Jednoczesność zdarzeń w teorii względności

Innym ciekawym zjawiskiem TW (ale chyba już nie paradoksem) jest problem jednoczesności zdarzeń. Na początek warto jednak nieco przyjrzeć się terminowi zdarzenie. W teorii względności oznacza on bardzo ważne pojęcie, absolutnie kluczowe dla zrozumienia całej koncepcji. Zdarzenie jest jakimś incydentem, który jest ściśle określalny (rozpoznawalny w czasie i przestrzeni).

Przykład, który niżej opiszę pochodzi od samego Einsteina, więc postaram się nie zmieniać w nim zbyt wiele.

Pociąg Einsteina

Wyobraźmy sobie superekspresowy pociąg przejeżdżający przez stację (pociąg Einsteina). Pociąg jest o tyle nietypowy, że porusza się z prędkością bliską prędkości światła. Poza tym pociąg ma tylko jeden wagon, na którego obu końcach znajdują się drzwi otwierane fotokomórką. W środku wagonu znajduje się lampka, która wysyła światło otwierające drzwi. Zastanówmy się nad tym jak będą otwierały się drzwi pociągu z punktu widzenia osoby znajdującej się wewnątrz pociągu, a jak dla zawiadowcy stacji.

Łatwo jest wszystko przewidzieć dla osoby wewnątrz pociągu – ponieważ prędkość światła jest stała, więc rozchodzące się promienie świetlne odbędą taką samą drogę do jednych i drugich drzwi wagonu, dlatego fotokomórki zadziałają jednocześnie i drzwi otworzą się jednocześnie.

Z punktu widzenia zawiadowcy stacji sytuacja jest bardziej skomplikowana. Cóż on widzi: w pewnym momencie w środku przejeżdżającego wagonu rozbłysło światło. Jego promienie poruszające się względem zawiadowcy z prędkością światła (prędkość ta jest niezależna od układu odniesienia – patrz doświadczenie Michelsona Morleya), zachowują się jednak różnie – promień wysłany w przód goni drzwi z fotokomórką i ostatecznie, zanim je dopędzi, przebędzie znacznie dłuższą drogę, niż promień poruszający się kierunku tyłu pociągu, który zmierza na spotkanie swoich drzwi. W efekcie najpierw otworzą się drzwi tylne, a dopiero potem przednie.

Jak z tego widać zdarzenia równoczesne w jednym układzie odniesienia mogą być nie równoczesne w innym układzie. Mówiąc inaczej – nie ma jednolitego zegara we wszechświecie, który tak samo odmierza czas dla wszystkich zdarzeń i wszystkich układów odniesienia.

I jeszcze jedna uwaga: zachwianie jednoczesności zdarzeń przy zmianie układu odniesienia może wystąpić tylko wtedy, gdy zdarzenia odbywają się w różnych miejscach. Im bardziej oddalone od siebie w przestrzeni są jakieś zdarzenia, tym bardziej mogą być one rozdzielone czasowo w różnych układach odniesienia. Jednak zdarzenia zachodzące w tym samym miejscu i czasie nigdy nie będą mogły być rozdzielone.

Wstęp << Transformacje < Wydłużenie czasu,
Skrócenie długości,

Jednoczesność zdarzeń > Czas i przestrzeń są względne