מי קובע מי נע ומי נח?

תורת יחסות אלטרנטיבית (3)
תמונה של קימל
פרופסור גיורא קימל

בשני הפרקים הקודמים בסדרה זו הזכרתי את ניסוי מייקלסון-מורלי והצגתי את הבעייתיות שבו, טענתי שבספרות של מדע פופולארי מנסים להסביר את תורת היחסות הפרטית של איינשטיין על ידי המחשות שונות, והצגתי דוגמה שבעזרתה הסברתי מהן השגיאות בהמחשות הללו.

בספרות של מדע פופולארי (למשל "היקום על פי הפיסיקה המודרנית", פרופ' יורם קירש) מרבים להשתמש בדימוי של קרון רכבת בתנועה יחסית כלפי הרציף. משווים את התצפיות של אדם הנוסע בקרון שיש בו פנס לעומת אלה של אדם שעומד ברציף, ביחס לאפקטים שנוצרים עם הפעלת הפנס. הטקסט מתייחס רק לשתי המערכות: קרון ורציף, אבל בפועל ישנה מערכת נוספת והיא המדיום שבו נע האור (או שבו מתפשטים גלי האור).

אם הסיגנל היה גל קול, כאשר ברור שהקול מתפשט באוויר, כל הדיון היה שונה, כי האוויר בקרון צמוד לקרון ולכן הוא נח ביחס לנוסע, אבל נע ביחס לאיש שברציף ומהירות גלי הקול היא לא ביחס למקור, אלא ביחס למדיום. גם אם הקרון נוסע במהירות על-קולית, לא תהיה השפעה על האירועים בתוך הקרון, כי האוויר בקרון נע באותה מהירות על-קולית יחד עם הקרון. הצופה ברציף לא ימדוד שום דבר אחר, כי לגביו הקרון והאוויר בקרון הם יחידה אחת. ומהירות הקול בקרון היא ביחס לאוויר בקרון שנע יחד עם הקרון. כאשר הקול יצא מהקרון הוא יתפשט באוויר שנח כלפי הרציף, ואז הצופה יחווה שינוי תדר עקב אפקט דופלר.

אולם כל הדברים האלה לא מובאים בחשבון בדימויים של סיגנלים של אור. בתנועה יחסית של מערכות, באיזה מדיום נע האור? אם זהו האוויר של הקרון, אזי הנוסע והקרון מהווים מערכת סטטית ולא משנה באיזו מהירות היא תנוע. אם נדליק אור במרכז הקרון הוא תמיד יגיע לשני קצוות הקרון בו-זמנית. גם הצופה ברציף יראה אותו סדר אירועים (אם נניח שמהירות האור היא אך ורק ביחס למדיום). כי גם לגביו האוויר בקרון והקרון הם מקשה אחת. זהו בעצם הניסוי הריאלי. כאשר האור מתפשט מחוץ לקרון הוא עובר למדיום אחר – האוויר של הרציף שהוא סטטי לגבי הצופה ברציף. הואיל ומקור שלו (הקרון) נע, הצופה יראה אותו באורך גל שונה לפי אפקט דופלר, אך מהירות האור תהיה מהירות האור המתפשט באוויר של הרציף.

מייקלסון ומורלי מדדו את מהירות האור בקרון בכיוונים שונים ולא ראו הבדל, אף שהם מודעים לכך שהקרון דוהר ביחס לרציף.

בסימולציות שמובאות בהסברים הפופולאריים לתורת היחסות הפרטית לא מתייחסים למערכת ריאלית של תנועה באוויר, אלא כאילו הקרון נע בוואקום (שהוא המדיום שבו נע האור). הוואקום הזה לא נסחף עם הקרון. זוהי הפרה של העיקרון שלפיו כל המערכות האינרטיות הן זהות, משום שיש פה מערכת שלישית (הוואקום) שקובעת מי נע ומי נח.

להלן אציין שתי שגיאות נפוצות בסימולציות: האחת ("היקום על פי הפיסיקה המודרנית", קירש בעמ' 122) אצל הנוסע ברכבת הוואקום נסחף עם הרכבת, כלומר המדיום לתנועת האור בקרון הוא נייח כלפי הקרון. כך שהמדיום לתנועת האור נע יחד עם הקרון, אבל לגבי הצופה על הרציף המדיום לתנועת האור בקרון הוא נייח לגבי הרציף, כלומר נע במהירות הרכבת בכיוון הפוך לתנועתה. ברור, אם כן, שאם המערכת השלישית (המדיום להעברת האור) בקרון היא נייחת הן ביחס לנוסע בקרון והן ביחס לצופה ברציף, נקבל אי-התאמות שניתן לתקן אותן כאשר מניחים שמהירות האור בוואקום קבועה ושאי-אפשר לעבור את מהירות האור בוואקום.

השגיאה הנפוצה הנוספת: "מהירות האור אינה תלויה במהירות מקור האור". הנכון הוא שהאור מתקדם כגל במהירות רק כלפי התווך שבו הוא מתפשט. תנועת מקור הגל כלפי המדיום תגרום רק לשינוי התדר שיהיה גבוה יותר בכיוון התקדמות המקור ונמוך יותר בכיוון ההפוך (אפקט דופלר).

Facebook
Twitter
LinkedIn
WhatsApp
Email

4 תגובות

  1. בטוח שמאמר כל כך מעניין לא יובן על ידי רוב הגולשים. מערכת החינוך שלנו מחמיצה בגדול והתוצאות יתבטאו בעתיד בחולשה של רמת האוכלוסיה

  2. מה שאני למדתי שגם קביעות מרשימות וחזקות של אנשי מדע רציניים ביותר, עלולים להתברר כטעות ושגיאה

  3. כאשר הראש עסוק בבעיות קשות מסובך להתרכז במאמרים כאלה, ובכל זאת זה עניין אותי כי פת"ח לי פת"ח להבנה בנושאים שתמיד עקפתי אותם

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר. שדות החובה מסומנים *

פרסום תגובה מהווה הסכמה לתנאי השימוש באתר.
התגובות יפורסמו לפי שיקול דעת העורך.

עשוי לעניין אותך

תמונה של בורוכוב

סיבות לדאגה

סקירה כללית על חברת "אפל" (Apple)

תמונה של מיקי

את כולם, עכשיו!

ממשלת ישראל חייבת לשחרר את החטופים ללא דיחוי

דילוג לתוכן