Światło i jego prędkość – klucz do teorii względności

W toku następujących dalej wywodów będzie przewijał się motyw prędkości światła. Myślę, że na ten temat należy się nieco więcej wyjaśnień, gdyż to właśnie efekty związane ze światłem wymusiły powstanie TW i orientacja w tym temacie jest niezbędna dla zrozumienia jej sensu.

Czym jest światło?

Współczesna fizyka nie "rozgryzła" jeszcze wielu elementów fenomenu światła - co prawda wiemy, że ma ono dwoistą naturę: korpuskularno - falową, wiemy też, że przenosi najważniejsze (z punktu widzenia naszego obrazu świata) oddziaływanie - oddziaływanie elektromagnetyczne i wiemy, że prędkość światła w próżni jest bardzo ważną ważną stałą fizyczną. Jednak wciąż dla badaczy światło jest obiektem zagadkowym.

Osoby zainteresowane podstawowymi wiadomościami na temat światła mogą je zdobyć czytając osobny rozdział mu poświęcony.

Światło jako nośnik informacji

Z punktu widzenia teorii względności światło jest istotne jeszcze z jednego powodu, nie wynikającego bezpośrednio z fizycznych właściwości. Jest nim fakt, że światło (a bardziej ogólnie - fala elektromagnetyczna) jest nośnikiem informacji.

Dla zwykłych ludzi (nawet nie fizyków) informacyjna rola światła jest dość oczywista. Przecież najczęściej właśnie za pomocą tego medium dowiadujemy się o zajściu określonych zdarzeń, jako że normalny, zdrowy człowiek większość informacji o świecie czerpie właśnie za pomocą narządu wzroku.
Jednak w odniesieniu do teorii względności fakt przenoszenia informacji za pomocą światła ma znaczenie o wiele bardziej fundamentalne - stał się on podstawą dla nowej wizji czasu i przestrzeni. Można powiedzieć, że światło poprzez swój fakt przenoszenia informacji niejako "stwarza przestrzeń i czas".
W rozważaniach relatywistycznych umiejscowienie przestrzenne jakiegoś obiektu poznajemy po czasie w jakim dociera od tego obiektu światło (a stąd możemy łatwo obliczyć drogę jaką przebył sygnał).

x _{wysłania sygnału} = x _{odbioru
sygnału} + droga jaką przebył sygnał

Podobnie czas zajścia zdarzenia wysłania sygnału świetlnego jest rejestrowany jak czas odbioru sygnału pomniejszony o czas lotu tegoż sygnału do odbiornika.

t _{wysłania sygnału} = t _{odbioru sygnału} - t _{lotu sygnału}

Większość wniosków szczególnej teorii względności została wyprowadzona ze stosunkowo prostych przeliczeń czasu lotu sygnałów świetlnych.

Dodatkową okolicznością, która w ogromnym stopniu zaważyła na powstaniu teorii względności było odkrycie przez fizyków amerykańskich - Michelsona i Morleya - bardzo niezwykłego faktu związanego z rozchodzeniem się światła. Okazało się bowiem, że ruch światła przeczy dość fundamentalnemu prawu fizyki klasycznej - prawu dodawania prędkości.

Zasada względności < Prędkość światła > Klasyczne prawo dodawania prędkości