, to je sliko, ki jo teleskop skozi mrežico pošilja na merilnik

valovne dolžine.

Ključni element pri ločenem merjenju frekvence in

valovne dolžine svetlobe je uklonska mrežica.

Slika 5

Nameščena mrežica pa nima le funkcije pomoči pri usmerjanju

teleskopa. Nehote opravlja tudi funkcijo uklonske mrežice, čeprav v

meritvah to ni bil njen osnovni namen.

Če med teleskopom in merilnikom valovne dolžine ni uklonske

mrežice, nastane le levi vrh svetlosti na Sliki 4 in valovna dolžina tega

vrha svetlosti je vedno enaka, ne glede na hitrost komata, kar je

pojasnjeno v prejšnjem poglavju.

Ko pa med teleskop in merilnik valovne dolžine svetlobe vstavimo

uklonsko mrežico, pa se na merilniku pojavi še desni vrh svetlosti,

16

katerega valovne dolžina je odvisna od hitrosti kometa. Uklonska

mrežica delu svetlobe spremeni valovno dolžino.

Uklonska mrežica ima lahko različno gostoto rež. Oblika in propustnost

uklonske mrežice določa razmerje med višino enega in drugega vrha

svetlosti na diagramu, ki ga prikazuje Slika 4.

Svetlobni elektromagnetni (EM) val je prostorsko zaokrožen energijski

vozel. Električno in magnetno polje svetlobnega vala imata določene

prostorske razsežnosti, imata določen volumen. Ravno tako ima vsaka

reža v uklonski mrežici neko širino reže. Pozornost namenimo takim

režam, kjer je širina reže podobna velikosti svetlobnega vala.

Uklonska mrežica vhodno hitrost svetlobe prilagodi

na njeno svetlobno hitrost.

Slika 6

Notranje električne in magnetne sile električnega in magnetnega polja

EM valu na poti ohranjajo optimalno obliko. Kadar pa svetloba potuje

skozi režo primerne velikosti, svetlobni val reže ne preide neovirano.

Svetlobni val zadene ob njen rob, ta pa mu popači obliko. Po prehodu

svetlobe skozi režo, notranje sile električnega in magnetnega polja

svetlobni val ponovno uredijo v optimalno obliko EM polja, kot mu jo

določajo Maxwellovi zakoni.

17

Svetloba uklonsko mrežico vsakič zapusti s svetlobno hitrostjo, ne

glede na to, s kakšno hitrostjo svetloba vpade na uklonsko mrežico.

Podobno svetloba tudi vir svetlobe vsakič zapusti s svetlobno hitrostjo

glede na vir svetlobe.

Pojav zamika valovne dolžine desnega vrha svetlosti na Sliki 4 daje

možnost merjenja, kakšna je vpadna hitrost svetlobe na uklonsko

mrežico ter tudi merjenja vpadne frekvence svetlobe, kar je podrobneje

pojasnjeno v naslednjem poglavju.

Uklonska mrežico svetlobo spremeni v

vrtinčenje. Informacija o valovni dolžini

svetlobi se zgubi, ohranja pa se njena

frekvenca. Za mrežico se valovanje obnovi.

Pojavi se valovna dolžina, ki jo določa

frekvenca svetlobe. V nastali valovni dolžini

svetlobe merimo frekvenco svetlobe.

18

4

Ločeno merjenje frekvence in valovne dolžine

svetlobe.

Ločeno merjenje frekvence in od te meritve neodvisno

merjenje valovne dolžine svetlobe, nima tehnoloških

omejitev. Kljub temu tovrstne meritve v fiziki niso poznane.

Bolje opremljeni astronomski observatoriji so opremljeni z

merilnikom za ločeno merjenje frekvence in ločeno merjenje

valovne dolžine svetlobe, s tem pa za merjenje hitrosti

svetlobe na ponoru v različnih okoliščinah.

Ločeni merjenji frekvence in valovne dolžine svetlobe, vsake meritve

za sebe, sta v fiziki dokaj neznani. Med fiziki obstajajo celo dvomi, ali

je merilnik za neodvisno merjenje frekvence svetlobe, tehnološko

sploh izvedljiv.

Shema na Sliki 7 prikazuje merilnik valovne dolžine in merilnik

frekvence svetlobe, vsake meritve za sebe.

19

Merilnik za ločeni merjenji frekvence in valovne

dolžine svetlobe.

Slika 7

Žarek, ki z leve strani prispe na vhod v merilnik, ločimo v žarek A in

žarek B. Žarek A, pred polpropustnim ogledalom potuje skozi uklonsko

mrežico, kot to kaže Slika 7. Drugi del žarka, ki je označen z B, potuje

neposredno do polprepustnega ogledala mimo uklonske mrežice.

Merilnik valovne dolžine svetlobe

Meritev valovne dolžine svetlobe je v fiziki poznana. Omogoča jo

Fabry–Pérot-ov interferometer. Meritev prikazuje žarek B na Sliki 7.

Fabry–Pérot-ov interferometer je sestavljen iz dveh polpropustnih

ogledal.

Žarek B na Sliki 7 potuje skozi prvo polpropustno ogledalo. Na drugem

ogledalu se del žarka odbije, del pa nadaljuje pot. Odbiti žarek se še

20

enkrat odbije od prvega ogledala, se vrne do drugega ogledala in ga

preide.

Oba žarka na Sliki 7, označena s črko B, ki preideta drugo ogledalo,

se za drugim ogledalom združita in ustvarita interferenco. Interferenco

ustvarita, kadar je razdalja med ogledaloma mnogokratnik valovne

dolžine žarka. Interferenca se izraža v obliki svetlobnega vrha.

Izmerjena valovna dolžina svetlobe ni odvisna od frekvence svetlobe.

Merilnik frekvence svetlobe

Frekvenco svetlobe merimo na osnovi žarka A, prikazanega na Sliki 7.

Polpropustni ogledali žarku A merita valovno dolžino na enak način,

kot žarku B. Razlika je v tem, da uklonska mrežica pred vstopom žarka

na polpropustno ogledalo, le-temu spremeni valovno dolžino, kot je

pojasnjeno v prejšnjem poglavju.

Žarek A na polpropustno ogledalo Fabry–Pérot-ovega interferometra

vpade z drugo valovno dolžino, kot žarek B. Posledično žarka A in B

ustvarita vsak svoj vrh svetlosti, vsak pri svoji valovni dolžini, kot to

prikazuje Slika 8.

21

Rezultat meritve je valovna dolžina svetlobe (Λ vrh

svetlosti) in frekvence (vrh svetlosti F)

Slika 8

Levi vrh svetlosti Λ kaže valovno dolžino svetlobe, ki vpadle na

merilnik. Izmeri jo opisani Fabry–Pérot-ov interferometer.

Desni vrh svetlosti označen z F, se pojavi pri valovni dolžini λf. Valovna

dolžina vrha svetlosti F je zamaknjena za toliko, kolikor uklonska

mrežica žarku A spremeni valovno dolžino.

Med uklonsko mrežico in polpropustnim ogledalom na Sliki 7, je hitrost

svetlobe vedno enaka konstanti c. Po drugi strani se na uklonski

mrežici frekvenca svetlobe ne spreminja. Posledično je frekvenca

merjene vpadle svetlobe na merilnik pred in tudi za uklonsko mrežico

enaka:

f = λf/c.

22

Meritev omogoča avtonomno merjenje frekvence svetlobe, neodvisno

od valovne dolžine vpadle svetlobe. Ravno tako omogoča neodvisno

merjenje valovne dolžine svetlobe, neodvisno od frekvence svetlobe.

Ob primerjanju diagrama na Sliki 8 z diagramom na Sliki 4, opazimo

podobnost diagramov. Ko so merili svetlobo s kometa, jim je mrežica,

ki so jo vstavili za namen usmerjanja teleskopa, po naključju ustvarila

merilnik frekvence svetlobe, kot je prikazan na Sliki 7, le da tega niso

prepoznali.

Tehnološko nezahteven merilnik frekvence

in valovne dolžine pomeni prehod iz ugibanj

o hitrosti svetlobe v različnih okoliščinah, v

mejenje le-te, kar bo svetlobo uvrstilo med

znanstvene discipline.

23

5

Meritev frekvence in valovne dolžine svetlobe, ki

prihaja s Sonca.

Merjenje frekvence in valovne dolžine svetlobe na široko

odpira nove možnosti spoznavanja svetlobe. Na ta način

lahko raziščemo tudi svetlobo s Sonca.

Svetleči delci na Soncu različno vplivajo na hitrost svetlobe,

ki jo oddajajo, odvisno od smeri, kam se gibljejo. Delci, ki se

gibljejo proti Zemlji, povzročajo frekvenčni zamik svetlobe

skladno z Dopplerjevim zakonom. Hitrost teh delcev pa ne

vpliva na valovno dolžino svetlobe.

Delci, ki se gibljejo v prečni smeri, ne povzročajo

frekvenčnega zamika svetlobe, povzročajo pa neznatno

spremembo valovne dolžine. Le-ta je za več razredov

manjša, kot jo določa Dopplerjev zakon.

Ena takih meritev je bila opravljena na satelitu SOHO. Satelit SOHO

sta ESA in NASA utirili v Zemljino orbito za opazovanje Sonca. Vsebuje

24

več instrumentov, med drugim tudi Fabry-Pérotov interferometer

(LASCO C1) za merjenje valovne dolžine svetlobe.

S to meritvijo se izognemo vplivu sija iz zraka (Airglow-u). Valovno

dolžino sončne svetlobe merimo v zemljini orbiti, s tem pa svetloba ne

potuje skozi zrak. Vso pot potuje v vakuumu.

Na površini Sonca so nenehne turbulence, kjer se plazma sončeve

korone giblje s hitrostjo nekaj deset km/s. Opažamo tudi izbruhe

plazme, katerih hitrost doseže več kot tisoč km/s.

Kljub velikim hitrostim plazme, merilnik LASCO C1 na SOHO satelitu,

zazna za več razredov manjše zamike spektralne črte v obliki raztrosa

vrha svetlosti Λ, kot bi jih pričakovali na osnovi Dopplerjevega zakona.

Vrha svetlosti kot celota, ki ga pokaže LASCO C1, ne spreminja valovne

dolžine zaradi hitrosti plazme. Turbulence plazme na Soncu le razširijo

vrh svetlosti spektralne črte. Razširijo ga, kot rečeno, za nekaj

razredov manj, kot bi pričakovali glede na Dopplerjev zakon. Avtorji

meritve so v poročilu posledično zapisali, da so izmerili zelo umirjeno

sončevo korono.

Izvor neznatne razširitve vrha svetlosti Λ je pojasnjen v naslednjem

poglavju. V tem poglavju si oglejmo še nekaj drugih značilnosti

omenjene meritve.

Na Soncu niso merili svetlih spektralnih črt, ampak temne spektralne

črte. Poznamo namreč svetle in temne spektralne črte.

Svetle spektralne črte se pojavijo v primeru, ko atom pri določeni

valovni dolžini seva več svetlobe, kot na ostalem področju valovnih

dolžin. V tem primeru pride do vrhov svetlosti F in Λ, kot ju kaže Slika

8. Temne spektralne črte pa se pojavijo tam, kjer atom v ozkem pasu

25

valovnih dolžin ne seva svetlobe. V beli svetlobi manjka ena od barv

svetlobe.

Temna spektralna črta namesto že opisanih svetlobnih vrhov ustvarja

svetlobni zatemnitvi F in Λ, kot to kaže Slika 11. Zatemnitev temne

spektralne črte v laboratorijskih razmerah zavzema ozek pas valovnih

dolžin, le približno 10-14 m.

Svetlobni zatemnitvi spektralnih črt.

Slika 11

V merilnem rezultatu svetlobe s Sonca opažamo razliki v obliki

zatemnitve Λ in F. Hitrost plazme ima neznaten vpliv na širino

zatemnitve Λ, obenem pa ima hitrost plazme za nekaj razredov večji

vpliv na širino zatemnitve F.

Spektralna črta svetlobe s Sonca je posledično jasno prepoznavna v

zatemnitvi Λ. Drugače je z zatemnitvijo F.

26

Širina zatemnitve F je za več razredov bolj odvisna od hitrosti sončeve

korone, kot širina zatemnitve Λ. Pestre hitrosti molekul valovno dolžino

svetlobe v zatemnitvi F zamikajo po spektru valovnih dolžin na

področju, ki presega tisoč širin spektralne črte. Vsaka molekula

sončeve korone ustvarja zatemnitev F pri drugi valovni dolžini. Valovne

dolžine, ki je ne osvetljuje ena molekula, jo hkrati osvetljuje tisoče

drugih molekul sončeve korone. Zatemnitev F, ki omogoča merjenje

frekvence svetlobe, postane svetla pri vseh valovnih dolžinah in s tem

nezaznavna.

Do neprepoznavnosti razširjena zatemnitev F pa posledično oteži

merjenja. Frekvence spektralne črte in s tem hitrosti molekul v sončevi

koroni je možno meriti le v primeru, kadar teleskop usmerimo v

posamezni izbruh sončeve korone, kjer vse molekule potujejo s

podobnimi hitrostmi. V tem primeru se vsaj delno ohranja

prepoznavnost zatemnitve F.

Opažamo torej od hitrosti plazme dokaj stabilno in neodvisno

zatemnitev Λ in od hitrosti plazme zelo odvisno in raztreseno

zatemnitev F po širokem področju valovnih dolžin.

Drugače bi bilo, če bi bila hitrost svetlobe vedno enaka, ne glede na

hitrost vira svetlobe. V tem primeru bi se zaradi različnih hitrosti atomov

na Soncu skladno z Dopplerjevim zakonom izdatno spreminjala tako

frekvenca kot tudi valovna dolžina spektralne črte. Obe zatemnitvi F in

Λ bi bili enako raztreseni do neprepoznavnosti po širokem področju

valovnih dolžin.

Od hitrosti vira svetlobe neodvisna valovna dolžina zatemnitve Λ in od

hitrosti vira odvisna zatemnitev F, pa dokazuje, da hitrost vira svetlobe

drugače vpliva na frekvenco svetlobe, kot na njeno valovno dolžino.

Med seboj neodvisno spreminjanje parametrov: frekvence in valovne

27

dolžine svetlobe, pa pomeni različne hitrost svetlobe, ki prihaja s

Sonca.

Zmotno razumevanje meritev spektralnih črt je torej zavedalo fizike pri

merjenju hitrosti sončeve korone. V meritvi so prepoznali zatemnitev

Λ, ki skorajda ni spreminjala valovne dolžine v odvisnosti od hitrosti

sončeve korone. Na osnovi takih rezultatov meritev so sklepali bodisi,

da se sončeva korona giblje zelo počasi, da je zelo umirjena, ali celo,

da je mirujoča. Nekateri so celo sklepali, da njihov instrument ne

deluje.

Razlog njihovih napačnih sklepov pa je bil seveda v nerazumevanju

meritve, ki so jo opravljali.

Objavljenih je več meritev, ki zmotno razlagajo rezultate meritev

valovne dolžine in iz nje napačno sklepajo o hitrosti vira svetlobe. Naj

omenim le nekaj izstopajočih:

• Meritev sončeve korone s satelita SOHO

• Eva Robbrecht: New techniques for the characterization of

Dynamical Phenomena in Solar Coronal Images, februar 2007.

• Delone, Makarova, Yakunina: ''Evidence for Moving Features in the

Corona from Emission Line Profiles Observed During Eclipses'',

Moskva, 1987.

• Raju, Singh, Muralishanker: ''Fabry-Parot Interfereometric

Observation of the Solar Corona in the Green line'', Indijski inštitut za

astrofiziko, Indija, 1997.

• Delone, Divlekeev, Smirova, Yakunina: ''Interferometric

Investigations of the Solar Corona During Solar Eclipses and

Problems for Future'', Inštitut za astronomijo Sternberg, Moskva,

1998.

28

Eno od odkritij na osnovi meritev hitrosti

svetlobe je ta, da v svetlobi, ki prihaja s

Sonca, ne bi zaznali nobene spektralne črte,

če bi bila vedno enaka hitrost svetlobe v vseh

okoliščinah.

29

6

Prečno gibanje vira svetlobe vpliva na valovno

dolžino svetlobe.

V mislih si osvežim primer, ko se kolesar vozi proti svetilu.

Postulat o vedno enaki hitrosti svetlobe določa, da hitrost

svetlobe, ki vpada nanj, ni odvisna od hitrosti kolesarja.

Predhodno opisane meritve kažejo drugače. Kažejo, da je

hitrost svetlobe glede na kolesarja vsota hitrosti svetlobe,

kot jo določa konstanta c in hitrosti kolesarja.

V tem poglavju je opisana meritev, ko svetloba vpada

navpično na mirujočega kolesarja. V primeru gibanja

kolesarja svetloba nanj pada pod kotom, podobno kot dežne

kaplje nanj padajo pod kotom, kadar se le-ta giblje.

Svetlobo lahko razumemo le, če jo merimo. Odločati se

moramo torej med postulati o hitrosti svetlobe ali rezultati

meritev hitrosti svetlobe.

V prejšnjem poglavju je omenjen vpliv hitrosti sončeve korone na

valovno dolžino svetlobe, kot so ga izmerili na satelitu SOHO. Vpliv

hitrosti sončeve korone neznatno razširi zatemnitev spektralne črte Λ

na Sliki 11.

30

Kako in zakaj se pojavi razširitev zatemnitve spektralne črte Λ, je

pojasnjeno na ilustraciji na Sliki 12. Slika kaže v desno gibajočo se

škatlo, ki ima dve luknjici, eno zgoraj, drugo spodaj. Škatlo skozi

luknjici preleti foton, ki ga opazujeta dva opazovalca: mirujoči zunanji

opazovalec O1 ter opazovalec O2 , ki se nahaja v škatli in se giblje

skupaj s škatlo.

Opazovalca na sliki zaznata različni valovni

dolžini žarka.

Slika 12

Ista škatla je narisana trikrat. Na levi skici je narisan pogled mirujočega

opazovalca O1 na foton v trenutku, ko le-ta potuje skozi gornjo luknjico

gibajoče se škatle.

Srednja skica opazovalcu O1 prikazuje dogajanje čez nekaj časa, to je

v trenutku, ko se spodnja luknjica premakne toliko v desno, da je foton

v fazi premikanja skoznjo. Opazovalec O1 prepozna navpičen let

fotona.

Desna skica prikazuje v škatli gibajočega se opazovalca. Opazovalec

v škatli ne zaznava gibanja škatle. Miruje v njej.

31

Tudi opazovalec O2, ki se nahaja v škatli, prepozna prehod fotona med

luknjicama. Ker sta luknjici zamaknjeni, ne zaznava navpičnega

prehoda fotona skozi škatlo, kot mirujoči opazovalec, ampak poševni

prehod fotona med luknjicama. Drugačno izhodišče opazovanja

opazovalcu v škatli prikaže drugačno smer gibanja fotona.

Opazovalca fotona ne vidita, zanju je neviden. Vesta pa, da le-ta potuje

skozi obe luknji. V nasprotnem primeru, če bi foton zgrešil spodnjo

luknjo, bi razsvetlil notranjost škatle. Podobno bi osvetlil vrh škatle, če

bi zgrešil gornjo luknjo.

Oba opazovalca zaznata enako višino škatle. Na višino škatle v nujnih

zaznavah hitrost škatle ne vpliva. Opazovalec v škatli ne zaznava

gibanja škatle, škatla zanj miruje, zato teorija relativnosti ne vpliva na

njegovo zaznavanje višine škatle. Za zunanjega opazovalca hitrost

škatle po teoriji relativnosti vpliva na dolžino škatle, ne pa na njeno

višino.

Ravna oziroma poševna pot žarka pomenita različni dolžini žarkov

skozi škatlo. V enako visoki škatli za oba opazovalca namreč mirujoči

opazovalec vidi navpično pot žarka, opazovalec v škatli pa poševno

pot žarka.

V škatli se v vsakem trenutku nahaja neko določeno število svetlobnih

valov, ki ni odvisno od opazovalca.

Daljša pot svetlobnega vala za opazovalca O2, ob enakem številu EM

valov, pa pomeni, da opazovalec O2 izmeri daljšo valovno dolžino

svetlobe, kot zunanji opazovalec. Enako število valov se razporedi na

večji razdalji.

Ta hipotetičen primer ni opisan zato, da bi neposredno z njim karkoli

dokazovali. Primer ilustrira in olajša razumevanje rezultatov meritve,

32

zakaj pri meritvi valovne dolžine svetlobe s Sonca opažamo zmerno

podaljšanje valovne dolžine.

Valovna dolžina svetlobe za opazovalca v škatli se

poveča na vektorsko vsoto svetlobne hitrosti in

hitrosti škatle.

Slika 13

Rezultati meritve presenečajo. Vendar matematika ne dopušča enake

valovne dolžine pri enakem številu valov na različnih razdaljah. Hitrost,

ki jo zaznava gibajoči opazovalce je vektorska vsota svetlobne hitrosti,

kot jo določa konstanta c in hitrosti opazovalca.

Nekaj podobnega se dogaja pri opazovanju svetlobe s Sonca. Tudi

mnogi delci na Soncu, ki oddajajo svetlobo, se gibljejo prečno glede na

Zemljo. Na opisan način prečne hitrosti delcev v sončevi koroni vplivajo

na valovno dolžino na Zemljo prispele svetlobe. Te spremembe

valovne dolžine so merili na satelitu SOHO. Na Sliki 12 opisan pojav

pojasnjuje razširitev zatemnitve Λ na Sliki 11.

33

Hitrosti tistih delcev sončeve krone, ki potujejo proti Zemlji, ne vplivajo

na valovno dolžino na Zemljo prispele svetlobe. Znatno pa vplivajo na

frekvenčni zamik spektralne črte. Prečne hitrosti delcev pa ne vplivajo

na frekvenčni zamik spektralne črte, vplivajo pa na valovno dolžino

svetlobe.

Izračun pokaže, da se pri hitrosti delcev v sončevi koroni 30 km/s v

smeri Zemlje po Dopplerju frekvenca svetlobe spremeni približno za

faktor 10-4. Valovna dolžina se pri podobnih prečnih hitrostih delcev v

sončevi koroni spremeni približno za faktor 5.10-9.

Valovna dolžina svetlobe se spremni neznatno v primerjavi z njeno

frekvenco, kadar govorimo o primerljivih hitrostih delcev.

Na Sliki 12 opisan pojav daje odgovor, zakaj so s satelita SOHO

izmerili zelo umirjeno sončevo korono. V razširitvi zatemnitve Λ so

zaznali le prečne hitrosti delcev.

Ker so te spremembe valovne dolžine zmotno ocenjevali na osnovi

Dopplerjevega zakona, so ocenili, da je sončeva korona za več

razredov bolj umirjena, kot je v resnici.

V strokovni literaturi so objavljene zmote

(umirjena sončeva korona ipd). Nastale so v

času, ko meritve hitrosti svetlobe na ponoru

še niso bile znane. S pojavom meritev bodo

ta vprašanja hitro in enoumno pojasnjena.

34

7

Gravitacija vpliva na hitrost svetlobe.

Meritve hitrosti svetlobe, ki prihaja z masivnega nebesnega

telesa, so izvedljive. Ločena meritev frekvence od meritve

valovne dolžine pokaže, da gravitacija vpliva na valovno

dolžino svetlobe, ne pa na njeno frekvenco, kot je pojasnjeno

v tem poglavju.

Kateri koli svetlobi, tudi svetlobi, ki na Zemljo prispe iz gravitacijskega

polja masivnega telesa, lahko ločeno merimo tako frekvenco kot

valovno dolžino.

Gravitacija svetlobi na poti s Sonca podaljšuje

valovno dolžino, ohranja pa se njena frekvenca.

Slika 14

V literaturi ni zapisov o meritvah hitrosti svetlobe, ki prihaja iz

gravitacijskega polja masivnega telesa. Fizika je celo v skušnjavi, da

bi svetlobi, ki prihaja iz gravitacijskega polja, brez meritev njene

hitrosti, določila vedno enako hitrost.

35

O rezultatih meritev hitrosti svetlobe iz gravitacijskega polja, ko bodo

le te opravljene, lahko sklepamo že danes na osnovi podobnih meritev.

Vpliv gravitacije na valovno dolžino radijskih valov (po pričakovanjih

tudi na svetlobo), razkrijejo meritve EM vala in teka ure na satelitu

globalnega sistema pozicioniranja GPS. GPS sprejemnike imamo v

mobilnih telefonih za določanje lokacije.

Primerjam radijski signal z GPS oddajnika, ki se nahaja na Zemlji, z

radijskim signalom GPS oddajnika na satelitu, ki kroži okrog Zemlje.

Primerjam njuni valovni dolžini. Merim ju na Zemlji.

Rezultat meritve pokaže različni valovni dolžini iz enega in drugega

oddajnika. Gravitacija spreminja valovno dolžino radijskega vala (ali

svetlobe) na poti, kot to kaže Slika 14.

Na osnovi meritve lahko sklepam, da se svetlobi, ki potuje z Zemlje

proti Luni na poti proti manjši gravitaciji povečuje valovna dolžina

skladno s Sliko 14. Ko se svetloba na Luni na ogledalu odbije nazaj

proti Zemlji, pa se ji na povratku valovna dolžina skrajšuje.

Vpliv gravitacije na frekvenco merimo ločeno na način, kot to kaže

Slika 7. Frekvence ne smemo povezovati z valovno dolžino.

Preliminarno oceno vpliva gravitacije na frekvenco si lahko ustvarim na

osnovi sklepanja. Zamislim si, da z Zemlje pošljem svetlobni val do

ogledala, ki se nahaja na Luni. Tam se svetloba odbije in vrne na

Zemljo. Na Zemljo se vrne enaka frekvenca signala, kot jo odpošljem.

Merjeno z mojo uro tu na Zemlji, je frekvenca svetlobnega vala na Luni

enaka kot na Zemlji. Na Luno v času meritve po moji uri ne more

prispeti več ali manj svetlobnih valov, kot je bilo odposlanih, na Luni

odbitih in prispelih nazaj na Zemljo.

36

Enaki frekvenci svetlobnega signala, čeprav le po uri na Zemlji,

pomenita enaki frekvenci svetlobe v različnih gravitacijskih poljih.

Ob enaki frekvenci svetlobe do Lune in nazaj se spreminja valovna

dolžina svetlobe na tej poti. To pa pomeni spreminjanje hitrosti

svetlobnega vala na poti skozi gravitacijsko polje.

Meritev vpliva gravitacije na hitrost GPS signala in logično sklepanje je

zgolj vmesni korak in groba ocena vpliva gravitacije na svetlobo.

Končni rezultat bo dala meritev vpliva gravitacije na hitrost svetlobe,

na osnovi metode, ki jo prikazuje Slika 7.

Meritve hitrosti svetlobe v gravitacijskem

polju kažejo, da se svetlobi, ki prihaja z zelo

masivnega nebesnega telesa, na poti do

nas, hitrost lahko poveča na večkratnik

svetlobne hitrosti, kot jo določa konstanta c.

37

8

Frekvenca svetlobe na ponoru ni odvisna od njene

valovne dolžine.

Svetloba glede na okoliščine frekvenco spreminja neodvisno

od sprememb njene valovne dolžine. Svetlobi izmerimo rdeči

frekvenčni zamik v primeru hitrosti nebesnega telesa. Rdeči

zamik valovne dolžine pa izmerimo v primeru poti svetlobe

v gravitacijskem polju.

Če ne ločujemo sprememb frekvence svetlobe od sprememb

njene valovne dolžine, ne moremo oceniti, ali opazujemo

mirujoče masivno nebesno telo ali hitro gibajoče nebesno

telo.

Nedosledno merjenje svetlobe lahko vodi do usodnih zmot.

Zmotno lahko menimo, da se vesolje širi. Morda se v resnici

ne širi. Dojemanje širjenja vesolja je lahko posledica

zmotnega razumevanja rdečega zamika spektralne črte v

smislu, da se le ta nanaša na frekvenco in ne na valovno

dolžino svetlobe.

38

Enoumen opis gibanja svetlobe zahteva ločeno pojmovanje njene

frekvence in valovne dolžine tako na izvoru kot na ponoru.

Frekvenco in valovno dolžino svetlobe na izvoru pa označim z f0 in λ0.

Svetloba izvor zapusti vedno s svetlobno hitrostjo, ki jo določa

konstanta c. Parametra f0 in λ0 imata torej vsakič vrednosti, ki ustrezajo

c = f0 . λ0, kar prikazuje črtkana črta na Sliki 9.

Valovna dolžina λ in frekvenca f označujeta lastnosti svetlobe na

ponoru. Na ponoru se valovna dolžina svetlobe spremeni neodvisno

od njene frekvence. Glede na različne okoliščine se f in λ nahajata

nekje znotraj narisanega oblačka na Sliki 9. Svetlobi se na poti

frekvenca spremeni iz f0 v f in valovna dolžina iz λ0 v λ.

Frekvenčni zamik f in spremembo valovne dolžine λ

spektralne črte glede na frekvenco f0 in valovno

dolžino λ0 spektralne črte na izvoru.

Slika 9

39

Zamik frekvence kot zamik valovne dolžine svetlobe na ponoru merimo

ločeno. Valovna dolžina svetlobnega vrha Λ na Sliki 8 prikazuje zamik

valovne dolžine spektralne črte λ na ponoru glede na valovno dolžino

svetlobe na izvoru λ0. Valovna dolžina svetlobnega vrha F pa posredno

določa frekvenčni zamik spektralne črte.

Spremembe frekvence in valovne dolžine si za lažjo predstavo

ilustriram na primeru meritve. Meritev2 spektralne črte svetlobe s

Sonca kaže rdeči gravitacijski zamik v približni vrednosti 630 m/s.

Bolj kot sama številčna vrednost gravitacijskega zamika je zanimiva

merska enota m/s za merjenje gravitacijskega zamika. Za merjenje

gravitacijskega zamika spektralne črte se uporablja ista merska enota

kot za merjenje tistega rdečega zamika svetlobe, ki je posledica

gibanja opazovanega nebesnega telesa.

Rdeči zamik spektralne črte je torej lahko posledica mase nebesnega

telesa ali hitrosti nebesnega telesa.

Če poznamo le en parameter svetlobe, frekvenco ali valovno dolžino

spektralne črte, ne moremo razbrati, ali je rdeči zamik posledica

gibanja nebesnega telesa ali gravitacije.

Odgovor na to vprašanje torej lahko dasta le ločeni merjenji frekvence

in valovne dolžine svetlobe. Frekvenčni zamik nam daje informacijo o

2 L.A.Higs The solar redshift

http://adsabs.harvard.edu/full/1960MNRAS.121..421H

40

hitrosti nebesnega telesa, zamik valovne dolžine spektralne črte pa

informacijo o masi nebesnega telesa.

Velik rdeči zamik spektralne črte v splošnem ne pomeni nujno velike

hitrosti nebesnega telesa. Lahko pomeni mirujoče masivno telo, kadar

se rdeči zamik nanaša na valovno dolžino svetlobe.

V opisih aktualne fizike praviloma pogrešamo, na kaj se nanaša

izmerjen rdeči zamik spektralne črte, na frekvenco ali valovno dolžino.

Valovna dolžina izraža maso, frekvenca pa hitrost

opazovanega telesa.

Slika 12

Če ne ločujemo merjenja frekvenčnega zamika od zamika valovne

dolžine, tako merjenje lahko pripelje do usodnih zmot. Zmotno lahko

menimo, da se vesolje širi.

41

Morda se vesolje ne širi. Dojemanje širjenja

vesolja je lahko posledica v preteklosti

nezmožnosti merjenja hitrosti svetlobe.

Vesolje za svoj ustroj mogoče niti ne rabi

temne snovi. Mogoče je naša ideja o temni

snovi posledica ne merjenja hitrosti svetlobe.

42

9

Michelson – Morleyeva meritev hitrosti svetlobe

Ljudje posameznim meritvam dajemo različen pomen in

različno težo. Nekaterim meritvam, na primer ločenemu

merjenju frekvence in valovne dolžine ne dajemo pomena,

ker ruši ustaljen pogled na hitrost svetlobe.

V nasprotju pa dajemo velik pomen na primer meritvi

Michelsona in Morleya, čeprav ta meritev meri zgolj hitrost

svetlobe med mirujočim virom in mirujočim ponorom

svetlobe, kar je bilo v zgodovini meritev že večkrat

izmerjeno. Rezultat njune meritve je bil pričakovan.

Hitrosti svetlobe je enoumno izmerjena med mirujočim virom svetlobe

ter mirujočim ponorom. V takih razmerah svetloba potuje s hitrostjo, ki

jo določa konstanta c. Nestrinjanja in vprašanja se pojavijo pri meritvah

hitrost svetlobe med gibajočim virom in gibajočim ponorom svetlobe.

Pred več kot sto leti sta fizika Michelson in Morley merila, ali v praznem

prostoru obstaja neka neznana snov - eter, ki bi lahko vplivala na

hitrost svetlobe. Izdelala sta merilnik in izmerila, da eter ne obstaja.

Njun merilnik je izdelan in v obliki interferometra.

Michelson in Morley sta merila hitrost svetlobe med mirujočim virom in

mirujočim ponorom svetlobe. Svetloba v merilniku potuje v izbrani

43

smeri, na primer od zahoda (Z) proti vzhodu (V), kar kaže leva stran

na Sliki 16. Kasneje sta svoj instrument obrnila za 90 stopinj in meritev

ponovila v tej smeri, kar kaže desna stran na Sliki 16.

Michelsonov interferometer meri hitrost svetlobe

med mirujočim virom in mirujočim ponorom. Meritev

se izvaja v različnih smereh.

Slika 14

V obeh primerih sta izmerila enako hitrost svetlobe. Ugotovila sta, da

v praznem prostoru ni etra, ki bi vplival na hitrost svetlobe.

V času pred Michelsonom so fiziki hitrost svetlobe merili na način, da

so svetlobo usmerili do oddaljena ogledala, kjer se je odbila in se vrnila

k izvoru. Merili so čas poti svetlobe do ogledala in nazaj in s tem hitrost

svetlobe na tej poti. Niso pa znali izmeriti, ali je svetloba enako hitra v

smeri do ogledala kot tudi nazaj. Michelson in Morley sta izmerila, da

je hitrost svetlobe enaka v obeh smereh. Svetloba med mirujočim

virom in mirujočim ponorom ima vedno enako hitrost, ne glede na smer

žarka.

44

Nič pa njuna meritev ne govori o hitrostih svetlobe med gibajočim virom

in gibajočim ponorom svetlobe.

Meritev Michelsona in Morleya so nekateri fiziki razumeli, ne vem na

kakšni osnovi tako, da hitrost vira svetlobe ne vpliva na hitrost svetlobe.

V Wikipediji celo najdemo zapis, da je njun eksperiment prispeval pri

uveljavljanju ideje o nespremenljivi hitrosti svetlobe. Ideja o v vseh

razmerah enaki hitrosti svetlobe v vakuumu je privlačna. Skupaj s

teorijo relativnosti je hitro obšla svet.

Fiziki so glede pojmovanja njune meritve razdvojeni. Eni se zavedajo,

da meritev ne ponuja odgovora na vprašanje o hitrosti svetlobe med

gibajočim izvorom in ponorom, drugi pa meritev izpostavljajo kot

izmerjeno hitrost svetlobe tudi med gibajočim virom in ponorom

svetlobe, čeprav v njuni meritvi ni niti gibajočega vira svetlobe, niti

gibajočega ponora svetlobe. Rezultati Michelsonove in Morley-eve

meritve v ničemer ne odražajo, kako gibanje vira ali ponora svetlobe

vpliva na hitrost svetlobe na ponoru.

Trenja med zagovorniki enega in drugega pogleda na hitrost svetlobe

so torej neizbežna. Vse od objave teorije relativnosti, se med fiziki vsaj

občasno pojavljajo intelektualni spopadi na temo hitrosti svetlobe in

teorije relativnosti. Pestre razprave in nestrinjanja so se preselile tudi

na svetovni splet. Opažamo ostre polemike na temo hitrosti svetlobe

(in teorije relativnosti). Nobena druga veda na spletu ni tako pod

udarom medsebojnih nasprotovanj.

45

V znanosti so meritve nepogrešljive. Ker

stroka ni poznala širše uporabnih meritev za

merjenje hitrosti svetlobe, se je oklepala

posameznih delnih meritev in jim pripisovala

pomen, ga niso imele.

46

10

Hitrost medija (vode) vpliva na hitrost svetlobe.

Čim bolj nazorno si predstavljamo rezultate meritev, toliko

bolj se lahko poglabljamo v razumevanje pojava.

Fizeau je meril vpliv hitrosti gibajoče vode na hitrost

svetlobe v gibajoči vodi. Rezultate njegove meritve lahko

preslikamo na hitrost svetlobe v gibajočem zraku.

Omenjeno meritev lahko razumemo v smislu, da veter vsaj

delno preusmerja svetlobo v smeri pihanja vetra.

V primeru vetra ne gre za velike odklone svetlobe v smeri

vetra. Bolj pomembno je samo spoznanje, da take odklone

napovedujejo opravljene meritve.

Hippolyte Fizeau je leta 1851 skozi stekleno cev s tekočo vodo usmeril

dva žarka. Gornji žarek na Sliki 17 se giblje v nasprotni smeri tekoče

vode, spodnji žarek pa v smeri tekoče vode.

47

Tekoča voda vpliva na hitrost svetlobe v njej.

Slika 17

Izmeril je, da hitrost tekoče vode v stekleni cevi vpliva na hitrost

svetlobe. Meritev je opisana v članku Fizeaujev eksperiment.

Ugotovil je, da na hitrost svetlobe vplivata tako lomni količnik n kot

hitrost gibanja medija v; v tem primeru hitrost vode. Hitrost svetlobe v

gibajočem mediju je zapisal v enačbi.

Bolj kot številčna vrednost, s katero hitrost vode vpliva na hitrost

svetlobe, je zanimivo že samo dejstvo, da se v enačbi sploh pojavi

parameter hitrosti vode v.

Hitrost vodnega toka v je odvisna od hitrosti opazovalca. Če se

opazovalec giblje s tokom vode, tok vode ob njem miruje. Hitrost vode

v ima glede na opazovalca lahko zelo pestre hitrosti, odvisno od

sistema opazovanja oziroma hitrosti gibanja opazovalca.

48

Ker se parameter hitrosti vode v pojavi tudi v enačbi za hitrost svetlobe,

je od hitrosti opazovalca odvisna tudi hitrost svetlobe v vodnem toku.

Tako pojmovanje gibanja svetlobe pa je v nasprotju z zapisi aktualne

fizike, kjer piše, da hitrost svetlobe ni odvisna od sistema opazovanja,

to je od hitrosti opazovalca, tudi v mediju ne.

Kadar ljudje naletimo na nasprotujoče se poglede, se združujemo z

namenom kolektivnega zagovarjanja naših pogledov.

Ljudje se tudi sicer tako ali drugače združujemo. Skupine so lahko

formalne ali neformalne. Skupina ima običajno neko idejo oziroma

zgodbo in vodjo. Taka združevanje ljudi na idejni ravni je tudi

združevanje okrog zgodbe o hitrosti svetlobe in teorije relativnosti.

Ljudje se v skupino vključujemo tako, da sprejemamo ideje in mnenje

skupine. Skupina nas sprejme, če skupina opaža, da smo njihovi

somišljeniki. Za potrjevanje skupnih idej nas celo nagrajuje.

Zagovorniki postulata o vedno enaki hitrosti svetlobe prispevajo

argumente za ohranjanje teh pogledov. S takim pristopom po eni strani

krepijo trdnost skupine, po drugi strani pa utrjujejo svoje mesto v njej.

Rezultati meritev hitrosti svetlobe kažejo, da

je hitrost svetlobe praviloma sovisna od

sistema opazovanja. Drugače je bilo, ko je

znanost temeljila na postulatu o vedno enaki

hitrosti svetlobe. Takrat so skušali postulat

uveljavljati tudi v okoliščinah, ki so mu očitno

nasprotovale.

49

11

Hitrost svetlobe je odvisna od sistema opazovanja.

Hitrost med virom in ponorom svetlobe praviloma vpliva na

frekvenco svetlobe, ne pa na njeno valovno dolžino. Takšni

so pač rezultati meritev.

Takšni rezultati meritev nedvoumno kažejo, da je hitrost

svetlobe odvisna od hitrosti ponora glede na izvor. Hitrost

svetlobe je torej odvisna od sistema opazovanja.

Od sistema opazovanja neodvisno hitrost svetlobe lahko

branimo na primer tako, da namesto Evklidove geometrije

ustvarimo novo matematično obliko opisovanja prostora,

na primer 'prostor Minkowskega'.

Matematika dopušča mnoge, v naravi tudi neobstoječe

oblike opisovanja prostora. Vendar pa poskusi opisovanja

nečesa, kar je v nasprotju z realnostjo v naravi, praviloma

niso uspešni.

50

V predhodnih poglavjih je opisano, da je hitrost svetlobe odvisna od

sistema opazovanja, čeprav tako spoznanje ni skladno z aktualno

fiziko.

Prvi primer je prikazan na Sliki 12 in opisuje, kako opazovalca v

različnih sistemih opazovanja zaznavata različni hitrosti opazovanega

žarka. Drug primer je prikazan na Sliki 17. Tudi v tem poglavju je

opisan miselni poskus, ki utemeljuje, da je hitrost svetlobe odvisna od

sistema opazovanja.

Na Sliki 18 sta prikazani dve kotvi. Na gornji kotvi sta opazovalca A in

B, na spodnji kotvi pa opazovalca C in D. Kotvi se gibljeta druga ob

drugi, levo in desno, kot kažeta puščici.

Gornja skica na Sliki 18 prikazuje trenutek oziroma dogodek, ko sta

poravnana opazovalca A in C. Opazovalca A in C sočasno s svojo

poravnavo opazita, da do njiju prispe svetlobni žarek. Spodnja skica

prikazuje naslednji dogodek čez nekaj časa, ko sta poravnana

opazovalca B in D. Tudi opazovalca B in D opazita, da hkrati s svojo

poravnavo do njiju prispe ta isti svetlobni žarek.

51

Prikaz dogodkov, ko svetloba doseže točki A in C ter

drugega dogodka, ko svetloba doseže točki B in D.

Slika 18

Opazovalca A in B si izbereta svoj sistem opazovanja, v katerem

mirujeta. Ravno tako opazovalca C in D izbereta njima lasten sistem

opazovanja, v katerem mirujeta. Opazovalci su ustvarijo torej dva

sistema opazovanja.

Vsak od opazovalcev miruje v svojem sistemu opazovanja, zato

opazovalci občutijo enak lastni čas, ki teče skladno z definicijo trajanja

sekunde za mirujočega opazovalca. Sekunda traja 9.192.631.770

nihajev, ki jih odda atom cezija133. Lastni čas, ki ga občuti mirujoč

opazovalec poudarim tako, da ga imenujem s pojmom 'lastni čas v

mirovanju'.

52

Vsi opazovalci zaznavajo torej enak 'lastni čas v mirovanju'. Enak lastni

čas v mirovanju zaznavamo tudi ljudje na Zemlji. Ljudje si na Zemlji

zamislimo sistem opazovanja v katerem mirujemo, čeprav imamo

glede na kroženje Zemlje okrog svoje osi in okrog Sonca pestre hitrosti.

Kadar pa opazovalec iz ene kotve opazuje uro na drugi kotvi, zaradi

medsebojne hitrosti zazna relativni čas. Enako ljudje zaznamo relativni

čas na hitro gibajočih telesih v vesolju.

Miselni poskus izvajamo tako, da vsak od opazovalcev ves čas

opazuje le svojo uro. Noben opazovalec v času te meritve ne opazuje

časa pri opazovalcu na nasprotni kotvi.

Opazovalca A in B na svojih urah torej zaznata enako hiter tek časa,

kot opazovalca C in D na svojih urah. Za vse opazovalce od enega do

drugega dogodka poteče enako časa, glede na to, da čas merijo na

svojih urah. Čas, ki ga opazovalci zaznajo med dogodkoma, označim

s ts.

Pot žarka na gornji kotvi pa ni enaka poti žarka na spodnji kotvi.

Opazovalca A in B izmerita, da v času ts žarek prepotuje razdaljo a,

opazovalca C in D pa izmerita, da žarek v enakem času prepotuje

razdaljo b.

Vsak od opazovalcev opazuje dolžino svoje kotve, na kateri miruje.

Izmerjene razdalje zato niso podvržene relativnosti in pripadajočim

spremembam dolžine. Dolžina kotve je obenem tudi dolžina poti žarka.

Glede na gornjo kotvo je hitrost svetlobe izražena z enačbo a/ts, glede

na spodnjo kotvo pa z enačbo b/ts, kjer sta a in b dolžini kotev.

Posledično opazovalca A in B zaznavata drugačno hitrost svetlobe, kot

opazovalca C in D.

53

V fiziki se pogosto poudarja, da ima svetloba enako hitrost ne glede na

sistem opazovanja. Če neko trditev slišimo večkrat in v različnih

okoliščinah, tako trditev sprejmemo in ponotranjimo kot stvarno

dejstvo. Ne potrebujemo več dokazov za tako trditev, čeprav je lahko

tudi zmotna, kot nam kaže gornji primer.

Torej, hitrost svetlobe je odvisna od sistema opazovanja ne glede na

to, da nasprotna trditev v fiziki predstavlja enega od temeljev fizike.

To je primer čustveno obarvane hipotetične

zgodbe na temo postulata o hitrosti svetlobe

iz časa pred-znanstvene obravnave hitrosti

svetlobe. Te zgodbe splahnijo, saj jih

enoumno pojasnijo izmerjeni rezultati hitrosti

svetlobe, ki kažejo, da je hitrost svetlobe

odvisna od hitrosti opazovalca.

54

12

Vpliv radialnega pospeška na hitrost svetlobe v

optičnem vlaknu.

Želja po utrjevanju postulata o vedno enaki hitrosti svetlobe

lahko preide meje razumnega. Ko so fiziki opazili, da

radialni pospešek vpliva na hitrost svetlobe v optičnem

vlaknu, so v tem pojavu iskali utemeljitev postulata o vedno

enaki hitrosti svetlobe.

Pri tem so bili le delno uspešni, saj so njihovi argumenti

dokaj neprepričljivi. Zadovoljujejo predvsem tiste, ki ne

potrebujejo trdnih dokazov.

Utemeljevanje v vakuumu v vseh razmerah enake hitrosti svetlobe je

stalnica v fiziki. Ko fizika naleti na nov pojav, v njem išče potrditev

aktualnega in ustaljenega pogleda na hitrost svetlobe.

Ni nujno, da se nov pojav nanaša ravno na hitrost svetlobe v vakuumu.

Iskanje in potrjevanje vedno enake hitrosti svetlobe najdemo tudi,

kadar se svetloba giblje v mediju, na primer v steklu. V tem primeru

govorimo o vedno enaki hitrosti svetlobe, le da je le-ta zmanjšana za

lomni količnik snovi.

55

Naj opišem tak primer. Optično vlakno je steklena nitka, ki v naše

domove prinaša TV signal. Sestavljeno je iz steklenega jedra in

steklene obloge, kot kaže Slika 19.

S krivljenjem optičnega vlakna ali z vrtenjem koluta, kamor je navito

optično vlakno, ustvarjamo radialni pospešek na svetlobo, ki potuje po

njem. Radialni pospešek na svetlobo se dogaja podobno, kot se

dogaja na avtomobil, ki vozi v ovinku ali na otroka, ki se vrti na vrtiljaku.

Radialni pospešek svetlobne valove izriva iz sredine

proti oblogi optičnega vlakna.

Slika 19

Radialni pospešek, ki deluje na svetlobo, odriva svetlobne valove iz

sredine optičnega vlakna proti oblogi optičnega vlakna. Svetlobni val

tako ne potuje le po jedru optičnega vlakna, ampak se izmakne proti

oblogi optičnega vlakna, kot to kaže Slika 19.

Svetlobni EM val je nedeljiva tvorba določenih volumskih razsežnosti.

Del istega svetlobnega vala tako potuje po jedru, del pa po oblogi.

Kolikor večji je radialni pospešek, toliko večji del svetlobnega EM vala

se giblje po oblogi.

56

Lomni količnik obloge je manjši od lomnega količnika jedra optičnega

vlakna, to pa svetlobnemu valu poveča hitrost. Izmerjena hitrost

svetlobe v optičnem vlaknu se povečuje sorazmerno z radialnim

pospeškom na svetlobo.

Vpliv radialnega pospeška na hitrost svetlobe zaznavamo tako v

primeru, kadar radialni pospešek ustvarjamo s krivljenjem optičnega

vlakna, kot tudi takrat, kadar vrtimo na kolut navito optično vlakno. Na

kolut navito optično vlakno je opisano v Sagnac-ovem interferometru.

Fizika zavrača misel, da bi radialni pospešek v Sagnac-ovem

interferometru vplival na hitrost svetlobe.

Fiziki so dalj časa iskali tako razlago Sagnac-ovega interferometra, kjer

radialni pospešek ne bi vplival na hitrost svetlobe v optičnem vlaknu.

Končno so se odločili za razlago, v kateri pojasnjujejo, da se

sprejemnik svetlobnega vala oddaljuje od oddajnika v času, ko je žarek

na poti med njima. S tem se poveča dolžina poti žarka. Daljša pot žarka

pa naj bi bil razlog za izmerjeno spremembo časa preleta žarka med

oddajnikom in sprejemnikom svetlobnega vala.

Okoliščine ne podpirajo gornje razlage. Kadar se opazovalec nahaja

na vrtečem se kolutu optičnega vlakna, na primer v sredini koluta

optičnega vlakna, sprejemnik in oddajnik mirujeta glede na

opazovalca. V tem primeru se dolžina poti žarku ne spreminja, še

vedno pa zaznamo spreminjanje hitrosti svetlobe v vlaknu v odvisnosti

od radialnega pospeška na svetlobo.

Tudi v primeru ko optično vlakno preprosto skrivimo, ko ni nobenega

vrtenja optičnega vlakna na kolutu, sprejemnik in oddajnik mirujeta.

Meritev tudi v tem primeru pokaže, da je hitrost svetlobe ob krivljenju

vlakna na enak način odvisna od radialnega pospeška na svetlobo v

57

vlaknu, kot v primeru vrtenja koluta optičnega vlakna. Ni pomembno,

ali radialni pospešek na svetlobo ustvarjamo z vrtenjem koluta

optičnega vlakna ali s krivljenjem optičnega vlakna, v obeh primerih je

rezultat meritve enak.

Meritev vpliva krivine optičnega vlakna in s tem radialnega pospeška

na hitrost svetlobe, je opisana v članku Hitrost svetlobe v krivini

optičnega vlakna3.

Dokler se zadovoljimo z okrnjenim razumevanjem vesolja, s takim

razumevanjem hitrosti svetlobe ni nič narobe. Ko pa bo dozorelo

spoznanje, da brez objektivnih meritev hitrosti svetlobe in brez

objektivnega poznavanja hitrosti svetlobe, ne bomo razvozlali

skrivnosti vesolja, ne bodo potrebni posebni napori za bolj stvaren

pogled na svetlobo.

Želja po odkrivanju stvarnega vesolja bo kar sama od sebe ustvarila

pogoje za objektivne meritve hitrost svetlobe v različnih okoliščinah.

Nove meritve bodo fiziko iz 'zgodnje faze' pojmovanja in razumevanja

lastnosti svetlobe, prestavila med stvarno in 'zrelo' poznavanje

svetlobe.

Svetloba v mnogih okoliščinah spreminja

svojo hitrost. Še posebno živahno jo

spreminja v optičnem vlaknu, kadar optično

vlakno krivimo in s tem v njem na svetlobo

ustvarjamo radialni pospešek

3 http://www.frozman.si/pdf/MRP.pdf

58

13

Potrjevanje vedno enake hitrost svetlobe z neposrednimi meritvami

Znanost si prizadeva za neposredne meritve, ki bi pokazale

v vseh razmerah enako hitrost svetlobe. Na ta način bi se

znanost osvobodila posrednih dokazov v obliki GPS

sistemov oziroma razpada delcev.

S takimi meritvami pa znanost nima sreče. Čeprav je v take

meritve vložila precejšnja sredstva, se še ni dokopala do

neposredne meritve, ki bi jo lahko izpostavila kot krovni

dokaz o vedno enaki hitrosti svetlobe.

Zapisi predhodnih poglavij ustvarjajo dvom o vedno enaki hitrosti

svetlobe v vakuumu, kadar se vir svetlobe giblje. Ti dvomi zahtevajo,

da si podrobno ogledamo meritve, pa tudi druga opažanja, ki

dokazujejo nasprotno, to je vedno enako hitrosti svetlobe, seveda v

primeru gibajočega se vira svetlobe.

Vedno enaka hitrost svetlobe v vakuumu se praviloma utemeljuje na

osnovi različnih razlag fizikalnih pojavov. Hitrost svetlobe iz gibajočega

vira se na osnovi neposrednih meritev dokazuje le izjemoma. Pa še ti

osamljeni poskusi meritev hitrosti svetlobe ne dajejo zaupanja v

izmerjene rezultate.

59

Eno neposrednih meritev4 za dokazovanje vedno enake hitrosti

svetlobe so opravili novembra 2011 v Moskvi. Merili so hitrost svetlobe,

ki jo ustvari hitro gibajoči elektron ob vstopu v magnetno polje. Slika 20

prikazuje elektron, ki z veliko hitrostjo vstopi v mirujoče magnetno

polje, tam pa ustvari turbulence magnetnega polja. Te turbulence ob

določenih pogojih ustvarijo svetlobni val.

Elektron razburka magnetno polje. Turbulence v

magnetnem polju pa ustvarijo svetlobni val.

Slika 20

Meritev kaže, da svetloba magnetno polje zapusti s svetlobno hitrostjo

ne glede na hitrost elektrona, s katero le-ta vstopi v magnetno polje in

ki je povzročitelj tega svetlobnega vala.

Avtorji so zapisali, da so merili hitrost svetlobe, ki prihaja z elektrona

kot hitro gibajočega vira svetlobe.

Magnetno polje, v katerega zaide elektron, miruje med magnetnima

poloma S in N na Sliki 20. Ko elektron zaide v tako mirujoče magnetno

polje, v njem ustvari turbulence. Na mestu, kjer elektron vstopi v

magnetno polje, le-to lokalno vzvalovi.

4 Measuring speed of the light emitted by an ultrarelativistic source – E. B. Aleksandrov, P.

A. Aleksandrov, V. S. Zapasskii, V. N. Korchuganov, A. I. Stirin.

60

Magnetno polje na Sliki 20 učinkovito ustvarjata in oblikujeta magnetni

kotvi S in N. Kako učinkovito se magnetno polje odzove na motnjo,

opazimo, če med kotvi v magnetno polje vstavimo kovinski delec, na

primer kovinski vijak, ki zmoti obliko magnetnega polja. Za potrebe te

meritve je magnetno polje tako močno, da nam vijak iztrga iz roke.

Ravno tako učinkovito se magnetni kotvi odzoveta na prisotnost

hitrega elektrona, ki se znajde v tem polju. Elektron ustvari turbulenco

v tem polju, kotvi pa poskrbita za iznihanje in odpravo te turbulence.

Elektron nima vpliva na način iznihavanja in ponovnega urejanja

magnetnega polja. Elektron ustvarja le motnjo. Obliko in način

iznihanja magnetnega polja pa določata mirujoči magnetni kotvi. S tem

magnetni kotvi določata lastnosti nastalega svetlobnega vala.

V nekaterih primerih se magnetno polje, ki ga ustvari elektron, izniha

in umiri, ne da bi ob tem ustvarilo svetlobni val. V nekaterih primerih pa

te turbulence magnetnega polja ustvarijo svetlobni val, odvisno od

načina in jakosti vzburjenja magnetnega polja.

Elektron neposredno ne ustvari svetlobnega vala. Elektron ustvarja

turbulence v mirujočem magnetnem polju in tu se konča vloga

elektrona. Turbulence magnetnega polja pa neodvisno od elektrona

ustvarijo svetlobni val. Hitrost elektrona posledično nima neposredne

povezave s hitrostjo nastalega svetlobnega EM vala. Opisana meritev

zatorej ne meri hitrosti svetlobe z gibajočega vira svetlobe.

Meritev je bila tehnološko zahteva in je zahtevala znatno finančno

podporo. Finančna podpora je bila zagotovljena, ker je meritev obetala

neposreden dokaz o v vseh razmerah enaki hitrosti svetlobe.

Meritev ima napako že v sami zasnovi meritve, zato meritev ni mogla

postreči s pričakovanimi rezultati. Meritev je kljub temu našla mesto v

61

strokovnih člankih. Izvajalci meritev niso niti mogli niti smeli izjaviti, da

njihova meritev ne more postreči s pričakovanimi rezultati.

Po drugi strani pa se ta meritev v strokovnih krogih le redko izpostavlja

kot dokaz o vedno enaki hitrosti svetlobe v vakuumu.

Stroka se zaveda pomena meritev hitrosti

svetlobe v različnih okoliščinah. Pred

ločenim merjenjem frekvence in valovne

dolžine svetlobe, je bilo nekaj poskusov

merjenja hitrosti svetlobe, ki pa jih stroka ne

izpostavlja kot dokaz postulata o vedno

enaki hitrosti svetlobe.

62

14

Pojavi teorije relativnosti ne omogočajo meritev hitrosti svetlobe.

Teorija relativnosti temelji na postulatu o vedno enaki

hitrosti svetlobe. Kljub temu teorija relativnosti ne more

postreči z dokazi o vedno enaki hitrosti svetlobe. Vsi poskusi

dokazovanja vedno enake hitrosti svetlobe pomenijo zgolj

povratno (rekurzivno) izpostavljanje privzetih izhodišč o

hitrosti svetlobe.

Mezon je nestabilen pod atomski delec. Kadar mezon (pi+) miruje, je

njegova življenjska doba 18 ns. Če se mezon giblje z veliko hitrostjo,

živi v povprečju dlje, podobno kot to predvideva teorija relativnosti.

Teorijo relativnosti na zelo enostaven način ponazori paradoks

dvojčkov. En dvojček se z raketo odpelje v vesolje, drug dvojček

ostane na Zemlji. Teorija relativnosti pravi, da se dvojček v raketi stara

počasneje od dvojčka na Zemlji. Dvojčku v raketi čas teče počasneje,

kot teče čas na Zemlji.

63

Zamislim si sebe, kako sedim v raketi in se nahajam nekje v vesolju.

Ker za začetek nimam nobene oporne točke v vesolju, na katero bi se

primerjal, ne morem govoriti svoje hitrosti. V takih okoliščinah se lahko

gibljem ali mirujem, oboje hkrati. Lahko mirujem in se hkrati gibljem z

različnimi hitrostmi, odvisno glede na kaj opazujem svojo hitrost.

Glede na teorijo relativnosti je tek moje ure odvisen od moje hitrosti.

Če imam hkrati lahko mnoge hitrosti glede na mnoge objekte v vesolju,

kamor se oziram, mora tudi moja ura hkrati teči različno hitro. Hkrati

ura teče hitro in počasi, odvisno, kam v vesolje se oziram.

Za tako razmišljanje mi ni treba v vesolje. Tudi na Zemlji imam pestre

hitrosti glede na planete in druga različna nebesna telesa. Pri tem pa

opažam, da mi ura na Zemlji ne teče različno hitro, odvisno kam v

vesolje se oziram.

Ura na Zemlji mi kaže lastni čas v mirovanju, kot nam ga merijo

cezijeve ure. Ta čas se ne spreminja in ni odvisen od naših hitrosti

glede na mnoga nebesna telesa.

Podobno razmišljajo tudi opazovalci na drugih nebesnih telesih. Tudi

njihova ura kaže lastni čas v mirovanju in ni odvisna od mnogih hitrosti

mnogih njim bližnjih nebesnih teles.

Po vesolju se giblje mnogo nebesnih teles. Drug glede na drugega se

gibljejo z različnimi hitrostmi v različnih smereh. Opazovalci na vsakem

od njih zaznavajo enak lastni čas v mirovanju. Cezijeva ura vsem

opazovalcem, kadar vsak opazujejo svojo uro, kaže enak čas.

Drugače je, kadar opazujemo drug drugega. Vsi se namreč gibljemo

drug glede na drugega. Gledano iz mojega sistema opazovanja, ure

drugih vesoljčkov zaostajajo. Informacijo o hitrosti teka njihovih ur

64

dobivam preko svetlobe, ki pa se giblje z omejeno hitrostjo in zato

zamuja prenos informacije o na njihovih urah prikazanih časih.

Glede name se vsak od vesoljčkov giblje z drugo hitrostjo. Po teoriji

relativnosti pri vsakem od njih zaznavam drugačen tek časa, odvisno

od njegove hitrosti. Pri njih zaznavam relativne hitrosti teka časa.

Drugi vesoljčki opazujejo tudi mene. Na osnovi teorije relativnosti vsak

od njih na moji uri zazna drugačen čas. Kakšen čas na moji uri zaznava

vsak od njih, je odvisno od moje hitrosti glede na vsakega od njih.

Mnogi relativni časi, kot jih na moji uri zaznavajo drugi vesoljčki, nimajo

vpliva name, niti jih ne zaznam. Vse okrog mene zaznavam skladno z

mojim lastnim časom v mirovanju. Njihovi pogledi na mojo uro so le

njihovi prividi mojega časa. Transformacija časa in prostora sta privida.

Privid je na primer tudi mavrica, ki jo vidim ob dežju. Mavrica je

resnična, vendar če se podam na lokacijo, kjer jo vidim, je tam ne

najdem. Na lokaciji mavrice ne morem namestiti merilnih instrumentov,

da bi jo meril. Pri prividih smo omejeni z možnostmi merjenja.

Na podobne omejitve naletimo pri merjenju razpadnega časa mezona.

Ure ne moremo namestiti na mezon. Ne moremo izmeriti, kakšen

razpadni čas mezona bi izmerila ura na mezonu. Merimo lahko le

relativni čas razpada mezona.

Transformacija časa pri razpadu mezona se dogodi pri kateri koli

hitrosti svetlobe. Transformacije časa ni vezana na neko točno

določeno hitrost svetlobe, na primer na v vseh razmerah enako hitrost

svetlobe.

Če svetloba ne potuje v vseh razmerah enako hitro, če je hitrost

svetlobe odvisna od hitrosti vira svetlobe, tudi taka hitrost svetlobe

65

ustvarja kasnitve pri prehodu svetlobe od izvora do ponora, s tem pa

transformacije časa. Res pa je, da so matematične zakonitosti

transformacij časa različne pri različnih pojmovanjih gibanja in hitrosti

svetlobe. Povsod enak lastni čas bi po vesolju namesto relativnega

časa zaznavali le v primeru, če bi bila hitrosti svetlobe neskončna.

Relativni razpadni čas mezona lahko izmerimo. Vendar nam ta meritev

relativnega razpadnega časa mezona v ničemer ne koristi, če ne

poznamo hitrosti mezona.

Pridem na idejo, da hitrost mezona lahko izračunam na osnovi

izmerjenega razpadnega časa mezona.

Če hitrost mezona izračunamo na osnovi predpostavke, da je hitrosti

svetlobe enaka v vseh razmerah, bomo izračunali eno hitrost mezona.

Če hitrost mezona izračunamo na osnovi predpostavke, da je hitrost

svetlobe odvisna od hitrosti mezona, bomo izračunali drugo hitrost

mezona. Izračun hitrost mezona je torej odvisen od privzete hitrosti

svetlobe.

Na osnovi tako izračunane hitrosti mezona, je brezpredmetno povratno

računati hitrosti svetlobe. V enem in drugem primeru bomo na mnogo

decimalk natančno izračunali natanko tisto hitrost svetlobe, ki smo jo

privzeli ob izračunu hitrosti mezona.

Meritve na osnovi teorije relativnosti posledično ne dajejo upanja za

odkrivanje zakonitosti gibanja svetlobe. Na srečo imamo druge v

predhodnih poglavjih omenjene metode merjenja hitrosti svetlobe, kjer

ni tehnoloških ovir merjenja.

66

Pred meritvami hitrosti svetlobe na osnovi

merjenja frekvence in valovne dolžine, je

stroka skušala postulat o hitrosti svetlobe

neuspešno utemeljevati na osnovi nekaterih

pojavov, na primer razpadnega časa

mezona.

67

15

Zaznavamo trirazsežni svet.

Ljudje zaznavamo trirazsežni svet, fizika pa raziskuje nam

zaznavne pojave. Ko zahajamo v štirirazsežni svet se

moramo zavedati, da je to lahko le orodje, za lažje

razumevanje nam zaznavnega trirazsežnega sveta.

Ob pretiranem posvečanju štirirazsežnemu svetu, brez

refleksije na trirazsežni svet, obstaja nevarnost, da namesto

znanosti naše občutke prevzame mistika.

Einstein je leta 1916 objavil Splošno teorijo relativnosti, v kateri je

pojasnil, da prisotnost mase v prostoru vpliva tako na razdalje v

prostoru, kot na tek časa. Masa oziroma gravitacija po njegovem

mnenju ukrivi prostor. Govorimo o štirirazsežnem ukrivljenem prostoru.

Teorija relativnosti temelji na takem krivljenju prostora, v katerem

svetloba v gravitacijskem polju štirirazsežnega prostora potuje

naravnost in vedno z enako hitro.

Rezultati meritev hitrosti svetlobe v trirazsežnem prostoru, ko le-ta

potuje skozi gravitacijsko polje, ne kažejo vedno enake hitrosti

svetlobe. V trirazsežnem prostoru gravitacija vpliva na hitrost svetlobe.

68

Meritve kažejo, da gravitacija vpliva na valovno dolžino svetlobe, ne

vpliva pa na njeno frekvenco. Oboje pa v trirazsežnem prostoru

pomeni vpliv gravitacije na hitrost svetlobe.

V trirazsežnem prostoru opažamo, da gravitacija krivi pot svetlobe ob

masivnem telesu. Arthur Eddington je leta 1919 izmeril, da se svetloba

v trirazsežnem prostoru krivi na poti ob Soncu. V trirazsežnem prostoru

svetloba ne potuje naravnost.

Svetlobni žarek na poti ob Soncu v trirazsežnem

prostoru spremeni svojo smer.

Slika 22

Svetlobo lahko opazujemo v trirazsežnem prostoru, kjer gravitacija

vpliva na njeno hitrost in tudi krivi njeno pot, ali pa v štirirazsežnem

prostoru, kjer svetloba potuje naravnost z vedno enako hitrostjo.

Matematika omogoča nepreštevno število različnih matematičnih

modelov, ki lahko na mnoge načine opisujejo prostor. Vsi ti modeli so

sami v sebi matematično skladni, zato iz matematičnega pogleda,

štirirazsežni prostor teorije relativnosti ni vprašljiv. Ti modeli prostora

so zasnovani tako, da matematično opisujejo vnaprej pričakovan

rezultat.

69

Lahko si na primer zamislim tudi tak matematični model prostora, v

katerem bo pospešeno gibanje prikazano kot enakomerno gibanje.

Tak matematični model ni model štirirazsežnega prostora teorije

relativnosti, je seveda drugačen, je pa matematično mogoč in delujoč.

Pojavi se drugo vprašanje, ali teorija relativnosti opisuje nam zaznaven

trirazsežni svet, ali nek namišljen in za nas imaginarni štirirazsežen

svet. Sprašujem se, v kakšni meri nam teorija relativnosti olajša

razumevanje hitrosti svetlobe v nam zaznavnem trirazsežnem

prostoru.

Fizikalna veda po definiciji raziskuje in pojasnjuje nam zaznavne

pojave. Ljudje zaznavamo trirazsežni prostor. Osnovni namen fizike je

torej, da nam pojave pojasni v nam zaznavnem trirazsežnem prostoru.

Štirirazsežen prostor nam lahko celo zamegli razumevanje dogajanja.

Optiki si gibanje svetlobe ponazorijo z risanjem geometrije poti žarkov

skozi leče. Trirazsežna grafična ponazoritev gibanja svetlobe je

prikazana tudi v Fabry–Pérot-ovem interferometru na Sliki 7. V teh

primerih nimamo nobenih zadržkov, da za opisovanje poti svetlobe

uporabljamo geometrijo trirazsežnega sveta.

Slika 24 prikazuje žarka, ko zapustita Fabry–Pérot-ov interferometer

na drugem ogledalu (O) in v trirazsežnem prostoru potujeta vzporedno

drug ob drugem.

Dva EM valova, ki potujeta drug ob drugem.

Slika 24

70

V trirazsežnem prostoru se žarka gibljeta drug ob drugem. Mirujeta, v

odnosu drug glede na drugega.

Medsebojno mirovanje svetlobnih valov je v nasprotju s postulatom o

vedno enaki hitrosti svetlobe. Na fotonih po teoriji relativnosti čas

miruje, je zamrznjen. V okoliščinah, kjer ne obstaja razsežnost časa,

kjer je čas zamrznjen, nima smisla govoriti o nihanju svetlobnega vala.

Tudi opredeljevanje hitrosti med prikazanima EM valoma nima osnove,

če čas na svetlobnih valovih po teoriji relativnosti ne teče.

Pojavi pa se vprašanje, ali nam matematični model štirirazsežnega

prostora olajša ali oteži razumevanje naravnih pojavov v nam

zaznavnem trirazsežnem prostoru.

Štirirazsežen prostor zaradi opisovanja nam nezaznavnih pojavov,

lahko umestimo na obrobje področja fizike. Teorija relativnosti nam

opisuje pojave v svetu onkraj naših zaznav. Hitrost svetlobe pojasnjuje

kot vedno enako, čeprav so rezultati meritve v trirazsežnem prostoru

drugačni. Na osnovi teorije relativnosti lahko celo napačno sklepamo,

da gravitacija tudi v trirazsežnem prostoru ne vpliva na hitrost svetlobe.

Človek v svoji naravi teži k presežnosti. Kadar se nam razumevanje

določenih spoznanj izmika in oddaljuje, se nehote zatekamo v mistiko.

Štirirazsežen prostor je mističen prostor, saj nam ni neposredno

zaznaven. Tuj je našim zaznavam. S privzemanjem teorije relativnosti

se fizika oddaljuje od znanosti in prehaja v mistiko.

Tudi mistika nam ni čisto tuja. Mistika nas vabi, da vzpostavimo stik s

tem, kar nam je na tak ali drugačen način prikrito, da pogledamo čez.

Wittgenstein nas ob vključevanju mistike v naša razmišljanja opozarja,

da smemo šele takrat zavreči razumsko raziskovanje na temelju

zaznav, ko smo na logičnem nivoju raziskali vse, kar je možno meriti

71

in logično pojasniti. Tudi mistika na področju znanosti, če že posegamo

po njej, naj temelji na izkustvu sicer nevidnega, vseeno pa

objektivnega sveta.

Še posebej na področju gravitacije se moramo vprašati, ali smo res

vse izmerili, kar nam tehnologija omogoča. Ali nismo prezgodaj

zapustili trirazsežnega sveta. Ali nismo prezgodaj stopili v štirirazsežen

prostor in s tem v svet mistike. Mistika je zelo mejno, če ne čezmejno

področje znanosti.

Einstein s svojo teorijo relativnosti posega v

mistiko, sodobna fizika pa mu sledi. Mistika v

znanosti je nevarna zato, ker ima velik

čustven naboj. Mistika se zasidra v zavesti

ljudi in tako rekoč prepreči nadaljnji razvoj

vede.

72

16

Kaj na osnovi Maxwellovih enačb in valovne

funkcije lahko sklepamo o hitrosti svetlobe.

Ob enačbah, ki opisujejo svetlobno elektromagnetno

valovanje moramo vedeti dvoje:

Enačbe so matematični opis naše predstave o svetlobnem

valovanju. Če je naša predstava nestvarna, bo tudi

matematični opis naše predstave nestvaren.

In drugič. Enačbe, ki jih je zapisal Maxwell, ne opisujejo v

vseh razmerah enake hitrosti svetlobe. Opisujejo hitrosti

svetlobe, kot so bile izmerjene ob meritvah svetlobe s kometa

ali s Sonca.

Maxwellove enačbe in valovna funkcija sta obliki opisa svetlobnega

valovanja. Našo predstavo o svetlobnem valovanju lahko zapišemo na

mnoge načine, tudi na osnovi navedenih enačb.

Navajam eno od diferencialnih oblik Maxwellovih enačb, kot jih je pred

več kot sto leti zapisal Maxwell.

73

Enačba je zahtevna za nepoznavalca, zato se osredotočim le na to,

kaj enačba opisuje, ne pa na to, kako to opisuje.

Prvi člen opisuje, kako se v prostoru od točke do točke krajevno

spreminja jakost električnega polja. Potek krajevnega spreminja jakosti

električnega polja določa valovno dolžino svetlobnega vala.

V prvem členu ni parametra časa. Valovna dolžina svetlobe, tako kot

je enačbo zapisal Maxwell, posledično ni odvisna od hitrosti vira

svetlobe. Ta člen enačbe je skladen z rezultati opisanih meritev

svetlobe s kometa ali s Sonca, katerih rezultati opisujejo, da valovna

dolžina svetlobe ni odvisna pod hitrosti vira svetlobe.

Drugi člen enačbe opisuje časovno spreminjanja magnetnega polja.

Ta člen določa frekvenco svetlobnega valovanja. Parameter časa v

členu kaže, na časovno spreminjanje signala, ki je med drugim odvisno

tudi od hitrosti opazovalca. Hitrost ponora (glede na vir) torej vpliva na

frekvenco svetlobnega vala na ponoru.

Podobno hitrost čolna na vodi vpliva na hitrost zadevanja čolna v

valove. Hitrost čolna pa ne vpliva na dolžino vodnih valov.

Ne glede na hitrost vira svetlobe, vedno enaka valovna dolžina

svetlobe, neodvisna od hitrosti vira svetlobe in spreminjajoča

frekvenca svetlobe glede na hitrost vira svetlobe, v Maxwellovih

enačbah pomenita vpliv hitrosti vira svetlobe na hitrost svetlobe na

ponoru.

Ta znanja in spoznanja pa so bila spregledana s prihodom teorije

relativnosti. Fiziki so napisali novo obliko Maxwellovih enačb, tako

imenovano tenzorsko obliko Maxwellovih enačb, ki v štirirazsežnem

prostoru podpira postulat o v vseh razmerah enaki hitrosti svetlobe.

74

Ob enačbah naj izpostavim, da enačbe predstavljajo le zapis našega

pogleda na gibanje svetlobe. Naš pogled skupaj z enačbami je lahko

objektiven ali tudi ne. Enačbe torej ne morejo biti dokaz o načinu

gibanja svetlobe, so le zapis našega dojemanja svetlobe.

Podobno je z valovno enačbo. Tudi valovna enačba opisuje svetlobno

valovanje skozi prostor. Enačba ima obliko:

V enačbi konstanto c določa hitrost valovanja svetlobe. Ta enačba

lahko opisuje gibanje svetlobe v katerih koli okoliščinah in s katero koli

hitrostjo. Opisuje jo tako, da se spreminja vrednost konstante c.

Hitrost svetlobe, ki prihaja na primer s kometa, kjer se komet giblje s

hitrostjo v, lahko opišemo tako, da v valovni funkciji konstanto c

zamenjamo s konstanto c+v.

Maxwellove enačbe in valovna funkcija sta

obliki opisa svetlobnega valovanja.

Maxwellove enačbe opisujejo vpliv gibanja

ponora svetlobe na hitrost svetlobe na

ponoru, enako kot kažejo meritve frekvence

in valovne dolžine svetlobe.

75

17

Sistem navigacije GPS ne utemeljuje v vseh

razmerah enake hitrosti svetlobe.

Glede na izostanek meritev o hitrosti svetlobe, ki bi

potrjevale v vseh razmerah enako hitrost svetlobe, se

znanost opira na pojave, ki jih razlagajo v prid aktualnim

pogledom na hitrost svetlobe.

Te razlage pa niso dovolj utemeljene, da bi prepričale

dvomljivce o vedno enaki hitrosti svetlobe.

Med dokazi za v vakuumu vedno enako hitrosti svetlobe se omenja

delovanje sistema globalne navigacije GPS. GPS navigacijo

omogočajo sateliti, ki krožijo 20200 km nad nami.

GPS sprejemnik (v našem telefonu) v časovnih presledkih v obliki

radijskih signalov s satelitov prejema čas in lokacijo vsakega od njih.

Sprejemnik zaznava signale z več satelitov. Na osnovi lokacije

satelitov in časa potovanja radijskega signala od satelita do

sprejemnika, sprejemnik izračuna svojo oddaljenost od satelita. Na

osnovi poznavanja razdalj do več satelitov, GPS sprejemnik določi

svojo lokacijo na terenu.

76

Enačbe za izračun lokacije GPS sprejemnika ne temeljijo zgolj na

izračunih. Da te enačbe upoštevajo vse okoliščine, tudi tiste, ki se jih

ne zavedamo, pa so bile enačbe empirično prevetrjene prilagojene.

Končna oblika enačb torej temelji na preizkušanju in uglaševanju

enačb.

Merili so signale s satelitov na znanih točkah na Zemlji in na tej osnovi

korigirali algoritem enačbe za izračun lokacije. Na ta način so v

enačbah za izračun lokacije GPS sprejemnika upoštevani tudi

dejavniki, ki bi jih zgrešili ali na katere bi bili pozorni, če bi enačbe za

izračun lokacije temeljile zgolj na matematično določenem algoritmu.

Enačbe za izračun razdalj med satelitom in sprejemnikom podajajo

veliko pozornost na stalno spreminjajoče hitrosti satelitov glede na

sprejemnik. Satelit se sprejemniku na Zemlji najprej približuje, ga

preleti, nato pa se od njega oddaljuje. Stalno spreminjanje hitrosti med

satelitom in sprejemnikom je ena od zahtevnejših nalog pri določanju

razdalj v sistemu GPS navigacije.

Radijski signal (ali svetloba) med satelitom in sprejemnikom ima lahko

vedno enako hitrost, ali pa je hitrost svetlobe odvisna od hitrosti

satelita. Navigacija deluje v enem in drugem primeru.

Enačbe za izračun razdalje med GPS sprejemnikom in satelitom,

lokacijo GPS sprejemnika računajo na osnovi stvarne hitrosti svetlobe,

kakršna koli že je. V empirično določenih enačbah ni razvidno, kakšna

je privzeta hitrost svetlobe. Hitrost svetlobe je lahko vedno enaka ali

tudi ne. Sled, kakšna je privzeta hitrost svetlobe je zgubljena s tem, ko

je algoritem izračuna razdalje usklajen empirično s testiranjem.

77

Lahko pa za grobo orientacijo izračunam, kolikšna bi bila razlika v

izračunu lokacije sprejemnika, če privzamem vedno enako hitrost

svetlobe ali, če je hitrost svetlobe odvisna od hitrosti satelita.

Sateliti krožijo na višini 20200 km s hitrostjo 3,9 km/s.

Ko satelit ni ravno nad sprejemnikom, ko ga gledamo pod kotom, je od

sprejemnika do satelita razdalja na primer r = 40000 km. Privzamem

hitrost svetlobe c. Radijski signal satelita oziroma svetloba pot od

satelita do sprejemnika opravi v času t1. (t1 = r/c = 40000/300000

=0,133333333333 sek)

V drugem primeru privzamem, da radijski signal (svetloba) s satelita

do sprejemnika potuje s hitrostjo c+v, kjer je v hitrost satelita. Svetloba

razdaljo prepotuje v času t2. (t2 = r/(c+v) = 40000/300000,0039 = 0,133333331600

sek)

Razlika v času prehoda svetlobe (oziroma radijskega vala) od satelita

do GPS sprejemnika v enem in drugem primeru je t1 – t2 = 1,7 ns. V

tem času svetloba prepotuje 0,5 m.

Če izračun GPS lokacije pri eni ali drugi hitrosti svetlobe končamo s

tem, je pri eni ali drugi hitrosti svetlobe napaka v izračunu lokacije GPS

sprejemnika največ pol metra.

Ampak, tu zgodbe še ni konec. Če računamo čas v primeru vedno

enake hitrosti svetlobe skladno s teorijo relativnosti, se razdalja med

sprejemnikom in satelitom zaradi hitrosti satelita skrajša. To pa

zmanjša napako izračuna GPS lokacije na nekaj centimetrov.

Razlike v izračunu lokacije satelita na osnovi enega ali drugega

razumevanja hitrosti svetlobe so premajhne, da bi na osnovi izračunov

lokacije GPS sprejemnika lahko ugotovili tako ali drugačno hitrost

78

svetlobe. Sistem globalne navigacije GPS niti ne potrjuje, niti ne zanika

v vseh razmerah enake hitrosti svetlobe (radijskih valov).

V primeru GPS navigacije pa je potrebno še enkrat omeniti zapise, ki

pravijo, da ura na satelitu teče hitreje kot na Zemlji. Za uspešno

delovanje GPS sistema morajo ure na GPS satelitih in tudi ure na

Zemlji, teči sinhrono.

V poglavju gravitaciji je pojasnjeno, da meritve pokažejo enako

frekvenco signala in tek ure tako na satelitu, kot na zemlji.

Valovna dolžina na Zemljo prispelega radijskega signala se res

razlikuje od valovne dolžine signala na izvoru. Na osnovi valovne

dolžine pa ne moremo sklepati o frekvenci EM valovanja in s tem o

hitrosti teka ure na satelitu.

Med dokazi za postulat o vedno enako

hitrosti svetlobe se je pred neposrednimi

meritvami hitrosti svetlobe na osnovi

merjenja frekvence in valovne dolžine

svetlobe omenjalo delovanje sistema

globalne navigacije GPS, čeprav se iz

delovanja GPS sistema ne da razbrati hitrosti

svetlobe.

79

18

Osvoboditev v postulate ujete svetlobe.

Fizika bo slej kot prej osvobodila v postulat ujeto svetlobo.

Da pa jo bo lahko osvobodila, pa mora prej odgovoriti naj na

vprašanje: meriti ali ne meriti svetlobo.

Znane so merilne metode, ki omogočajo meritve hitrosti

svetlobe. Poznanih je tudi več meritev hitrosti svetlobe, ki v

fiziki še niso bile opravljene in so ključne za razumevanje

svetlobe.

Fizika ima torej odlične možnosti in izhodišča za svoj

nadaljnji razvoj. Osvoboditi se mora le nekaterih privzetih

stališč, ki jo ovirajo na poti nadaljnjega razvoja.

Odzive bralcev na opisne meritve lahko strnemo v tri skupine.

V prvo skupino sodijo poznavalci različnih področij, redkeje iz področja

fizike. Le-ti so prepričani, da hitrost vira svetlobe vpliva na hitrost

svetlobe na ponoru. Ne razumejo pa, zakaj je za tak nazoren pojav

potrebno toliko prepričevanj in razprav. Razmišljajo, da vprašanje

hitrosti svetlobe v znanosti niti ni najpomembnejše. Po njihovo je

80

vprašanje hitrosti svetlobe operativna naloga, to je stvar izvedbe

manjkajočih meritev, kot pa znanstveno vprašanje.

Bralci, ki spadajo v drugo skupino, so razpeti med rezultati meritev, ki

kažejo različne hitrosti svetlobe v različnih okoliščinah in med

postulatom o v vseh razmerah enake hitrosti svetlobe. Postulatu o

vedno enaki hitrosti svetlobe se ne morejo odreči, preveč so vezani

nanj. Po drugi strani jim ponos ne dovoljuje, da bi spregledati rezultate

meritev hitrosti svetlobe. Rezultati meritev so namreč v nasprotju s

postulati. Njihova razcepljenost jih vodi v dolgotrajno nelagodje.

Nelagodja se lahko rešijo bodisi tako, da odmislijo postulate in se

pridružijo prvi skupini bralcev. V drugem primeru pa problem osebne

razdeljenosti rešujejo tako, da odmislijo in pozabijo na meritve hitrosti

svetlobe in se zatečejo v postulate, to je v tretjo skupino bralcev.

Tudi v tretjo skupino bralcev spadajo predvsem poznavalci fizike, ki ne

dvomijo v postulat o vedno enaki hitrosti svetlobe. Vsako razmišljanje

v drugi smeri razumejo kot odvečno, celo sovražno. Odklanjajo misel

na vsakršne meritve, ki lahko ogrozijo postulat o vedno enaki hitrosti

svetlobe. Skupna jim je sporočilo: »Ne ruši nam postulata o v vseh

razmerah enaki hitrosti svetlobe, ki nam veliko pomeni.«

Postulat o vedno enaki hitrosti svetlobe je zasidran med fiziki, ker

mnogi vedno enako hitrost svetlobe razumejo kot temelj, na katerem

je zgrajeno fizikalno znanje. Če se poruši ta temelj, to ogroža njihov

način razumevanja fizike, celo razumevanje vesolja. Posledično se

izogibajo že sami misli na meritve, ki jih izpostavlja ta knjižica.

Dojamejo jih kot grožnjo fiziki.

81

To pa so le predsodki. Objektivno razumevanje hitrosti svetlobe ima

dolgoročno prednosti pri osvajanju novih znanj. Rezultati opisanih

meritev niso na strani postulata vedno enake hitrosti svetlobe.

Znanost pa ne more napraviti naslednjih korakov, dokler fiziki niso

motivirani za objektivno poglabljanje v hitrost svetlobe. Vsa

raziskovanja, ne glede na kaj se nanašajo, temeljijo na motivaciji.

Področje motivacije pa se zelo razlikuje, kadar raziskujemo čisto nove

pojave od motivacije, kadar popravljamo obstoječe zmote. Kadar

menimo, da nekega raziskovanega področja ne poznamo, da je

področje čisto novo, takrat motivacija v raziskovalcih kar kipi.

Motivacija je usmerjena v poglabljanje, raziskovanje in pojasnjevanje

vprašanj tega področja.

Kriza nastane, kadar na nekem področju pridemo do zmotnih sklepov.

V takem primeru se čustva množic razdelijo. Del množic je lahko

motiviran za nadaljnje meritve in raziskovanje področja ter odpravo

morebitnih zmot. Običajno večji del množic pa je motiviran za

ohranjanje zatečenih spoznanj, četudi so lahko zmotna.

Neka ideja, na primer pobuda za meritev hitrosti svetlobe, ima možnost

za uspeh, ko se pojavi zadostno število ljudi, ki jih tovrstne meritve

zanimajo in so jim naklonjeni, oziroma imajo empatijo do njih. Če

čustva fizikov ostajajo na obstoječih pogledih, potem meritve, ki

pripeljejo do objektivne presoje o enem ali drugem razumevanju

hitrosti svetlobe, ostajajo nekaj obstranskega, izven zanimanja fizikov.

Četudi ožja skupina strokovnjakov opravi take meritve, jim fizika v

splošnem ne daje pozornosti, celo ovira razširjanje takih rezultatov

meritev. S tem pa nova spoznanja zastanejo in ostanejo na obrobju

širšega zanimanja.

82

Fizika lahko dosega napredek v svojih spoznanjih šele, ko si znaten

del fizikov in druge javnosti želi globlje spoznati neko tematiko, na

primer novih spoznanj o hitrosti svetlobe. V tem primeru odpade

vprašanje meriti ali ne meriti. Meritve kar same vzniknejo v različnih

laboratorijih mnogih institutov na več krajih hkrati in rezultati meritev se

tako rekoč čez noč razširijo v javnosti.-

Meritve hitrosti svetlobe na osnovi frekvence

in valovne dolžine so znane. To pa še ne

pomeni, da jih bo fizika v hipu ponotranjila.

Privzemanje meritev v okoliščinah, ko so

čustva stroke vezana še na postulat o hitrosti

svetlobe, je proces, ki zahteva svoj čas.