TEORIJE

Pripremio:Zoran Janjušević

Povećanja mase pri brzinama bliskim brzini svetlosti
Neposredno do svetlosne barijere

Poznata je pojava da se, pri brzinama bliskim brzini svetlosti, koje se postižu u savremenim akceleratorima, uvećava masa ubrzane čestice. Ovu pojavu predvideo je početkom 20. veka Albert Ajnštajn svojom Teorijom relativiteta. Matematička interpretacija data je poznatim Lorencovim transformacijama koje za ovaj slučaj izgledaju ovako :

pri čemu su : M - masa čestice u kretanju, Mo - masa čestice u mirovanju ( konstanta ), C - brzina svetlosti u vakuumu ( konstanta ) i V - brzina čestice. Iz navedene jednačine mogu se izvesti dva zaključka :

- masa čestice je promenljiva i zavisi samo od brzine “ V ” to jest : M = f ( v )

- pri brzini V = C masa teži beskonačnoj vrednosti.

Prvi zaključak podrazumeva da su veličine mase mirovanja i brzina svetlosti u vakuumu jasno definisane konstantne veličine. Da li je tako ?

Masa koja je u stanju mirovanja u vasioni ne postoji. Sva materija se, posle Velikog praska, nalazi u stanju neprekidnog kretanja sa brzinama koje su bliske brzini svetlosti. Prema sadašnjim saznanjima, naša galaksija se kreće brzinom od oko 200.000 km / sec, što čini 2/3 brzine svetlosti. Relativno mirovanje u odnosu na Zemlju je takođe pod znakom pitanja jer su sve elementarne čestice iz kojih se masa sastoji ( elektroni, protoni, neutroni, kao i njihovi sastavni delovi kvarkovi ), u stanju neprekidnog, pretežno kružnog kretanja. Prema izloženom, “ masa mirovanja ” gubi svaki smisao jer kao takva ne postoji.

Brzina svetlosti u vakuumu podrazumeva postojanje vakuuma i mogućnost merenja u istom. Vakuum koji se definiše praznim prostorom bez ikakvog prisustva materije u vasioni ne postoji. Razlog za to su bezbrojni izvori elektro - magnetnog zračenja koje prožima sve delove vasione. Ono se sastoji iz materijalnih čestica koje se ne mogu ničim izolovati ( neutrini, na primer ), pa sledi već izvedeni zaključak.

Obe ove činjenice upućuju na pomisao da Lorencove jednačine predstavljaju samo aproksimaciju onoga što se stvarno dešava sa masom pri brzinama bliskim brzini svetlosti i da data matematička definicija ne odgovara u potpunosti prirodnim osobinama materije u kretanju.

Drugi zaključak, da se pri brzini ravnoj brzini svetlosti dobija beskonačno velika masa pokretnog tela, doveo je do uvođenja pojma nulte mase, odnosno tvrdnje da čestice koje se kreću brzinom svetlost nemaju masu mirovanja, zapravo ona je ravna nuli. Da bi se objasnio jedan iracionalni rezultat, usvojena je druga iracionalna pretpostavka, prema kojoj navedene čestice počinju svoj put bez mase da bi je dobile u kretanju, na račun energije koja im je tom prilikom pridodata. Međutim, ni ova postavka ne čini Lorencove transformacije primenljivim na čestice koje se kreću brzinom svetlosti.

Elektromagnetno zračenje

Prazan prostor morao bi da bude lišen svakog prisustva materije u bilo kakvom obliku. Ovakav uslov ne zadovoljava ni jedan poznati prostor, uključujući i međugalaktičko prostranstvo koje za sada najviše odgovara datoj definiciji praznog prostora. Razlog za to je kosmičko elektromagnetno zračenje koje, zbog prodornosti nekih svojih oblika, ispunjava celu vasionu. Odavde sledi da je sav prostor ispunjen najsitnijim elementarnim česticama. Izuzimajući okolinu jakih izvora elektromagnetnog zračenja, one približno ravnomernom gustinom ispunjavaju sav poznati “ prazni ” prostor. Druga važna konstatacija je da se pomenute čestice kreću brzinom svetlosti ili približno njoj, u svim pravcima.

Elektroni u akceleratoru

Čestice koje se ubrzavaju u akceleratoru, poseduju pozitivni ili negativni električni naboj i neuporedivo su masivnije od fotona ili neutrina. Najmanja od njih, elektron, ima masu veću približno 250.000 puta od mase fotona vidljive svetlosti, koja je uzeta kao primer za upoređenje.

Elektron u akceleratoru će, kao masivniji, potiskivati sitnije čestice na svome putu, sve više ih gomilajući ispred sebe. Taj efekat će brzo biti izražen kad se brzina elektrona približi brzini svetlosti, odnosno brzini čestica koje ispunjavaju prostor akceleratora ( fotoni, neutrini …). Zbog sve manje mogućnosti da izbegnu ubrzani elektron, čestice će se “ lepiti ” za njega, povećavajući mu prividno masu. Paralelno sa nagomilavanjem čestica, rašće i otpor kretanju elektrona a samim tim i potreba za sve većim utroškom energije.

U akceleratorima, elektron ubrzava elektromagnetna sila koja ga vuče ili potiskuje svojim dejstvom. Kako se to dejstvo prenosi brzinom svetlosti, logično je da elektron ne može da dostigne ili prekorači tu brzinu, bez obzira na utrošenu energiju. Isto se dešava i sa drugim ubrzanim česticama.

Tela koja se kreću većom brzinom od brzine rasprostiranja talasa u datoj sredini ( pramac broda ili vrh supersonične letelice ) izazivaju talase koji se rasprostiru bočno od pravca kretanja tela, pod uglom koji zavisi od brzine rasprostiranja talasa i brzine kretanja tela u toj sredini. Sličnu pojavu otkrili su sovjetski fizičari, dobitnici Nobelove nagrade, Čerenkov, Tam i Frank, ispitujući kretanje čestica pri brzini većoj od brzine svetlosti u ispitivanoj sredini. Određen je i ugao izmedu pravca zračenja ( rasprostiranja elektromagnetnih talasa svetlosti ) i pravca kretanja čestice.

“ Prazan prostor ”

Osobina nagomilanih molekula vode, odnosno vazduha da, pri probijanju te prepreke telom koje se kreće brzinom većom od brzine pobuđenih talasa, formiraju opisano talasno kretanje, kao i eksperiment sovjetskih fizicara, ukazuju na mogućnost da se i višak mase elektrona, pri eventualnom prekoračenju brzine svetlosti, pretvori u emisiju elektromagnetnog zračenja. Za sada, teorijska fizika ne razmatra mogućnost prekoračenja brzine svetlosti u vakuumu.

Možda je jedna od takvih mogućnosti sudar dveju masivnih čestica ( na primer, dva protona ) pod pravim uglom, koje se kreću brzinama bliskim brzini svetlosti. Tom prilikom, u idealnom slučaju, jedna čestica bi mogla da preda jedan deo svog inpulsa drugoj, čime bi joj omogućila da probije “ svetlosnu barijeru ”. Pri sudarima čestica u akcleratoru ( slučaj kada su dve masivne čestice ubrzane i usmerene jedna prema drugoj - čeoni sudar ) dolazi do “ rađanja ” novih čestica i dopunskog elektomagnetnog zračenja. Pretpostavka je da je tom prilikom jedna od čestica prekoračila brzinu svetlosti u kratkom vremenskom intervalu, čime je izazvala pojavu sekundarnog zračenja, kako su to već opisali pomenuti nobelovci. Razlog zašto ta pojava nije dosada otkrivena leži verovatno u tome što se pomenuto dešava u vrlo kratkom vremenskom intervalu, u kojem čestice koje ispunjavaju dati prostor uspevaju da priguše postignutu brzinu i smanje je na vrednost ispod brzine svetlosti.

Pada u oči velika sličnost sa fizičkim pojavama koje izaziva kretanje čestice brzinom bliskom brzini rasprostiranja elektromagnetnih talasa ( brzina svetlosti ), u prostoru ispunjenom najsitnijim elementarnim česticama. Ova sličnost ne može biti slučajna i daje za pravo da elementarne čestice koje ispunjavaju “ prazan prostor ”, budu tretirane kao neka vrsta specijalnog fluida, što nas delimično vraća na ranije popularnu a danas odbačenu Teoriju etera.

Zaostajanje sata i paradoks blizanaca

Poznate „ paradoks blizanaca ” i “ zaostajanje časovnika ” pri velikim brzinama kretanja, predvideo je Albert Ajnštajn. Eksperiment koji je izveden sa dva vrlo precizna časovnika, od kojih je jedan stavljen u letelicu a drugi je ostao u laboratoriji nepokretan u odnosu na Zemlju, potvrdio je zaostajanje pokretnog časovnika u odnosu na drugi približno u skladu sa Teorijom relativiteta. Postavlja se pitanje : da li je rastezanje vremena pravo objašnjenje eksperimenta ili postoji možda neko drugo ?

Već je objašnjeno da, pri kretanju tela kroz svaki nama poznati prostor, dolazi do nagomilavanja sitnih elementarnih čestica koje pružaju otpor svakom kretanju i teže da ga uspore. To se dešava i sa pomenutim časovnikom u kretanju kod koga dolazi do usporenja oscilacija, što se odražava kao zaostajanje u odnosu na nepokretni časovnik. Ovaj fenomen je naročito izražen pri kretanju brzinom bliskom brzini svetlosti. Slično razmišljanje se može primeniti i pri analizi paradoksa blizanaca. Životne funkcije u telu blizanaca predstavljaju relativno kretanje materije. Kod blizanca koji putuje velikom brzinom, to kretanje se usporava, što se manifestuje kao usporenje starenja, kako je to predvideo Ajnštajn. U prirodi postoji samo neprekidno kretanje materije. U nemogućnosti da sagleda tokove tih promena bez poređenja sa nekim periodičnim stalnim promenama, čovek je, još na početku svog intelektualnog razvoja, za uporednu veličinu uzeo izlazak i zalazak Sunca, odnosno kasnije okretanje Zemlje oko svoje ose.

Da li vekovnu težnju čoveka da sve događaje veže, odnosno meri njihov tok sa što je moguće tačnijim kretanjem nekog porednog predmeta, treba ignorisati, uvodeći rastežuće vreme, samo zato što možda nismo shvatili uzroke usporenja oscilacija kojima merimo zamišljeni protok vremena ?

Ajnštajn je Teorijom relativiteta pomogao rešavanju do tada nerešivih problema savremene fizike. Ali, da li je zbog toga treba smatrati apsolutnom istinom, ili i na nju gledati relativistički, vezujući je za jedan period naučne misli ?

Zoran Janjušević