RASTKO VUKOVIĆ: Putovanje ka crvenom pomaku

zakon velikih brojeva

Kristijan Dopler (Christian Doppler, 1803-1853) bio je austrijski matematičar i fizičar, najpoznatiji po efektu koji nosi njegovo ime i koji predstavlja relativnu promenu talasne dužine i frekvencije talasa izvora u kretanju u odnosu na mirnog posmatrača.

Ova naizgled bezazlena pojava zgušnjavanja talasa kojima prilazimo i razređivanja onih od kojih odlazimo ima neočekivanu dubinu i zanimljive implikacije.

Doplerov efekat ili pomak javlja se i u zvuku sirene vozila koje prolazi pored nas koja ima viši ton u dolasku i niži u odlasku nego iste sirene u mirovanju. Brzina talasa je broj oscilacija množen talasnom dužinom, pa u mediju (vazduhu) konstantne brzine talasa (zvuka 346 m/s na 25 C) to znači da su talasi izvora koji nam prilazi kraći, a u odlasku duži. Raspon frekvencija zvuka čujnosti mlađe osobe je od 20 do 20.000 herca (treptaja u sekundi).

Slično je sa svetlošću. Kada se Zemlja u rotaciji oko Sunca približava odnosno udaljava od nepokretnih zvezda njihova boja prividno se pomera ka ljubičastoj odnosno crvenoj, u prvom slučaju ka talasnim dužinama oko 300, a u drugom ka 700 nano metara. Frekvencije tih rubova opadaju od 1.000 do oko 430 teraherca, tako da je njihov proizvod sa talasnom dužinom jednak brzini svetlosti u vakuumu inače nezavisnoj od brzine izvora.

Specijalna teorija relativnosti potvrđuje ovaj efekat, ali dodaje i transferzalno (bočno) smanjivanje frekvencija srazmerno relativnom usporavanju toka vremena. Srednja vrednost, aritmetička sredina longitudinalnih (uzdužnih) frekvencija izvora svetlosti u dolasku i odlasku tačno je jednaka transferzalnoj frekvenciji. Zbog konstantne brzine svetlosti u vakuumu odgovarajuće smanjenju frekvencije je povećanje talasne dužine. Opšta teorija relativnosti dosledno usporavanju vremena u jačoj gravitaciji predviđa usporavanje frekvencija svetlosti i opet povećanje njihovih talasnih dužina.

Saglasno kvantnoj mehanici ovo izdužavanje talasa tumačimo povećanjem neodređenosti položaja čestice-talasa, pa shodno teoriji fizičke informacije (hipo)tezom da pozicije prostora kojem se približavamo vidimo verovatnijim od onih od kojih se udaljavamo. Štaviše, u skladu sa tretiranjem (6-D) prostor-vremena te teorije možemo reći da idemo u budućnost zato što nam je ona verovatnija.

Ponoviću, relativistički je efekat da inercijalni sistem (telo) koji nam se približava ima usporen tok vremena pri čemu će se njegova i naša sadašnjost izjednačiti u trenutku susreta, znači da je on do tog trenutka u našoj sve bližoj budućnosti.

Sa druge strane, inercijalni sistem koji se udaljava, a takođe ima relativno sporiji tok vremena, zaostaje sve dalje u našoj prošlosti. Tumačenje većim verovatnoćama zbog kraćih talasnih dužina prvog sistema i obrnuto manjim verovatnoćama pozicija udaljavanja pridodato je sada.

Konačan rezultat imamo i u teoriji relativnosti i kvantnoj mehanici i odnosi se na 6-D prostor vreme (ranije sam opisivao). To objašnjenje ne bi bilo moguće bez ,,apsurdne“ relativističke kontrakcije dužina u pravcu brzine ( ili u pravcu polja) ujedno sa povećanjem talasnih dužina.

Naizgled bezazleni Doplerov pomak ima još zanimljivih implikacija. Pogledajmo šta nam on novoga možda poručuje u vezi sa entropijom. Iz klasične i relativističke mehanike poznato je da (kinetička) energija tela raste sa brzinom, ali Plankova kvantna formula kaže da je energija fotona proporcionalna samo njegovoj frekvenciji. Paradoksalno je što Doplerov efekat predviđa smanjenje te energije zbog kretanja izvora svetlosti kojem se povećava energija.

Jedna od mogućnosti je da zato predefinišemo pojmove toplote (toplotne energije) i temperature tela zbog čuvenog Klauzijusovog razlomka, količnika toplote i temperature, koji je on 1850. godine nazvao entropijom. Proglasimo da se kretanjem povećava temperatura tela i njegova kinetička energija ali ne i toplota.

Povećanje temperature opažamo kao Doplerov pomak ka crvenom a nastalo opadanje entropije u skladu je sa Bolcmanovim statističkim tumačenjem. Naime, relativistička kontrakcija prostora duž pravca kretanja i izostajanja okomitih promena narušava homogenost tela. Relativna nehomogenost smanjuje Bolcmanovu entropiju.

Sa druge strane razdvajanje pojma toplote od kinetičke energije izostaće promena brojnika (toplote) Klauzijusovog razlomka i zbog povećanja nazivnika (temperature) on (entropija) će se umanjiti. Entropija se tako smanjuje proporcionalno  relativnom usporavanju toka vremena (crvenom pomaku). Tada telo ostaje u svom inercijalnom stanju kretanja jer neće spontano preći u stanje niže entropije.

Naglim zaustavljanjem, u trenutku sudara sa preprekom, temperatura tela je kao i neposredno pre sudara, kinetička energija prelazi u toplotnu i raste entropija tela. Čaša u letu tek kada udari u prepreku razbija se saglasno povećanju nereda zbog povećanja entropije (u obe situacije: čaša leti pa se razbije o telo, čaša miruje a telo je udari).

POSTAVI ODGOVOR

Unesite komentar
Unesite ime