ERNSTMACH AOTR - kaleidoskop.upol.czkaleidoskop.upol.cz/old/kal2008/mach_otr.pdf · Einsteinův...

ERNST MACHERNST MACH

A OTRA OTR

Ernst Mach a OTR 1 / 21

Obsah přednášky

1 Ernst Mach známý a neznámýPamětní deskaMachovo číslo

2 Setrvačné síly v mechaniceMachův princip

3 Mach a teorie relativityKosmologické modelyGravitomagnetismus

4 Gravity Probe B5 Jiné teorie gravitace


Ernst Mach známý a neznámý

* 18. února 1838 v Chrlicích vrodině šlechtického vychovatele

nejstarší ze třech dětí Johanna aJosefy Machových (matka rozenáLanhausová)

matrika v Tuřanech: ErnstWalfried Joseph Wenzel, pobaronce Ernestině (kmotra)

od roku 1840 po 12 let vUntersiebenbrunnu; 1847-1848:prima benediktinského gymnáziav Seitenstettenu – „sehrtalentlosÿ, učí otec, truhlářem

ve 14 do sexty kroměřížskéhogymnázia, dobře připraven, hledápozici mezi spolužáky



1855 M-F ve Vídni, 1860doktorát, 1861 habilitace1864 Gratz, 1867 Praha, sňatek sLuisou Marrusigovou, dcera,4 synové (2. sebevražda)ředitel fyzikálního kabinetu,1872–1873 děkan filozofickéfakulty1879–1880 rektorKarlo-Ferdinandovy univerzity(7. dubna 1348, Henricus deEtwat, 1654), 1883–1884 rektorněmecké univerzity, nesouhlasil srozdělením – přepych (28. 2.1882, Václav Vladivoj Tomek)výborný experimentátor, pomaléděje, pohyby rostlin Machovo kyvadlo



několik výborných učebnic,vychoval řadu vynikajících fyziků(August Seydler, Čeněk Strouhal,František Josef Studnička), uzrodu novodobé fyziky u nás

1895 na vídeňskou univerzitu,filozofie a historie přírodních věd

1898 záchvat mrtvice, ochrnulapravá polovina těla

1901 ze zdravotních důvodůpenzionován, člen Panskésněmovny, 1910–1914 nominacena NC (Lorentz)

† 1916 u nejstaršího syna Ludwiga(lékaře) ve Vaterstettenu (Haar)u Mnichova na selhání srdce

Machův vlnostroj

Haar roku 1936, dnesE-M-Gymnasium



zkoumání hranic lidského poznání⇒ filozofii a psychologii

snaha oprostit fyziku odexperimentem nepodloženýchspekulací – uznává toliko kritickypřijímanou osobní zkušenost ⇒empiriokriticismus (machismus),druh pozitivismu

„úvahy o světě, který nemůžemepozorovat, jsou vždy nesmyslnéÿ,„Už jste nějaký ten atom viděl?ÿ

ovlivnil mj. zakladatelepragmatismu Williama Jamese,Vídeňský spolek, RudolfaCarnapa, pozitivisté později protikvarkům

„Není žádná Machovafilozofie, nanejvýš snadpřírodovědná metodologie apsychologie poznání, a obě jsou– jako všechny přírodovědnéteorie – pouze předběžnénedokonalé pokusy.ÿ

Machovy proužky



Čestná oborová medaile ErnstaMacha udělovaná AVČR, od14. února 1995 pro domácích izahraničních vědce v oborufyzikálních věd (Bolzana, Křižíka,Heyrovského, Mendela, . . . )„Zkrátil bych výrazně počet hodinna školách. Neznám nic strašnějšíhonež ubohé lidi, kteří se učili přílišmnoho. Místo zdravého silnéhoúsudku, který by se byl snad vyvinul,kdyby se neučili ničemu, se jejichmyšlenky úzkostlivě plíží stále potýchž cestách za jakýmisi slovy,větami a formulacemi. To, co mají,je pavučina myšlenek, příliš slabá,aby se na ni dalo spoléhat, ale dostkomplikovaná, aby popletla.ÿ


Pamětní deska

1. deska sochaře KarlaKorschanna ke 100. výročínarození (14. února 1938), poroce zatřeno slovo„československýÿ, roku 1943zachráněna před roztavením,chybné datum úmrtí

16. 3. 1948 MNV rozhodl o„znovuzavěšení pamětní deskyArnošta Macha na ústav slepcůÿ,v roce 1950 přes noc odstraněnaa asi roku 1965 roztavena

2. deska ke 150. výročí narození(14. 5. 1988)

17. 5. 2008 přidán reliéf sochařeJiřího Sobotky


Pamětní deska






Pamětní deska






Machovo číslo

Ma =v

c, Ma = 1⇔ 1225 km ·h−1

c ∝

√

p

, f = f0

c

c − v cosϑtlaková (zvuková) bariéra přiobtékání, střílení kolem ušírázová vlna, akustický (sonický)třesk (i u biče), nadzvukovérychlosti povoleny jen ve velkýchvýškáchpři rychlostech nad 10 km · s−1

vypaření (meteory)dělení rychlostí: subsonické(Ma < 1), sonické (Ma = 1),transonické (0,8 < Ma < 1,2),supersonické (1,2 < Ma < 5) ahypersonický (Ma > 5),vk ≈ 23Ma


Machovo číslo

14. října 1947 Charles „Chuckÿ Yeagerna pokusném raketovém letadle Bell X-1


Spor o původu setrvačných sil

na počátku všeho byl Newton (neboAristotelés) . . .

Galileo Galilei Dialogo sopra i duemassimi sistemi del mondo (1632),princip relativity (pohyb lodi)

Newtonovy zákony – jak poznámeinerciální soustavu?

Setrvačnost je spojena s pohybem tělesvzhledem k absolutnímu prostoru, rotace vůčiabsolutnímu prostoru je zdrojem setrvačných(fiktivních) sil =⇒ „Newtonovo vědroÿ



Galileo Galilei Dialogo sopra i duemassimi sistemi del mondo (1632),princip relativity (pohyb lodi)

Newtonovy zákony – jak poznámeinerciální soustavu?

Setrvačnost je spojena s pohybem tělesvzhledem k absolutnímu prostoru, rotace vůčiabsolutnímu prostoru je zdrojem setrvačných(fiktivních) sil =⇒ „Newtonovo vědroÿ

Závisí na rotaci vodyvzhledem k prostoru, ne

vědru!



odstředivá síla, Coriolisova

kritika Newtona už Leibnitz(1646–1716), biskup Berkeley(1685–1753): smysl má pouze relativnípohyb – jak popsat pohyb v jinakprázdném vesmíru?

zdrojem setrvačných sil okolní hmota,určuje „lokální inerciální VSÿ ⇒vzdálené hvězdy

zákony fyziky by měly mít stejný tvar vevšech VS zahrneme-li vzdálené kosmickéhmotnosti

Co když vědro stojí a vesmír se točí?



Foucaultovo kyvadlo – (L)IVS nerotujevůči vzdáleným hvězdám, pro Newtonakoincidence!

problém – kvantitativní určení,setrvačnost by měla záviset na rozloženíhmot ve vesmíru, nahrazení abs.prostoru vzdálenými hvězdami?

anizotropie hmotnosti vyloučena v řádu10−22 (Hughes, Drever 1960,magnetická nukleární rezonance), alevesmír asi izotropní

plně machovská teorie by umělavypočítat κ


Machův princip

Mach E.: Die Mechanik in Ihrer Entwicklung (Historisch-kritischdargestellt). Leipzig 1883 (Mechanika ve svém historickémvývoji).

označení pochází od Einsteina

Absolutní prostor neexistuje. Setrvačnost je spojena s pohybem tělesvzhledem k ostatní hmotě ve vesmíru


Machův princip

současná rotace veškeré hmoty ve vesmíru není pozorovatelná

rotace části hmoty ve vesmíru ovlivňuje chování inerciálníchsoustav (Foucaultovo kyvadlo na severním pólu)


Machův princip

současná rotace veškeré hmoty ve vesmíru není pozorovatelná

rotace části hmoty ve vesmíru ovlivňuje chování inerciálníchsoustav (Foucaultovo kyvadlo na severním pólu)


Myslím, že dokonce i Ti, kteří sepokládají za Machovy protivníky,jsou si sotva vědomi, jak mnoho zMachova způsobu myšlení vstřebalitak říkajíc s mateřským mlékem.

Při čtení Machových děl na náspřechází příjemná pohoda: stejnoumusel pociťovat autor, když slehkostí psal své obsažné, výstižnévěty. Ale nejen pro intelektuálnípotěšení a radost z dobrého slohuje četba jeho knih tak přitažlivá,nýbrž i pro jeho laskavou, lidskypřátelskou a naději vzbuzujícímysl, která často probleskuje meziřádky, když se mluví o obecnělidských věcech.


Mach a OTR

podobně jako N. mechanikukritizoval i TR – první Optiky,přikázal přitom synu Ludwigovivydat oba díly jen v případě, žebude pravda na jeho straně(spálena)

Einstein: „Váš oddaný žákÿ,práce z roku 1905 – tyče, hodiny,měřitelné veličiny, . . . , v Paříži1922: Mach je „un bonmécanicienÿ, ale „deplorablephilosopheÿ

rozložení hmoty a energie určujegeometrii prostoročasu

princip relativity – symetrie mezivztažnými soustavami

Machův-Zehnderůvinterferometr


Mach a OTR






Mach a OTR





princip ekvivalence

srovnání:Gravitace podle Newtona

Gravitace podle Einsteina


Kosmologické modely a Machův princip

Einsteinův kosmologický model (1917) –snaha zahrnout MP, nestabilní, „největšíomyl životaÿ

de-Sitterův vesmír (1916–1917): Willem deSitter, ředitel observatoře v Leidenu (1872 –1934), prádzný expandující vesmír s Λ ⇒

nesplňuje Machův princip, dnes velmizajímavý pro Λ > 0, tj. odpudivé, nezávisletaké Levi-Civita

anti-de-Sitterův vesmír – obdobné, Λ < 0

Einsteinův-de Sitterův model (1932):homogenní, izotropní, euklidovský vesmírΛ = 0

Kurt Gödel (1949): strhávání prostoročasubez rotace vesmíru jako celku, časovésmyčky


Gravitomagnetismus

podobně el. proud (pohyb nábojů) působína nabité částice

„machovskéÿ efekty, zakřivování dráhy,strhávání soustav, gravitace více nežnewtonovská síla, efekt závisí na směrupohybu

Lenseův-Thirrigův jev (1918): Josef Lense(1890-1985), Hans Thirring (1888-1976),∝ 1/c2r3


Gravitomagnetismus


družice LAGEOS (1976), LAGEOS2 (1992)– Laser Geodynamics Satellites: odrazempaprsků určujeme přesnou polohu, výškaokolo 12 270 km a 12 210 km, průměr 60 cm,hmotnost 406 kg

cíl: hlavně tvar geoidu (nepravidelný!, modelEIGEN-GRACE02S) a posun kontinentů,strhávání bonus navíc (tlak sl. záření, odporvzduchu, změny rotace Země . . . ) 11 letdat (100 miliónů měření)– potvrzuje OTR99%± 5% předpovězené hodnoty (Ciufolini,Pavlis. Nature 2004)


Gravitomagnetismus


družice LAGEOS (1976), LAGEOS2 (1992)– Laser Geodynamics Satellites: odrazempaprsků určujeme přesnou polohu, výškaokolo 12 270 km a 12 210 km, průměr 60 cm,hmotnost 406 kg

cíl: hlavně tvar geoidu (nepravidelný!, modelEIGEN-GRACE02S) a posun kontinentů,strhávání bonus navíc (tlak sl. záření, odporvzduchu, změny rotace Země . . . ) 11 letdat (100 miliónů měření)– potvrzuje OTR99%± 5% předpovězené hodnoty (Ciufolini,Pavlis. Nature 2004)



Gravity Probe B

http://einstein.stanford.edu

předchůdce Gravity Probe A(Vessot a Levine 1976, rudýposuv měřený vodíkovýmimaserovými hodinami, konec vAtlantiku, přesnost 2 · 10−4)

start: 20. dubna 2004, cena $750milionů

„létající termoskaÿ se čtyřmikuličkami velikostipingpongového míčku (tavenéhobrazilského křemene, přesnost 40atomových vrstev), povrch zniobu (supravodivost)


Gravity Probe B


„létající termoskaÿ se čtyřmikuličkami velikostipingpongového míčku (tavenéhobrazilského křemene, přesnost 40atomových vrstev), povrch zniobu (supravodivost)

3 400 kg, polární dráha ve výšce640 km

Dewarova nádoba s 2,5m3

kapalného helia (1,8K), zásobaasi na 1 rok (září 2005)


Gravity Probe B


otáčení supravodivého niobu →nenulový magnetický momentměřený vodivou smyčkou(SQUID – SuperconductingQUantum Interference Devices),měří osu rotace

naváděcí dalekohled na IČ hvězduIM Pegasi (300 ly), k ní osysetrvačníků (dvojice s opačnourotací), její pohyb 0,035′′/roksledován vůči kvasaru (VLBI,data za 10 let)


Gravity Probe B


návrh Leonard Schiff (1960,Standford)

dva kolmé efekty – geodetický(6,6′′/rok s 0,01%), L-T jev(0,042′′/rok s 1% – vlas zevzdálenosti 40 km)



Animace:

Ustavení na oběžné dráze

Měření pomocí setrvačníků

Odečítání směru rotace


Gravity Probe B – výsledky


geodetický efekt potvrzen s 15%

problémy se zpracováním (plándo 2010), šum ze slunečníchvzplanutí, neočekávané torzní síly,měla být 10x přesnější ⇒ vkvětnu 2008 NASA zastavujepodporu na analýzu dat navzdorydoporučení výboru vedeného C.Willem, součást omezovánízákladního výzkumu v NASA

Mars Global Surveyor (Iorio2006,2007, prý přesnost 0,5%)














Jiné teorie gravitace

Robert Henry Dicke (6. 5. 1916 –4. 3. 1997): „laboratoř, Země asluneční soustava nemohou býtizolovány od zbytku Vesmíruÿ

C. Brans and R. H. Dicke:„Mach’s principle and arelativistic theory of gravitationÿ,Phys. Rev. 124 (1961) 925. –pokus o „machovskouÿ OTR

gravitační konstanta κ se mění(závisí na skalárním poli), dalšíparametr (vazební konstanta)ω →∞ vede k OTR

problém zploštění slunečníhodisku (Dicke, Goldenberg 1966) avlivu na pohyb planet



Robert Henry Dicke (6. 5. 1916 –4. 3. 1997): „laboratoř, Země asluneční soustava nemohou býtizolovány od zbytku Vesmíruÿ

C. Brans and R. H. Dicke:„Mach’s principle and arelativistic theory of gravitationÿ,Phys. Rev. 124 (1961) 925. –pokus o „machovskouÿ OTR

gravitační konstanta κ se mění(závisí na skalárním poli), dalšíparametr (vazební konstanta)ω →∞ vede k OTR

problém zploštění slunečníhodisku (Dicke, Goldenberg 1966) avlivu na pohyb planet

Hill (1973) 1/5 hodnoty, vsouladu s OTR

Cassini-Huygens (projektNASA a ESA, studiumSaturnu a Měsíců),ω > 40 000; test –potvrzení OTRzpožďováním signálů

Rastallova teorie (1972),Bekenstein MOND-TeVeS(2004)



Hill (1973) 1/5 hodnoty, vsouladu s OTR

Cassini-Huygens (projektNASA a ESA, studiumSaturnu a Měsíců),ω > 40 000; test –potvrzení OTRzpožďováním signálů

Rastallova teorie (1972),Bekenstein MOND-TeVeS(2004)


Použité prameny

Einstein A.: Teorie relativity. VUTIUM, Brno 2005.

Embacher F.: Mach, Thirring & Lense, Gödel - getting dizzy inspace-time. International Symposium on Kurt Gödel’s ScientificHeritage, Brno 2006; http://homepage.univie.ac.at/franz.embacher/Rel/Goedel/.Hartle J.B.: Gravity. An Introduction to Einstein’s GeneralRelativity. Addison Wesley 2003.Holton G.: Věda a antivěda. Academia, Praha 1999.

Schutz B.: Gravity from the ground up. Cambridge Univ. Press.2003.Weinberg S.: Snění o finální teorii. Hynek, Praha 1996.


„Gravity cannotbe held

responsible forpeople falling in

love.ÿ


Chyby jedněch lidí bývají nezřídka ve

svých důsledcích plodnější než objevy

druhých. . . Ernst Mach

doc. Jiří Langer o Ernstu Machovi

ČRo Leonardo 20. 2. 2008

Ernst Mach a OTR Poslední úpravy: 20. listopadu 2008 21 / 21

Date post:	02-Aug-2019
Category:	Documents
Upload:	hangoc
View:	216 times
Download:	0 times

ERNSTMACH AOTR - kaleidoskop.upol.czkaleidoskop.upol.cz/old/kal2008/mach_otr.pdf · Einsteinův...

Documents