„Semmiben nem nyújt új vagy más leírást a térről és az időről”
E. Szabó Lászlóval a relativitáselméletről beszélgetett Balázs László Kristóf
E. Szabó László, fizikus, tudományfilozófus. Korábban a kvantumgravitáció területén folytatott kutatómunkát, majd a kvantummechanika fundamentális kérdéseivel és a fizika filozófiai problémáival kezdett foglalkozni. Jelenleg egyéves kutatóösztöndíjjal Hollandiában tartózkodik, ezért e-mail-váltásokkal „beszélgettünk”.
„Semmiben nem nyújt új vagy más leírást a térről és az időről”
A laikus közönséget kifejezetten érdekli a relativitáselmélet. Ebben nyilván szerepet játszik az a bizsergető momentum, hogy az einsteini elmélet alapjaiban változtatja meg a térről és időről alkotott intuitív fogalmainkat. Ráadásul mindezt nagyon egyszerű matematikai eszközökkel teszi (ami miatt érthetetlen számomra, miért nem tanítják ezt a középiskolában). Nézzük a XIX. század végi helyzetet. A klasszikus fizika beszélgetésünk szempontjából (is) fontos eredményei a következők voltak: a klasszikus mechanikára érvényes a Galilei-féle relativitási elv – amely szerint az inerciális vonatkoztatási rendszerek fizikailag egyenértékűek –, az elektrodinamikát leíró Maxwell-egyenletek viszont egy adott inerciarendszerben érvényesek. A relativitáselméletnek, amelynek az inputja mindössze a Galilei-elv, illetve a Michelson–Morley-kísérlet által implikált tény – miszerint a vákuumbeli fénysebesség minden inerciális rendszerből nézve ugyanakkora –, mik a legfontosabb állításai? Mit mond a térről és időről? Mely készpénznek vett fogalmainkat írta felül?
Először reagálok arra a megjegyzésedre, hogy nem is érted, miért nem tanítják a relativitáselméletet az iskolában. Jóllehet évekkel ezelőtt én magam például tartottam ilyen előadásokat gimnazistáknak, furcsán hangozhat, de mai fejemmel inkább örülök annak, hogy így, pontosan ebben a „bizsergető” formában nem tanítják.
Tehát a lényeg, és ez az, aminek meg nem értéséből az a sok „bizsergés” fakad, hogy Einstein a relativitáselméletben más fizikai mennyiséget nevez „távolságnak” és „időnek”, mint a klasszikus fizika. Tévedés ne essék, hogy mi is a világ rendjéből, amit a tér és az idő fogalma megragad, par excellence filozófiai, metafizikai kérdés. De hogy mit jelentenek ezek a szavak, az nem. A tér és az idő az – mondaná Quine –, amit a fizikus térnek és időnek nevez.
- A különböző inerciarendszerekben értelmezett tér- és időkoordináták a Galilei-transzformációval köthetők össze – a különböző inerciarendszerekben értelmezett bobby- és pamelakoordináták a Lorentz-transzformációval.
- A térbeli távolság két esemény között inerciarendszertől független, abszolút fogalom – a bobbybeli „távolság” két esemény között relatív, azaz inerciarendszertől függő fogalom.
- Egy esemény ideje minden inerciarendszerben azonos – egy esemény pamelája minden inerciarendszerben más és más.
- Két távoli esemény egyidejűsége olyan fogalom, amely nem függ az inerciarendszertől – két távoli esemény egypamelájúsága inerciarendszer-függő fogalom.
- A sebességek normálisan összeadódnak – a béperpék nem, azokra az ún. „relativisztikus sebesség-összeadási formula” teljesül.
- Ha egy adott inerciarendszerben a fény sebessége c, akkor a hozzá képest v sebességgel mozgó inerciarendszerben a fény sebessége c-v/c – ha egy adott inerciarendszerben a fény béperpéje c, akkor a hozzá képest béperpével mozgó inerciarendszerben a fény béperpéje szintén c.
- Egy álló rúd hossza a vele együtt álló inerciarendszerben és egy hozzá képest mozgó ugyanilyen rúd hossza az együtt mozgó inerciarendszerben nem azonos – egy álló rúd bobbyhossza a vele együtt álló inerciarendszerben és egy hozzá képest mozgó ugyanilyen rúd bobbyhossza az együtt mozgó inerciarendszerben azonos.
- Ha egy ikerpárból az egyik testvért itthon hagyjuk, a másikat nagy sebességgel évekig utaztatjuk, akkor újbóli találkozásuk pillanatában egyforma idősek – nem azonos viszont a pamelakoruk. Feltéve, hogy egy mozgó szervezetben az életfolyamatok ugyanúgy lelassulnak, mint a mozgó órák, az utaztatott testvér fiatalabban fog kinézni a koránál – a pamelakoruk viszont hűen tükrözi a biológiai öregedésüket.
Tehát a relativitáselmélet szerint léteznek azok az effektusok, amelyek magyarázzák a Michelson–Morley-kísérlet eredményét, anélkül, hogy a fény terjedési sebességének állandóságát feltételeznünk kellene.
Annál is inkább, mivel az általános relativitáselmélet megalkotása után, pontosabban a húszas évektől kezdve Einstein maga szeretett bele az éter fogalmába. Már 1920-ban a Leideni Egyetemen tartott előadásában egyértelműen arról beszél, hogy az általános relativitáselmélet nem képzelhető el az éter fogalma nélkül.
De ennek sem kell különösebb jelentőséget tulajdonítanunk, csakúgy, mint a négy évvel korábban írt, általad idézett sorainak sem. Továbbá nem szabad túlzott jelentőséget tulajdonítanunk a relativitási elvre és a Lorentz-kovarianciára mint mindent átható egyetemes elvekre vonatkozó lelkesült gondolatmeneteknek sem. Ezek az elvek, mint minden más fizikai törvény, addig érvényesek, ameddig az empirikus konfirmációjuk terjed.
Nehéz erre pontosan válaszolni, és csak a sejtéseimet tudom veled megosztani. A kor, Nietzsche, Bergson, Mach, Freud, Kafka, Joyce Európája ki volt éhezve arra, hogy a legalapvetőbb fogalmainkat és ideáinkat „átértékeljük”. A relativitáselmélet beleillett ebbe a korhangulatba – hangsúlyozom, a relativitáselmélet körüli folklórról beszélek –, a „gyalogos”, fizikus magyarázat nem. Ennek annyira így kellett lennie, hogy évtizedeken keresztül nem vették észre azt a terminológiai zavart, amelyről eddig beszéltem!