Teorii relativity dnes zná téměř každý. Říká, že pohyb je relativní. Že na raketu letící směrem od Země můžeme pohlížet i tak, že raketa stojí na místě a naopak Země se vzdaluje od ní. Tento pohled vede k řadě paradoxů, z nichž nejznámější je paradox dvojčat.

Klíč k pochopení teorie relativity spočívá v uvědomění si zásadního omylu – teorie relativity nic takového neříká. Ba právě naopak! Tohle je ve skutečnosti jen častá mylná interpretace. A v okamžiku, kdy si tento omyl uvědomíme, všechny paradoxy se rozplynou jako mýdlová bublina. Krása.

Co se tedy myslí onou relativitou?

Relativitu pohybu popsal už v 17. století Galileo a přece se točí Galilei. Einstein však tuto představu naboural, ukázal, že funguje pouze jako přibližný model při nízkých rychlostech. Při rychlostech blízkých rychlosti světla se prostor a čas chovají zcela jinak, než bychom podle klasické fyziky očekávali, a Galileova relativita už neplatí.

A proč se teda jmenuje „teorie relativity“, když říká, že relativita tak úplně neplatí?

No… To je jako, já nevím, pojmenovat hasičský sbor „požárníci“ 🤦‍♂️ Přešlap, který více než sto let vede k nedorozuměním. Einstein myslel „relativitou“ hlavně relativitu současnosti, že dvě události současné pro jednoho pozorovatele nemusí být současné pro jiného. Tedy že není žádná absolutní současnost, univerzální „teď“ platné pro všechny. Ale jádrem teorie je, že rychlost světla je stejná pro všechny pozorovatele a fyzikální zákony fungují stejně ve všech inerciálních soustavách. Zdůrazňuje tedy to, co zůstává neměnné, takže jí měl říkat spíš „teorie neměnnosti“ nebo, kdyby chtěl být cool, tak „teorie invariance“. Místo Galileových matematických transformací zavádí Lorentzovy, které zachovávají konstantní rychlost světla a vedou k efektům jako dilatace času a kontrakce délek.

A co ten paradox dvojčat? 🚀

A tím se elegantně vyřeší i paradox dvojčat. Nejedná se o skutečný paradox, ale o přímý důsledek toho, že různé cesty časoprostorem mají různou „délku".

Představte si to takhle: stojíte s kamarádem na začátku Karlova mostu a chcete se oba dostat na jeho konec. Vy jdete přímo přes most. Kamarád to vezme oklikou přes Pražský hrad: nahoru, dolů, krásný výhled, ale pořádný kus cesty. Během procházky se od sebe vzdalujete a pak zase přibližujete, a tohle je dokonale symetrické, oba vidíte totéž, ten druhý je menší a menší a pak zase větší. Ale když se na konci mostu setkáte, žádná relativita vám nepomůže, jeden ušel tři sta metrů a druhý tři kilometry. Krokoměr každého z vás to neúprosně potvrdí. A nikoho by ani ve snu nenapadlo tvrdit, že obě cesty byly stejné, vždyť je to očividné!

A přesně tohle se děje s dvojčaty v časoprostoru. Jedno sedí na gauči a kouká na Netflix 🛋️, druhé letí raketou ke hvězdě a zpátky. Během cesty je situace zdánlivě symetrická, oba se vidí vzdalovat a přibližovat. Jenže když se setkají, jejich „časoprostorový krokoměr" ukáže, že jejich cesty měly různou délku. Proč? Každý z nás má něco jako „celkovou rychlost bytí", kterou rozdělujeme mezi pohyb prostorem a pohyb časem. Je to jako rozpočet – utratíte-li víc za pohyb v prostoru, zbyde vám méně na pohyb v čase. A cestující dvojče, které si dalo tu „procházku přes Hrad", utratilo víc ze svého rozpočtu na cestu prostorem – a proto mu zbylo méně na stárnutí. Takže mu po návratu říkají „Čéče, ty vypadáš dobře! Co zobeš a kde se to dá sehnat?" a on odpovídá „To je tím cestováním".

Podstatou vyřešení paradoxu dvojčat tedy není ani brždění a zrychlení kvůli změně směru pohybu, jak se často mylně uvádí. Úplně stačí pohyb samotný směrem tam a zpátky. Vlastně je to další důkaz, že pohyb je zdravý a prodlužuje život.

Btw, kdyby se cestující dvojče nevrátilo, otázka „kdo je mladší?" by nedávala smysl, protože, jak víme, neexistuje společné teď.

A ještě jedno nedorozumění 🤓

Mimochodem, potíž je i s tím slovem „teorie“, protože znamená opět něco jiného, než si běžný člověk představuje. V běžné řeči je „teorie“ něco jako domněnka. „Mám teorii, že soused v noci tajně venčí kočku v obleku superhrdiny.“ Ve vědě je však „teorie“ ten nejvyšší možný status, kterého může vysvětlení dosáhnout – robustní a mnohokrát ověřený systém, který vysvětluje známá fakta a umožňuje předpovídat nové jevy.