РАСТКО ВУКОВИЋ: Путовање ка црвеном помаку

0
115
rastko

Кристијан Доплер (Christian Doppler, 1803-1853) био је аустријски математичар и физичар, најпознатији по ефекту који носи његово име и који представља релативну промену таласне дужине и фреквенције таласа извора у кретању у односу на мирног посматрача.

Ова наизглед безазлена појава згушњавања таласа којима прилазимо и разређивања оних од којих одлазимо има неочекивану дубину и занимљиве импликације.

Доплеров ефекат или помак јавља се и у звуку сирене возила које пролази поред нас која има виши тон у доласку и нижи у одласку него исте сирене у мировању. Брзина таласа је број осцилација множен таласном дужином, па у медију (ваздуху) константне брзине таласа (звука 346 m/s на 25 C) то значи да су таласи извора који нам прилази краћи, а у одласку дужи. Распон фреквенција звука чујности млађе особе је од 20 до 20.000 херца (трептаја у секунди).

Слично је са светлошћу. Када се Земља у ротацији око Сунца приближава односно удаљава од непокретних звезда њихова боја привидно се помера ка љубичастој односно црвеној, у првом случају ка таласним дужинама око 300, а у другом ка 700 нано метара. Фреквенције тих рубова опадају од 1.000 до око 430 терахерца, тако да је њихов производ са таласном дужином једнак брзини светлости у вакууму иначе независној од брзине извора.

Специјална теорија релативности потврђује овај ефекат, али додаје и трансферзално (бочно) смањивање фреквенција сразмерно релативном успоравању тока времена. Средња вредност, аритметичка средина лонгитудиналних (уздужних) фреквенција извора светлости у доласку и одласку тачно је једнака трансферзалној фреквенцији. Због константне брзине светлости у вакууму одговарајуће смањењу фреквенције је повећање таласне дужине. Општа теорија релативности доследно успоравању времена у јачој гравитацији предвиђа успоравање фреквенција светлости и опет повећање њихових таласних дужина.

Сагласно квантној механици ово издужавање таласа тумачимо повећањем неодређености положаја честице-таласа, па сходно теорији физичке информације (хипо)тезом да позиције простора којем се приближавамо видимо вероватнијим од оних од којих се удаљавамо. Штавише, у складу са третирањем (6-Д) простор-времена те теорије можемо рећи да идемо у будућност зато што нам је она вероватнија.

Поновићу, релативистички је ефекат да инерцијални систем (тело) који нам се приближава има успорен ток времена при чему ће се његова и наша садашњост изједначити у тренутку сусрета, значи да је он до тог тренутка у нашој све ближој будућности.

Са друге стране, инерцијални систем који се удаљава, а такође има релативно спорији ток времена, заостаје све даље у нашој прошлости. Тумачење већим вероватноћама због краћих таласних дужина првог система и обрнуто мањим вероватноћама позиција удаљавања придодато је сада.

Коначан резултат имамо и у теорији релативности и квантној механици и односи се на 6-Д простор време (раније сам описивао). То објашњење не би било могуће без ,,апсурдне“ релативистичке контракције дужина у правцу брзине ( или у правцу поља) уједно са повећањем таласних дужина.

Наизглед безазлени Доплеров помак има још занимљивих импликација. Погледајмо шта нам он новога можда поручује у вези са ентропијом. Из класичне и релативистичке механике познато је да (кинетичка) енергија тела расте са брзином, али Планкова квантна формула каже да је енергија фотона пропорционална само његовој фреквенцији. Парадоксално је што Доплеров ефекат предвиђа смањење те енергије због кретања извора светлости којем се повећава енергија.

Једна од могућности је да зато предефинишемо појмове топлоте (топлотне енергије) и температуре тела због чувеног Клаузијусовог разломка, количника топлоте и температуре, који је он 1850. године назвао ентропијом. Прогласимо да се кретањем повећава температура тела и његова кинетичка енергија али не и топлота.

Повећање температуре опажамо као Доплеров помак ка црвеном а настало опадање ентропије у складу је са Болцмановим статистичким тумачењем. Наиме, релативистичка контракција простора дуж правца кретања и изостајања окомитих промена нарушава хомогеност тела. Релативна нехомогеност смањује Болцманову ентропију.

Са друге стране раздвајање појма топлоте од кинетичке енергије изостаће промена бројника (топлоте) Клаузијусовог разломка и због повећања називника (температуре) он (ентропија) ће се умањити. Ентропија се тако смањује пропорционално  релативном успоравању тока времена (црвеном помаку). Тада тело остаје у свом инерцијалном стању кретања јер неће спонтано прећи у стање ниже ентропије.

Наглим заустављањем, у тренутку судара са препреком, температура тела је као и непосредно пре судара, кинетичка енергија прелази у топлотну и расте ентропија тела. Чаша у лету тек када удари у препреку разбија се сагласно повећању нереда због повећања ентропије (у обе ситуације: чаша лети па се разбије о тело, чаша мирује а тело је удари).

ПОСТАВИ ОДГОВОР

Унесите коментар
Унесите име