Písal sa rok 1971, Joseph Carl Hafele práve pripravoval svoju prednášku, keď dostal kuriózny nápad. Siahol po neďaleko ležiacej obálke a na opačnú stranu naškriabal rýchly výpočet. Hmm, pomyslel si, to by mohlo fungovať. Vymyslel zaujímavý experiment, ktorý sa pokúsil nasledujúci rok zrealizovať. Mal však problém, nedokázal získať výskumný grant. Nečudo, chcel z neho zaplatiť letenky pre atómové hodiny.
Fyzika je niekedy zložitá a vzdialená ľudskej predstavivosti. Je ťažké vžiť sa do elektrónov či svetla letiaceho priestorom. Nehmotné častice a jadrové premeny unikajú našim intuitívnym predstavám, experimenty bežne prebiehajú pomocou zložitých zariadení a my sa dozvieme len výsledok, ktorý sa zobrazí na displeji. Ruku na srdce, stráca sa tým trochu čara.
Overenie teórie relativity
Einsteinova teória má mnohé šokujúce dôsledky, medzi najznámejšie patrí rôzne plynutie času. Príčin je niekoľko, napríklad vysoká rýchlosť či silné gravitačné pole. Keby som vás obletel takmer rýchlosťou svetla, videli by ste hodinky na mojich rukách takmer zamrznuté v čase. Takéto niečo sa však ťažko predvádza. Rýchlosti, aké vieme dosiahnuť, sú oveľa menšie.
Efekty teórie relativity sú tak pri bežných podmienkach takmer zanedbateľné. Takmer, ale nie úplne. Americký fyzik Joseph C. Hafele (1933 – 2014) si uvedomil, že pri normálnych komerčných lietadlách je relativistický efekt dosť veľký nato, aby ho dokázali zachytiť presné atómové hodiny. Jednoducho povedané – už pri bežných lietadlách sa mierne prejaví spomaľovanie času, ktoré opisuje Einsteinova teória relativity. J. C. Hafele sa spojil s Richardom E. Keatingom (1941 – 2006), odborníkom na atómové hodiny, a vďaka tentoraz už úspešnej žiadosti o grant spravili asi najlacnejší test Einsteinovej teórie gravitácie. Z celkovej sumy 8 000 dolárov minuli väčšinu na nákup leteniek okolo sveta pre seba a pre atómové hodiny.
Predpoveď verzus skutočnosť
Najprv s nimi obleteli svet v smere na východ, potom v smere na západ. K slovu sa tak dostali dva rôzne efekty. Prvým je, že vo výške, v akej lietajú lietadlá, je slabšia gravitácia a hodiny tam tikajú rýchlejšie v porovnaní s povrchom. Počas jedného obletu naberú podľa teórie asi 150 nanosekúnd.
Druhý efekt súvisí s rozdielnou rýchlosťou a závisí od toho, či lietadlo letí v smere alebo protismere rotácie Zeme. Pri lete na východ by hodinky mali stratiť asi 180 nanosekúnd, pri lete na západ zasa 100 nanosekúnd získať. Netreba zabúdať na to, že Zem sa otáča a tak nikto nestojí, všetci sa pohybujú.
Presnejšie, teória hovorí, že hodinky letiace na západ naberú 275 nanosekúnd a hodinky letiace na východ 40 nanosekúnd stratia. Aký bol výsledok experimentu? V prvom prípade zisk 273 nanosekúnd, v druhom prípade 59-nanosekundová strata. Obdivuhodne presný výsledok na to, že experiment prebiehal pomocou atómových hodín na palube bežných komerčných letov. Ako sa asi tváril palubný personál?
Samuel Kováčik
Fakulta matematiky, fyziky a informatiky
Univerzita Komenského v Bratislave
Viac podobných článkov nájdete na stránke vedator.space.
