Teoria względności dla psychologów

A tak naprawdę to jest to opracowanie dla każdego, kto zechce się z nim zapoznać - nie tylko dla psychologów.
W głównym swoim nurcie wszystkie rozważania obywają się bez wzorów i skomplikowanej matematyki (wystarczą umiejętności na poziomie 3-ciej klasy szkoły podstawowej).

Opracował Michał Dyszyński. Data umieszczenia w serwisie 30 października 2002.
Zmiany 3 sierpnia 2004

Spis treści

Wstęp - ogólne informacje o teorii względności
Układy odniesienia - pojęcie układu odniesienia jest podstawowe dla zrozumienia zagadnień TW
Zasada względności - wprowadzona przez Einsteina ogólna zasada wytyczająca granicę tego co jest względne, a co względnym być nie może.
Prędkość światła - przyczyną powstania TW były zaskakujące wyniki doświadczeń z rozchodzeniem się światła.
Zjawiska tw - skrótowy opis najbardziej znanych zjawisk Szczególnej Teorii Względności:

	Wydłużenie czasu
	Skrócenie długości
	Jednoczesność zdarzeń
	Czas i przestrzeń są względne
	Paradoks bliżniąt

Podsumowanie

Dodatki

Jak to pokazać bez wzorów i zaawansowanej matematyki. Trzeba jednak trochę czasu i cierpliwości na prześledzenie tych rozumowań:
wydłużenie czasu, einsteinowskie skrócenie długości.
W tym rozdziale wyjątkowo wzory
- jako uzupełnienie podaję pewne podstawowe wzory związane ze szczególną teorią względności. Nie jest ich dużo, ale gdyby ktoś chciał się dowiedzieć coś o tej teorii od strony matematycznej, to nie chciałbym aby miał do mnie żal o brak choćby podstaw.
Opowiadanie fantastyczne - czyli I nowość ABSOLUTNA - Takiej jeszcze nie było!!! Napisane przeze mnie opowiadanie, które w beletrystycznej formie ilustruje zagadnienia teorii względności.
Całkowicie oryginalne, publikowane tylko w Fizykonie, tyle że na razie bez zakończenia. Dopiszę je za jakiś czas. Ogólnie, mogę tu napisać, że jego treścią jest niezwykła sytuacja w jakiej znalazł się jeden z pilotów wojennej floty przyszłości. Myślę, że przeczytanie jego treści do końca, wielu osobom pomoże wczuć się w spojrzenia na sytuację w kategoriach einsteinowskich.
paradoks bliźniąt - jeszcze jedna wątpliwość autora witryny.

To jest tęcza nad warszawskim Targówkiem sfotografowana 29 października 2002 r.

Wstęp

Teoria względności Einsteina jest jednym z najciekawszych zjawisk współczesnej nauki i cywilizacji. Prawie każdy o niej słyszał, wzór E = mc² jest najsłynniejszym wzorem fizyki w ogóle, a w świadomości przeciętnego zjadacza wyrobów piekarniczych teoria ta zbliża się w równym stopniu do prawdziwej wiedzy, jak do magii i metafizyki. Jednak, mimo tak wielkiej popularności medialnej teorii Einsteina, rzadkością są osoby które znają jej podstawy Dlaczego? - zapewne większość ludzi nie wierzy, aby kiedykolwiek mogli zrozumieć teorię względności. Wszak słynna jest anegdota o pytaniu skierowanym do Einsteina: „czy to prawda, że tylko dwie osoby na świecie rozumieją teorię względności?” – ten miał odpowiedzieć – „a kto jest tym drugim?...”.

Tymczasem rzeczywistość nie potwierdza typowych wyobrażeń o nadzwyczajnej trudności w przyswojeniu wiedzy związanej z TW (tak będę dalej pisał w skrócie o teorii względności). Osób dobrze ją rozumiejących są na świecie tysiące, zaś minimalną orientację „o co tu chodzi” może zdobyć prawie każdy. Oprócz tego trzeba pamiętać, że Einstein opublikował aż dwie teorie względności: szczególną teorię względności i parę lat później ogólną teorię względności. I o ile ta druga teoria jest rzeczywiście bardzo trudna matematycznie, to szczególną teorię względności jest w stanie opanować w miarę zdolny uczeń ogólniaka. Prawdą jest też, że sam Einstein musiał uznać sprawność innych uczonych w posługiwaniu się jego aparatem matematycznym jego teorii (a wielu przypadkach nawet wyższość), ponieważ okazało się, że wynikające z ogólnej teorii względności modele kosmologiczne zostały niezależnie rozwinięte w sposób, który zadziwił samego twórcę. Podsumowując – być może dokładne zgłębianie fizyki relatywistycznej od strony matematycznej jest zadaniem zbyt ambitnym (relatywistyczny - od ang. "relative" - względny), aby je polecać dla „mas”, to jednak niemal każdy jest w stanie zorientować się w podstawowych założeniach, wnioskach i terminologii, zaś osoby z zacięciem filozoficznym będą miały przy okazji ciekawe tematy do przemyśleń.

Ja (czyli autor tego opracowania – Michał Dyszyński), jako absolwent wydziału fizyki, też musiałem się z powyższą teorią zapoznać, zdać z niej kolokwium i ogólnie wiedzieć „o co chodzi”. W owych trudnych i ciekawych czasach moich studiów (był to akurat rok wprowadzenia stanu wojennego - 1981) względnymi wydawały się być nie tylko czas i przestrzeń, ale wiele zjawisk społecznych, odczuć i zachowań ludzkich. Dlatego dla mnie osobiście teoria względności to nie tylko fizyka – to po prostu kawał prawdy i życia. I wciąż uważam, że (jak z resztą każdej logicznie uporządkowanej części wiedzy) da się z TW wyciągnąć wnioski dotyczące zrozumienia siebie, świata, sposobów porozumienia między ludźmi. Dziś chciałbym się więc tą swoją wiedzą i wnioskami z niej wynikającymi podzielić z każdym, kto zechce dotrwać do końca poniższych wywodów.

Słowo „względny” – mit i sztandar teorii Einsteina

Gdyby dowolnej osobie nie znającej fizyki kazano wytłumaczyć „o co chodzi” w teorii Einsteina, to w większości przypadków usłyszelibyśmy określenie w stylu: „no bo... wszystko jest względne...”. Oczywiście dalsze sondowanie przypadkowo zapytanego hydraulika czy piekarza o to „co” jest względne i „jak” nie ma sensu, jako że najczęściej teoria ta nie jest obiektem jego zainteresowań, jednak faktem jest, że słowo „względny” to swego rodzaju klucz to wyobrażeń na temat TW.

Dlatego też i ja chcę zacząć właśnie od tego analizy znaczenia tego słowa w kilku kontekstach. Relatywistyka rozszerzyła ludzką umiejętność do widzenia rzeczy pod różnymi kątami i uświadomiła, że wiele spraw „oczywistych” tylko się takimi wydaje.

Zastanówmy się więc bardzo ogólnie: na czym polega „względność”.

Ja określiłbym ten termin jako odnoszący się do sytuacji gdy to samo zjawisko jest obserwowane z dwóch (przynajmniej dwóch, bo może i więcej) różnych pozycji, miejsc, punktów widzenia (w fizyce mówimy o dwóch różnych „układach odniesienia”) i gdy powstaje problem uzgodnienia jak te punkty widzenia do siebie się odnoszą. Coś jest względne, gdy przy zmianie punktu odniesienia, zmienia się także sposób widzenia zdarzeń, sytuacji.

Np. fakt słabych wyników ucznia w szkole inaczej wygląda z punktu widzenia nauczyciela, inaczej ucznia, a jeszcze inaczej rodzica. Czyli: sam fakt problemów w nauce jest niezmienny, ale widzenie tego faktu jest dość często różne - względne.

Jak to w każdej społeczności, ludzie próbują się na temat faktów porozumieć – dzięki temu będą mogli razem jakoś zadziałać. Dlatego jeśli Hubert ciągle przynosi do domu oceny niedostateczne, toteż nauczyciel i rodzic muszą się spotkać i pewne sprawy wyjaśnić. I tu dochodzimy do „klu” sprawy – nauczyciel myśli sobie np. coś w tym stylu: „pewnie w domu za mało zajmują się dzieckiem i nie pilnują go należycie”, a rodzic z kolei może przypuszczać, że nauczyciel albo się „uwziął” albo jest kiepskim fachowcem i nie potrafi lekcji dobrze wytłumaczyć. Każda strona widzi problemy naukowe Huberta po swojemu.

Powstaje zatem zasadniczy problem: jak uzgodnić ze sobą różne punkty widzenia (w fizyce obserwacje prowadzone w dwóch układach odniesienia)? Lub w innym ujęciu można by problem postawić tak: jaką procedurę zastosować, aby poznać i porównać punkt widzenia drugiej strony?

Owo uzgadnianie poglądów pomiędzy ma w istocie dwie warstwy, które dość mylą się części osób:

	pierwsza warstwa to warstwa prawdy i fałszu, pomyłek, przeoczeń i błędnych interpretacji
	drugą warstwę określiłbym obiektywną względność odniesień – tutaj nie mówimy już o pomyłkach, czy celowym zakłamaniu sprawy. Po prostu – często jest tak, że po zmianie układu odniesienia rzeczy w sposób naturalny i prawdziwy zaczynają być inne.

W przypadku omawianych wyników szkolnych Huberta warstwa pierwsza jest dość oczywista – być może nauczyciel rzeczywiście zaniedbał opiekę nad uczniami zapóźnionymi w nauce, lub też rodzic o wiele więcej czasu spędza przed telewizorem, niż ze swoimi dziećmi, być może też obaj oszukują się na temat własnych błędów i zaniedbań. Tę sprawę po prostu należałoby wyjaśnić, dzięki czemu okaże się kto się myli, a kto dobrze rozeznał sytuację. Podobnie w fizyce może się zdarzyć, że ktoś ma źle działające przyrządy pomiarowe, albo niewłaściwie się nimi posługuje. Na takie błędy nie ma gotowej jednej "filozoficznej" rady - po prostu trzeba ich unikać.

Dla mnie znacznie ciekawsza jest ta druga warstwa obiektywnych różnic w OPISIE rzeczy i zjawisk. W warstwie tej trzeba się zastanowić np. nad tym, dlaczego nauczyciel „musi” bronić pewnych postaw, nawet przyznając częściowo rację swoim oponentom. Bo choć tenże nauczyciel zdaje sobie sprawę, że gdyby tak „wisiał” nad głową Huberta non stop i zajmował się nim wyłącznie na każdej lekcji, to i wyniki byłyby znacznie lepsze.
Ale wiadomo – jest jeszcze reszta klasy, jest program do zrealizowania, jest mnóstwo problemów, których istnienie uniemożliwia zajmowaniem się jednym uczniem tak, jakby tego wymagały jego potrzeby. I tenże nauczyciel może często i zgadza się z rodzicem, że Hubert mało korzysta z lekcji – ale punkt widzenia nauczyciela jest inny i wcale nie wynika to ze złej woli, czy błędu, ale z obiektywnych uwarunkowań sytuacji.

Po prostu, wiele rzeczy zmienia się automatycznie przy zmianie układu odniesienia.

Tutaj chciałbym opuścić dygresję pedagogiczno - psychologiczną, a wrócić do fizyki. W dalszych rozważaniach przyda się nam rozumienie pojęcia układu odniesienia (dlatego osobom nie znającym owej materii zalecam kliknięcie linku opisującego to zagadnienie).

Wstęp > Układy odniesienia