Prędkość światła

Opublikowane przez w Warsztat

– Tak więc tato, byliśmy dziś w lesie i mieliśmy linę, i robiliśmy tyrolkę i było fajowo, tylko ta lina się uginała za bardzo…

– No tak, bo to jest lina elastyczna, nie bardzo się nadaje na tyrolkę.

– No dobra, ale jak zamontujemy bloczek zamiast karabińczyka, to mniej się ugnie, prawda? Bo będzie mniejsze tarcie, tak?

– Nie, obawiam się, że nie ugnie się mniej.

– Dlaczego?

No właśnie…

– No dlatego się nie ugnie mniej, że jak coś powiesisz na linie, to w polu grawitacyjnym Ziemi to coś zostanie przyciągnięte i tyle. Nie ma znaczenia na czym będzie wisiało: na karabińczyku, czy na bloczku.

– No ale jak będzie bloczek, to będzie mniejsze tarcie i będę się szybciej poruszał na tyrolce, więc zanim mnie zdąży przyciągnąć, to trochę ucieknę, czyli mniej się powinno ugiąć, prawda?

Ta logika jest szalenie intrygująca, wygląda jednak na to, że trzeba ją obalić… Szybki telefon po małe potwierdzenie do znajomego fizyka, wujka Konia (który akurat w tym momencie – czyż jest możliwy lepszy zbieg okoliczności? – zwiedza Science Museum w Londynie) i jedziemy z koksem.

– Nie zdążysz uciec, bo oddziaływanie grawitacyjne rozchodzi się z prędkością światła, co wynika z Ogólnej Teorii Względności, więc możesz założyć, że jeżeli będziesz się poruszał po tyrolce z prędkościami znacząco mniejszymi od prędkości światła, to chwila ugięcia liny będzie jednoczesna z przyłożeniem do niej masy, zanim układ zdąży „zastanowić się”, czy przyłożenie nastąpiło przez bloczek czy karabińczyk i z jaką prędkością względem liny się poruszasz.

– Ale dlaczego z prędkością światła się porusza? Czyli jak Słońce zgaśnie, to że za chwilę dopiero to zobaczymy?

– Nie, oddziaływanie grawitacyjne w tym kontekście nie ma nic wspólnego ze światłem. Chodzi o to, że na dzisiaj wszelkie eksperymenty pokazują, że nie da się przekazać informacji z prędkością szybszą niż światło. Zmiana w polu grawitacyjnym niesie informację. Jeżeli na krawędzi Układu Słonecznego pojawi się nagle czarna dziura, to zanim się o tym dowiemy, minie na Ziemi czas, jaki potrzebuje światło na dotarcie z tą informacją do nas (pomijając oczywiście kwestię, czy foton z tą jakże ważną dla nas wiadomością nie zostanie przez czarną dziurę wessany). Podobnie gdyby nagle zniknęło Słońce, Ziemia wystrzeli w kosmos dopiero po 8 minutach i 20 sekundach. I w kontekście o który pytasz, nie ma to związku ze światłem, tylko z szybkością propagowaniem pola grawitacyjnego.

– A dlaczego wystrzeli?

– Bo siła odśrodkowa ruchu obrotowego Ziemi wokół środka masy układu Słońce – Ziemia przestanie być równoważona przez grawitację Słońca, w związku z czym trajektoria Ziemi zmieni się z elipsy na prostą i z prędkością 107 tysięcy kilometrów na godzinę pomkniemy po tejże prostej w przestrzeń kosmiczną.

– Ale potem się zatrzymamy?

– Nie bardzo, bo wujek Newton w Pierwszej Zasadzie Dynamiki pokazał, że jak nie będą działać na nas żadne inne siły, to będziemy się poruszać w nieskończoność. Chyba, że się z czymś zderzymy, ale takie zderzenie będzie wynikać z grawitacyjnego przyciągnięcia z innym obiektem, czyli zadziała jakaś siła. Jeśli nam się uda i się nie zderzymy, to będziemy tak sobie lecieć i lecieć. Jak strzelisz z pistoletu, to kula szybko spadnie, bo po pierwsze leci za wolno żeby uciec z Ziemi, a po drugie hamuje ją powietrze. A w Kosmosie przeważnie jest próżnia, więc nic nas nie będzie hamować. Konieczność dodawania „rakietowego gazu” żeby lecieć ze stałą prędkością, to ściema ze Star Wars, „gaz” jest potrzebny tylko do przyspieszania lub hamowania.

– Hmmm… A właściwie dlaczego rakiety i pojazdy kosmiczne nie spadają?

– Spadają cały czas. Przyciąganie na pułapie ich orbit jest niewiele mniejsze niż na Ziemi.

– Ale przecież tam mają nieważkość!

– Ale nie wynika ona z braku przyciągania, tylko z faktu równoważenia się przyciągania grawitacyjnego działającego jak siła dośrodkowa i siły odśrodkowej wynikającej z poruszania się po orbicie z prędkością o wartości w okolicach pierwszej prędkości kosmicznej. No dobra, może wróćmy do liny, co?

– Tak, przydałaby się nam stalowa linka zatem, żeby się tak nie naciągała…

Cudownie.

Wygląda na to, że w edukacji domowej mamy spore problemy ze znalezieniem prostych odpowiedzi na proste pytania…

Podpis autora