(Lumina soarelui are nevoie de aproximativ 8 minute și 17 secunde pentru a se propaga pe distanța medie de la suprafața Soarelui la Pământ.)
Este greu de găsit o lege mai simplă în fizică decât aceea în care lumina este propagată în spațiul gol. Fiecare copil la școală știe sau crede că știe că această propagare are loc în linie dreaptă cu o viteză c = 300.000 km/sec. În toate situațiile, știm cu mare precizie că această viteză este aceeași pentru toate culorile, pentru că dacă nu s-ar întâmpla acest lucru emisia minimă nu ar fi observată simultan pentru culori diferite în timpul eclipsei unei stele fixe de către vecinul ei întunecat. Prin considerente similare bazate pe observații ale stelelor duble, astronomul olandez De Sitter a putut, de asemenea, să demonstreze că viteza de propagare a luminii nu poate depinde de viteza mișcării corpului care emite lumina. Presupunerea că această viteză de propagare depinde de direcția „în spațiu” este în sine improbabilă.
Pe scurt, să presupunem că legea simplă a constanței vitezei luminii c (în vid) este justificat crezută de copii la școală. Cine își va imagina că această lege simplă a scos fizicianul conștiincios gânditor din cele mai mari dificultăți intelectuale? Să vedem cum arată aceste dificultăți.
Desigur, trebuie să ne referim la procesul de propagare a luminii (și, într-adevăr, la orice alt proces) către un corp de referință rigid (sistem de coordonate). Să alegem din nou un astfel de sistem ca fiind peronul nostru. Ne vom imagina că aerul de deasupra lui a fost eliminat. Dacă o rază de lumină este trimisă de-a lungul peronului, vedem din cele de mai sus că vârful razei va fi transmis cu viteza c față de peron. Să presupunem că vagonul nostru feroviar călătorește din nou de-a lungul liniilor de cale ferată cu viteza v și că direcția sa este aceeași cu cea a razei de lumină, dar cu o viteză, desigur, mult mai mică. Să aflăm viteza de propagare a razei de lumină în raport cu vagonul. Este evident că aici putem aplica considerația din secțiunea anterioară, deoarece raza de lumină joacă rolul omului care merge relativ în lungul vagonului. Viteza w a omului față de peron este înlocuită aici de viteza luminii în raport cu peronul. w este aici viteza considerată a luminii în raport cu vagonul, și avem
w = c – v.
Viteza de propagare a unei raze de lumină în raport cu vagonul rezultă astfel ca fiind mai mică decât c.
Dar acest rezultat vine în conflict cu principiul relativității stabilit anterior. Pentru că, la fel ca orice altă lege generală a naturii, legea propagării luminii în vid trebuie, conform principiului relativității, să fie aceeași pentru vagon ca și pentru corpul de referință ca atunci când șinele sunt corpul de referință. Dar, din considerentele noastre de mai sus, acest lucru ar părea imposibil. Dacă fiecare rază de lumină este propagată în raport cu peronul cu viteza c, atunci din acest motiv, s-ar părea că o altă lege de propagare a luminii trebuie să fie valabilă în mod necesar în ceea ce privește vagonul – un rezultat în contradicție cu principiul relativității.
Având în vedere această dilemă, pare că trebuie să se abandoneze fie principiul relativității, fie legea simplă a propagării luminii în vid. Cei care ați urmat cu atenție discuția precedentă sunt aproape sigur că se așteaptă ca noi să păstrăm principiul relativității, care atrage atât de convingător intelectul, pentru că este atât de natural și simplu. Legea propagării luminii în vid va trebui atunci să fie înlocuită de o lege mai complicată conformă cu principiul relativității. Dezvoltarea fizicii teoretice arată totuși că nu putem continua această idee. Investigațiile teoretice epocale ale lui H. A. Lorentz asupra fenomenelor electrodinamice și optice în conexiune cu corpurile în mișcare arată că experiența în acest domeniu conduce în mod concludent la o teorie a fenomenelor electromagnetice, din care legea constanța vitezei luminii în vid este un consecință necesară. Fizicienii teoreticieni au fost, prin urmare, mai înclinați să respingă principiul relativității, în ciuda faptului că nu s-au găsit date empirice care să contrazică acest principiu.
În acest moment a intrat în arenă teoria relativității. Ca urmare a unei analize a concepțiilor fizice de timp și spațiu, a devenit evident că, în realitate, nu există cea mai mică incompatibilitate între principiul relativității și legea de propagare a luminii, și că, prin alipirea sistematică a ambelor acestor legi s-ar putea ajunge la o teorie logică rigidă. Această teorie a fost numită teoria specială a relativității, pentru a o distinge de teoria extinsă, de care ne vom ocupa ulterior.
Traducere din Relativity: The Special and General Theory, de Albert Einstein
Lasă un răspuns