Speciální teorie relativity, tedy Einsteinova první „relativita,“ je jako sbírka neintuitivních a šokujících efektů, z nichž jsou nejznámější kontrakce délky a dilatace času. Pokud nějaký objekt letí vzhledem k pozorovateli rychlostí, která není až tak moc vzdálená od rychlosti světla, začnou se dít věci. Dojde ke zkrácení objektu z pohledu pozorovatele a také ke zpomalení (dilataci) času.
V obou případech sehraje roli Lorentzův faktor, odvozený od rychlosti světla ve vakuu, který je oblíbeným členem rovnic speciální relativity. Jak kontrakce délky, tak i dilatace času jsou důvěrně známé od roku 1905, kdy je Einstein vypustil do světa. Fyziky zajímá, jestli se speciální relativita vztahuje i k dalším fyzikálním charakteristikám. Jak se ale ukazuje, není to snadné.
Například v oblasti relativistické hydrodynamiky navzdory intenzivnímu úsilí zřejmě stále schází kompletní relativistická teorie viskozity kapalin. Teď takovou teorii nabízí Alessio Zaccone z italské University of Milan a německé University of Göttingen. Navrhl obecnou mikroskopickou teorii (general microscopic theory) viskozity kapalin, založenou na nedávno navržené relativistické Langevinově rovnici a na mikroskopické neafinní teorii (microscopic nonaffine theory) částic při proudění.
Lidštěji řečeno, Zaccone vystavěl teorii popisující pohyb nepatrných částic, jako jsou atomy či ionty, coby výsledek jejich interakcí a kolizí s dalšími částicemi v daném poli proudění (flow field). Jde o pole, které popisuje distribuci hustoty a hybnosti kapaliny v prostoru a čase.
Zacconeho teorie má řadu zajímavých důsledků. Zacconeho nicméně zaujalo především to, že teorie odhaluje doposud opomíjený účinek Einsteinovy speciální relativity, právě ve vztahu k viskozitě. Pokud má Zaccone pravdu, tak stejně jako se délka zkracuje a čas dilatuje, kapalina se ve speciální relativitě zhušťuje (fluid thickening).
Je-li tomu tak, byla by to šťavnatá trefa. Doposud přehlížená věc by významně přispěla k doposud děravému chápání relativistického plazmatu v astrofyzice a fyzice vysokých energií, včetně dnes populárního kvark-gluonového plazmatu, které fyzici vyrábějí na výkonných srážečích částic.
Video: Molecular-level explanation of the surprising mechanical properties of confined liquids
Literatura
Na Velkém hadronovém srážeči pátrají po tajemném kondenzátu barevného skla
Autor: Stanislav Mihulka (24.09.2019)
Kvantový simulátor sbližuje obecnou relativitu s říší kvant
Autor: Stanislav Mihulka (18.05.2023)
Fyzici se snaží smířit tachyony se speciální teorií relativity
Autor: Stanislav Mihulka (17.07.2024)
Diskuze:
F M,2024-11-13 02:18:53
Ta viskozita má růst se třetí mocninou teploty. Pro platnost požadují velmi vysokou teplotu (aby se vyloučili kvantové jevy) a hustotu dostatečnou k častým vícečetným srážkám. Neví jestli to bude platit (nemělo by) tam kde převažuje radiace nad srážkami a obecně tam kde jde podstatná část energie jinými způsoby než tím chaotickým pohybem (přeměny částic, náboje).
Vodík
P Holub,2024-11-10 17:16:35
V souvislosti s těmito jevy při rychlostech blízkých rychlosti světla mi napadlo, že by mohl atom vodíku vykazovat magnetické vlastnosti. Jednak elektron bude mít tendenci obíhat rychleji okolo osy pohybu atomu a stejně tak může být orientován jeho spin. Ověřoval někdo tuto teorii?
Re: Vodík
Pavel Kaňkovský,2024-11-11 21:38:04
Je-li tenzor elektromagnetického pole v nějakém bodě nějaké vztažné soustavy nulový, tak zůstane nulový i po transformaci do libovolné jiné vztažné soustavy. A naopak, je-li nenulový, tak musí při transformaci zůstat nenulový. Posléze pak soudím, že Váš nápad je hloupost.
Změřená kontrakce délek?
František F,2024-11-09 11:37:47
Že čas dilatuje, je prokázané i technickými postupy. Jak je to s praktickým prověřením změn délek, když výpočetně to zcela vyhovuje?
Zmíněná změna hustoty kapalin v nejvyšších rychlostech změřená pochopitelně není.
logický důsledek
Pavel Oh,2024-11-09 07:41:06
Změna viskozity je logický důsledek kontrakce délek a růstu hmotnosti při rychlostech (ty jsou vždy vůči pozorovateli) blízkých rychlosti světla.
Je perfektní, že to někdo popsal (aplikoval) také v rovnicích viskozity. Může to mít dobré využití.
vlastní
Petr Petr,2024-11-09 06:44:18
Ve vlastním článku není nic o kontrakci či dilataci.
https://arxiv.org/pdf/2406.18434
Ve skutečnosti by se neměl používat natoucí pojem kontrakce a dilatace, ale jen vlastní délka a vlastní čas, které se transformují stejně, protože x=c*t, když c je konstanta.
Re: vlastní
J. Valkova,2024-11-09 09:28:52
Navrhuji opravit i slavnou větu: "Hůl hozená do vesmíru se zkracuje" na: "se transformuje". Hned to bude každému jasnější :)
Re: vlastní
Florian Stanislav,2024-11-09 17:31:42
"vlastní délka a vlastní čas, které se transformují stejně, protože x=c*t, když c je konstanta."
Nerozumím.
Při pohybu tělesa se jeho délka ve směru pohybu zkracuje vzhledem ke „stojící“ vztažné soustavě ( kontrakce délky).
l=lo/γ ( délka i klidu/ gama , kde gama je Lorentzův faktor, pro 0,99 c má γ hodnotu asi 7, tedy 7x kratší délka.
Zpomalení plynutí času. Projevuje se u objektů, které vzhledem k pozorovateli se pohybují velkou rychlostí.
t=to*γ . Pro rychlost 0,99 c bude čas 7x pomalejší.
Čili Vaše délka z výpočtu x=c*t znamená, že pomalejšího času uplyne 7x méně, a dráha bude 7x menší?
Ale těleso letí 0,99 c čili touto (pro tento případ) konstantní rychlostí.
Jde o délku tělesa nebo dráhu ??
Re: Re: vlastní
Pavel Kaňkovský,2024-11-11 22:03:17
Jde o to, že "dilatace času" a "kontrakce délky" nejsou nezávislé jevy. Lorentzova transformace míchá časové a prostorové souřadnice dohromady. Když v nějaké vztažné soustavě vezmete vektor, který má nenulovou jen časovou souřadnici ("časový interval"), nebo naopak jen prostorové souřadnice ("délka"), a transformujete ho, tak výsledkem bude vektor, který má nenulové souřadnice obou druhů.
Pokud vezmete dvoje synchronizované hodiny a dáte je na konce nějaké tyče, tak to z pohledu pozorovatele pohybujícího se vůči té tyči podélně bude nejen vypadat tak, že jdou oboje hodiny pomaleji a že se jejich vzdálenost zkrátila, ale současně bude na těch hodinách vidět různý čas, i když ve své vztažné soustavě jdou stejně.
Re: Re: Re: vlastní
Florian Stanislav,2024-11-13 17:20:48
Píšete :"prostorové souřadnice ("délka")"
Takže jsem pořád tam, kde jsem poukazoval na to, že je rozdíl jestli délka je délka dráhy nebo délka (rozměr) tělesa. Ale jen rozměr tělesa (a z toho objem) souvisí s hustou kapaliny o dané hmotnosti. A navíc máme to, že s rychlostí blízké rychlosti světla roste vlastní hmotnost. Což píše v diskuzi už Pavel Oh.
Váš výsledný vektor z času a třech rozměrů délky je hezký pojem, ale kam směřuje ?
Ve speciální teorii relativity :
"Čas hraje roli čtvrtého rozměru a je oproti zbylým třem prostorovým rozměrům význačný (například tím, že se v něm lze pohybovat jen jedním směrem).
V obecné teorii relativity je časoprostor obecně zakřivený a má strukturu variety. Projevy zakřivení časoprostoru jsou pozorovány jako gravitace.
Re: Re: Re: Re: vlastní
Pavel Kaňkovský,2024-11-14 01:16:49
Scénou pro teorii relativity je čtyřrozměrný prostoročas, a pokud pracujete s nějakým vektorem, tak by měl mít všechny čtyři dimenze včetně té časové, a pokud možno by to měl být tzv. čtyřvektor, který lze z jedné vztažné soustavy přepočítat do jiné pomocí odpovídající Lorentzovy transformace. Jinak riskujete, že se do toho zamotáte. Proto se pracuje s čtyřrychlostí, čtyřhybností, čtyřsílou apod.
A pozor na pojem "vlastní hmotnost". Přívlastek "vlastní" mivá v relativitě speciální význam. V kombinaci s hmotností se asi moc nepoužívá, ale pokud je použit, tak to má stejný význam jako invariantní hmotnost. A ta je pochopitelně na rychlosti nezávislá.
Re: Re: Re: Re: Re: vlastní
F M,2024-11-14 10:54:35
Na odlehčení přihodím mírně vtipnou zajímavost. Miony mají krátkou životnost (miliontiny sekundy), takže by se neměli stihnout dostat na povrch Země. Pro nás je vysvětlení v dilataci času ("my jsme v klidu oni letí"). Pro ně je díky kontrakci délek tloušťka atmosféry té na ně se řítící legrační placičky legračně malá.
Docela by mě zajímalo jak přesně by vyšel ten tvar koule z toho pohledu. Ten vlastní čas+ je lepší, ale to neznamená, že ty zavedené výrazy jsou špatně. Navíc je stejně třeba znát definici i když uznávám tu méně "poruchovou" zkratku vlastní = normální (ale to taky není úplně ok) což dává nějaký základ od kterého se potom ví, že je to třeba řešit jinak.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: vlastní
Pavel Kaňkovský,2024-11-14 21:44:09
V teorii relativity je 4-rozměrný prostoročas a vzdálenosti (prostoročasové intervaly) jsou definované jeho metrikou (přesněji pseudometrikou, protože může nabývat i záporných hodnot) výhradně mezi jednoznačně určenými body (událostmi, někdy též světobody) prostoročasu.
Když porovnáváte trvání existence mionu v uvedeném příkladu, tak vlastně porovnáváte jablka s hruškami. Na jedné straně máte přímo vlastní čas mionu, jako by s ním letěly stopky měřící časový interval mezi událostí vzniku a událostí zániku. A tento interval je invariantní. Na druhé straně máte pozorovatele někde na Zemi, který vlastními stopkami měří úplně jiný časový interval mezi projekcemi jmenovaných událostí na svou prostoročasovou trajektorii (světočáru). Ale ta projekce není jednoznačně definovaná, a tudíž není jednoznačný ani ten naměřený interval.
Analogické je to i s tou tloušťku atmosféry. Jednou měříte vlastní vzdálenost tj. interval mezi dvěma událostmi současnými přímo ve vztažné soustavě měřeného tělesa (zakřivení prostoročasu a pohyby vzduchu a planety zanedbejme), podruhé to měříte v soustavě mionu, ale ty soustavy se nikdy nemohou shodnout na obou koncích toho měření, a proto získáte různé výsledky. A ještě je to dál zkomplikované tím, že měření vlastního času má smysluplný lokální význam (prostě sledujete stopky ve vlastní ruce), zatímco měření prostorové délky vyžaduje nějakou netriviální interakci s okolím a vlastně to vede k filosofické otázce, co přesně určuje prostorové rozměry těles.
Těmi "zavedenými výrazy" myslíte dilataci času a kontrakci délek? Možná jsou zavedené, ale nejsou úplným popisem toho, co se tam děje, a mohou se snadno stát spíš zavádějícími. Mimochodem, zkuste si porovnat, kolikrát jsou zmíněny doc. Semerákem v jeho textu k přednášce o STR na matfyzu a kolikrát se tam mluví o vlastním čase. Viz http://utf.mff.cuni.cz/~semerak/STR.pdf (ten text a případně i záznamy přednášek bych doporučil každému, kdo o tom chce sériozně diskutovat)
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: vlastní
F M,2024-11-15 03:07:59
Píši pouze, že ty výrazy nejsou špatně, píši i to, že ty vlastní rozměry jsou lepší a jinými slovy i méně zavádějící, klidně podepíši i tu větší úplnost.
Těm, ale jen těm, základům trochu rozumím i když se zde snažím vyhnout psaní vzorců jak to jen jde, s prostoročasovými (Minkowského) souřadnicemi/vzdálenosti jsem "blbnul" už na ZŠ, ale také ta desetiletí od té doby (SŠ) do nedávna jsem neřešil, nic "nekupeckého". U toho příkladu píši, že je to vtipné vyjádření (trochu vtip). Ale řekl bych, že technicky je správně (i když by se to samozřejmě přes ty vlastní rozměry dalo napsat lépe), na jedné straně vyloženě definice dilatace času a na druhé kontrakce délky, i když je tam třeba vyměnit ty pozorovatele v klidu/pohybu (uznávám, že by se to mělo řešit pořádně a jsou to jen "poloviny" úplného pohledu), ale ta změna mi zase přijde trochu vtipná a tak nějak na nejjednodušší úrovni ukazuje tu relativitu. Při drobném zamyšlení, z toho ta potřeba řešit to pro oba invariantně vykoukne, už kvůli tomu, že oba můžou zvolit soustavu kde jsou v klidu oni a oboje (dilatace a kontrakce) platí obousměrně. Nepsal jsem to abych rozporoval to co píšete, ale jen na to odlehčení. Popravdě to nemám ze své hlavy, ale někde jsem to viděl a diskuse to nebyla (takže to nejspíše bude z hlavy nějakého profesora). Dodatečně, minimálně ta část s dilatací času konkrétně u těch mionů zazněla i od pana Wágnera, ale to nemusí být ten zdroj celku (možná někde ve videu ano). Doufám, že zase nepřehlížím nějakou úplnou hloupost, kterou beru jako podklad k té vtipnosti.
Teď mi ještě došlo, že s přibližováním k povrchu toho bude těm mionum stále víc vypadávat ze zorného pole (bude mimo světelné kužely) a z dálky to řešit konkrétně pro ty miony nemá smysl.
Neznáte nějakou rozumnou učebnici kde jsou vysvětleny matice a tenzory? Tedy ne že bych ani netušil, ale o nic moc víc, všude se předpokládá, že to člověk ovládá, děkuji i za ten odkaz.
Re: Re: Re: Re: Re: vlastní
Florian Stanislav,2024-11-14 14:03:02
No dobře, tak relativistická hmotnost roste s rychlostí podle Lorentzova faktoru. Klidová hmotnost m0 je na rychlosti nezávislá.
Wikipedie. Prostoročas užívaný ve speciální teorii relativity je čtyřrozměrný, přičemž souřadnice x, y, z představují prostorové souřadnice a časová souřadnice je vyjadřována jako ct, kde c je rychlost světla. Čtveřice souřadnic tvoří čtyřvektor.
Takže pokud tomu nějak rozumím, tak c*t je taky rozměr délky, což u rozměru prostoru se zdá rozumné. Až na to že čas teče jedním směrem a skládá se souřadnicemi x, y, z.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: vlastní
Pavel Kaňkovský,2024-11-14 21:57:55
Z pohledu teorie relativity je jen jeden druh vzdálenosti, jestli je prostorová (prostorupodobný interval) nebo časová (časupodobný int.) záleží na znaménku (jedno je kladné a druhé záporné nebo naopak podle konvence metriky). To, že pro čas a rozměr používáme různé jednotky, které se musí přepočítávat, je z teoretického hlediska jen taková zbytečná komplikace a často se pracuje s "přirozenými jednotkami", kde je c = 1, a tím se pak ušetří psaní zbytečných písmenek.
A plynutí času tam vlastně není, protože prostoročas je prostě celý najednou. Ale platí, že čas je jediná dimenze, kterou nelze Lorentzovou transformací libovolně otočit. I když možná fundamentálnější vlastnost je, že jsou vůči L. t. invariantní budoucí a minulý světelný kužel a tedy i kauzální struktura prostoročasu.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: vlastní
Florian Stanislav,2024-11-15 10:35:45
Díky.
" často se pracuje s "přirozenými jednotkami", kde je c = 1, a tím se pak ušetří psaní zbytečných písmenek"
No, když c=1 ( tedy 3E+8 m/s ?), tak to není 1 , ale má rozměr m/s. Představit si pro 1 sekundu kužel 1x1x1x3E+8 m, to není zrovna lehké. Je to vzdálenost blízká dráze Měsíce.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
