Foto: Facebook/Youtube
SAŠA CECI, fizičar s instituta Ruđer Bošković još jednom je svojim prijateljima i patiteljima na Facebooku odlučio pojasniti jednu fizikalnu pojavu jednostavnim riječnikom.
U ovom je tekstu, koji ovdje prenosimo u cijelosti, objasnio zašto je važno držati se za rukohvate u javnom prijevozu, te zašto smatra da je bitno vezati pojas u autu.
"Odrastao sam nekih tri četvrt sata vožnje autobusom od glavnog gradskog kolodvora prema jugoistoku. Svakodnevna vožnja bila dio mog odrastanja. U busu bih upoznavao nove ljude i čitao knjige. Često smo i kartali kad bi nas se skupilo dovoljno. A povremeno bih i napisao neku zadaću. Jer sam doma imao pametnije stvari za raditi. Vjerojatno gledati televiziju.
Uglavnom, zadaća bi na kraju ličila na onaj kamen iz Rozete. Prvo par redova na klinastom pismu dok bismo vozili po ravnom, jer bi me svako malo zakucalo u sjedalo. Onda par redova hijeroglifa kad bismo prolazili kroz zavoje. A onda nešto kao normalno pismo kad bismo stali na stanici. I tako bi se ti redovi ponavljali. A skice uz zadatke bi bile k'o da ih je radio Edo Murtić. Eh, da smo dobivali zadaću iz likovnog, gdje bi mi bio kraj.
U busu bi iznad vrata uvijek pisali neki natpisi. Ono, tipa – opasno je naslanjati se na vrata. I naravno da je u svakome bilo dopisano si ispred se. Ili one naljepnice – Vožnja bez karte je najskuplja vožnja. Šatro, ali dobro. Tu bi se, naravno, brisalo t. Među tim natpisima koje kao da je netko namjerno smišljao da bi se klinci našeg tadašnjeg uzrasta super zabavljali, bio je i onaj – Držite se za rukohvat zbog naglog kočenja. Ma daj, pa samo papci se drže!
I tako, naravno da smo glavama, a bome i drugim ekstremitetima, svako toliko odvaljivali po tim rukohvatima. Kad bih bio blizu tog gelendera, udarac u njega bi bio puno ugodniji (OK, manje neugodan) nego kad bih bio dalje. Kad se nešto giba, ako mu ništa ne smeta želi se nastaviti gibati. To je u redu. Tako se učilo u školi. Ali ako se moja glava želi nastaviti gibati istom brzinom, kakve veze ima je li ta glupa štanga pet ili dvadeset pet centimetara dalje.
Nažalost, ima. Naime, bus se ne stane na mjestu, već polagano usporava. Čak i kad naglo zakoči, treba mu neko vrijeme da se potpuno zaustavi. To koliko ću jako udariti ovisi o razlici u brzinama između moje glave i rukohvata. Što je duži put koji prelazim, ta razlika je veća jer je bus, a s njim i rukohvat, za to vrijeme više usporio. Dok skroz ne stane – tada je razlika najveća.
Zanimljivo je da se to može gledati i na drugi način. Putnicima u busu koji ne mijenja brzinu sve u njemu izgleda kao da se uopće ne mičemo. Je, OK, sav se trese, u njemu uvijek nešto lupa i udara, ali kad toga ne bi bilo, samu brzinu mi ne bismo uopće osjetili. Zato se nekad dogodi da kad sjedimo u busu ili vlaku koji se ne miče na kolodvoru, a kraj nas prođe drugi bus (ili vlak) da nam se učini da se mi mičemo. Mozak dobije informaciju da se naš okoliš pomiče i zaključuje da je logičnije da se zapravo pomičemo mi. I pošalje nam taj osjećaj. Toliko o našoj percepciji stvarnosti.
Ipak, u ovom slučaju krivica nije na našem mozgu ili osjetilima. Nikakvim fizikalnim ni kemijskim pokusom, a onda i nikakvim našim biološkim osjetilom koja se temelje ne fizici i kemiji, mi ne možemo utvrditi da se gibamo nekom stalnom brzinom. To svojstvo prirode, cijelog našeg svemira. Jedno je od dva temelja na kojima je Einstein izgradio svoju specijalnu teoriju relativnosti. Da, to je ona teorija u kojoj je E jednako em ce na kvadrat.
Glavna fora te njegove teorije bila je da više nismo mogli gledati na prostor i vrijeme kao na odvojene stvari. Veće brzine su utjecale i na jedno i na drugo. Usporavale bi vrijeme na satovima i skupljale prostor. Ne skupljale kao Pokemone, nego skupljale kao u pranju. Zbog te veze između prostora i vremena počelo ih se nazivati jednim imenom: prostor-vrijeme.
Kod kočenja autobusa, brzina se mijenja i mi to jako dobro osjećamo. Time se Einstein bavio sljedećih deset godina nakon otkrića one prve teorije. Ne, nije smišljao kočnice za autobuse, iako je imao hrpu najrazličitijih patenata. Umjesto toga, razmišljao je kako ljudi osjećaju ubrzanje, kad već ne osjećaju brzinu.
Recimo da je autobus u dalekom svemiru i da se počne gibati prema gore stalnim ubrzanjem. Na primjer, tako da mu se brzina svake sekunde poveća za nekih 35 kilometara na sat. Ljudi u busu bi imali osjećaj da on stoji parkiran negdje na Zemlji. Odnosno, ne bi imali nikakav osjećaj zbog viška ionizirajućeg zračenja i pomanjkanja zraka, ali zanemarimo sad te nevažne detalje. Ako bi nešto ispustili iz ruke, to bi palo na pod autobusa jednakom brzinom kojom bi palo na tlo na našem planetu. To ubrzanje je u busu proizvelo nešto kao gravitaciju.
To znači da kad autobus naglo zakoči, mi to osjećamo kao da se pojavila neka nova sila teža, koja može biti i puno jača od ove Zemljine, i koja nas vuče prema naprijed. I baš kao što predmeti koji padaju pod djelovanjem normalne sile teže ubrzavaju, tako i glava sve dok traje kočenje ubrzava prema rukohvatu. Najjače “sile teže” koje se javljaju u sudarima mogu biti stotinu pa i nekoliko stotina puta jače od gravitacijskog privlačenja našeg planeta. Zato je možda ipak bolje ne glumiti frajera, nego se držati za rukohvat. I naročito vezati pojas u autu. Teško mi je ne primijetiti da znanost ima tendenciju da od nas radi papke.
Nakon deset godina razmišljanja o toj vezi sile teže i ubrzanja (i učenja ludo teške matematike kojom se to sve moglo nekako opisati i izračunati neka predviđanja) Einstein je predložio svoju teoriju gravitacije. Zovemo je dosta slično kao onu ranije – teorija relativnosti, ali opća, a ne specijalna. Ona je objasnila jedan do tada neobjašnjivi misterij – neobičnu putanju Merkura oko Sunca.
Merkur se, baš kao i svi planeti, oko Sunca giba po elipsi. Elipsa izgleda kao da smo rastegnuli onaj hulahup. Ne najlonske čarape (to su hulahopke) nego plastični kolut koji se nekako (nikad nisam skužio točno kako) vrtio oko trbuha i bio ludo popularan u drugoj polovici prošlog stoljeća. No za razliku od ostalih planeta, taj rastegnuti hulahup po kojem se giba Merkur i sam se vrti oko Sunca, pa se najbliža i najdalja točka stalno pomiču umjesto da budu na istom mjestu. Kasnija mjerenja su pokazala da se to događa i drugim planetima, ali efekt je puno, puno manji. Ugrubo, vrtnja te elipse je proporcionalna kvadratu brzine kojom se sam planet vrti oko Sunca. A Merkur se od svih planeta vrti najbrže, pa se to kod njega najjače i vidi.
Da bi se dodatno provjerila ta njegova teorija, Einstein je izračunao koliko će Sunce skrenuti svjetlost koja nam dolazi sa zvijezda. Domišljato, dragi Alberte, jer nitko ne može izmjeriti svjetlost zvijezda po danu. Tako se fino dočeka penzija bez da je teorija opovrgnuta, jelda? A poslije tko živ, tko mrtav. No, nije baš tako. Može se izmjeriti tijekom potpune pomrčine Sunca. I tako su znanstvenici otputovali tamo gdje se najbolje vidjela, i potvrdili tu njegovu teoriju.
Uz sve to, teorija je predviđala i da sa satovima opet nešto neće štimati. Što su bliži velikoj masi, rade sporije. Ne zbog mehaničkih razloga, iako bi i na to trebalo paziti, već zbog samog prostor-vremena koji se jače deformira oko većih masa.
I tu priča ne staje. Ako su te mase dovoljno velike, a prostor koji zauzimaju dovoljno malen, toliko će jako skretati svjetlost okolnih zvijezda da će ona koja prođe preblizu skrenuti ravno u njih. I ništa što im dođe preblizu neće se više moći udaljiti, pa ni ta svjetlost. Izgledat će kao crne rupe. Zato ih se tako i nazvalo. Zanimljivo je da Einstein nikako nije želio prihvatiti da tako nešto može zaista i postojati. No vjerovao je da postoje gravitacijski valovi, koje je također predviđala njegova teorija. Doduše, za njih nije vjerovao da će ih se ikad moći detektirati, jer su preslabi.
Što su gravitacijski valovi? Znamo da zvuk može nastati titranjem, brzim pomicanjem neke napete žice simo-tamo koja onda ritmički pritišće i pomiče zrak oko sebe. Ta promjena se širi kroz zrak brzinom zvuka. Normalno, jer je to zvuk. No ta žica ima i neku masu. Svaki put kad žica zatitra, deformira se i prostor oko nje. Ta deformacija prostora, nalik na valove na vodi, širi se brzinom svjetlosti. To nazivamo gravitacijskim valovima. Fora je da znamo da ti valovi postoje; otkriveni su 2014. godine u sudaru dviju crnih rupa. Onih u koje Einstein nije vjerovao. Stvarnost ne mari previše za naše snove i vjerovanja. Čak ni onih ljudi koji su tu stvarnost otkrivali.
Sve je to lijepo, ali čemu to zapravo služi? Specijalna i opća teorija relativnosti su stvari za koja mnogi smatraju da su zanimljive samo znanstvenicima koji se time bave.
Nekakvi Merkuri, crne rupe, astronomi, astrolozi, što li. (Inače, svako toliko u nekom filmu ili seriji vidim da prevoditelji riječ astronomer prevedu kao astrolog – ne znam je li im to neka interna fora, kao ono da uvijek malo pobrkaju brojeve, ili što.) U svakom slučaju, lako je olako zaključiti da za nas druge nemaju baš nikakvu konkretnu primjenu.
To, međutim, nije točno.
Na oko 20 000 kilometara od površine našeg planeta nalaze se sateliti iz sustava globalnog pozicioniranja. Da, to je onaj famozni GPS. Da se nalaze na cirka 36 000 kilometara iznad ekvatora, bili bi u geostacionarnoj orbiti – stajali bi iznad iste točke na Zemlji jer bi se vrtjeli istom (kutnom) brzinom kao Zemlja. No ovi GPS sateliti nisu takvi. (Mislili ste da jesu? Niste jedini. Ja sam u to do prije nekog vremena bio apsolutno uvjeren.) Oni iznad površine Zemlje prolaze impresivnom brzinom od 14 000 kilometara na sat. Zašto su nam ti brojevi važni?
Ako se netko ili nešto giba nekom brzinom u odnosu na nas, specijalna teorija relativnosti kaže da će mu sat ići sporije. U ovom slučaju to je dnevno oko sedam mikrosekundi.
Opća teorija relativnosti nam, pak, kaže da ako je netko dalje od Zemlje, sat će mu ići brže nego nama koji smo na Zemlji. Sat na satelitu zbog slabije gravitacije žuri prema našemu cirka 45 mikrosekundi dnevno. Razlika između našeg sata i sata na satelitu je tako oko 38 mikrosekundi. Čini se jako malo, ali potrebna preciznost se mjeri u tisuću puta manjim jedinicama – nanosekundama. Da bi GPS radio kako treba, odstupanje ne smije biti veće od 20-30 nanosekundi. Bez ovih korekcija koje nam daju Einsteinove teorije, GPS bi već nakon minutu-dvije postao neupotrebljiv. Nakon jednog dana greška bi bila oko deset kilometara.
Kad sam se ja vozio onim busom, GPS je kao vojna tehnologija taman negdje počinjao biti javno dostupan i u civilne svrhe u SAD-u. U knjigama iz knjižnice čitao sam o općoj teoriji relativnosti, rotirajućim crnim rupama, putovanju kroz vrijeme i vremenskim paradoksima. Pisao sam i zadaće iz specijalne teorije relativnosti, računao koliko se skraćuje vlak koji vozi s pola brzine svjetlosti (koga zanima, oko 15 posto). Ili koliko mi vidimo da strojovođi duže traje radni sat ako ubrza na 75 posto brzine svjetlosti (tu je već nešto iznad pedeset posto, ne računajući beneficirani staž koji bi vjerojatno zaslužio vozeći vlak okolo tom brzinom). Ali o GPS-u nisam čuo ni pročitao baš ništa. Kako je tek Einstein mogao znati kakvu će njegove teorije imati primjenu danas?
Sjetilo me sve to na čovjeka koji je otkrio jedne druge valove. Njemački fizičar Heinrich Hertz je krajem 19. stoljeća nizom pokusa pokazao da postoje elektromagnetski valovi. Pokazao je da se njima može s jednog mjesta poslati neki signal koji će se primiti na drugom mjestu. Novinari su ga pitali da čemu to služi. Rekao im je – apsolutno ničem.
Eventualno tome da je pokazao da je genijalni škotski fizičar James Maxwell, Albert Einstein 19. stoljeća koji ih je predvidio, bio u pravu. Pitali su ga kakva bi mogla biti primjena tih valova. Vjerojatno nikakva, rekao im je. O kako je bio u krivu. Zbog tog otkrića u njegovu je čast nazvana jedinica za broj titraja u sekundi hertz. I jedna boja u kartama. OK, ovo zadnje se zezam, boja je herc.
Nešto kao poanta ove ultra preduge priče (sorry, stvarno neću više) je da kad se radi kvalitetna znanost, prije ili kasnije bit će i neke primjene. Ili neće. Jedno od ta dva u svakom slučaju. Ako i neće, naučit ćemo nešto o prirodi i stvarnosti što će biti temelj za tko zna kakva fora (ili zastrašujuća) otkrića u budućnosti. Mjeriti kvalitetu znanosti prema tome ima li ona već sada neku primjenu, ili zaključivati o primjeni pitajući znanstvenike koji se njome bave, nerijetko baš i nema baš previše smisla. Naročito kod fundamentalnih znanstvenih istraživanja.
E da, i mislim da je u svakom slučaju dobro vezati pojas u autu."