Opravdu je všecko relativní, jak říkal Einstein?

Dobrý večer. To je mezi lidmi rozšířené nedorozumění. Einsteinova teorie relativity (jsou dvě, speciální a obecná zahrnující i gravitační pole) neříká, že vše je relativní. Vychází právě z toho, co je neměnné (invariantní): neměnná je rychlost světla ve vakuu (když letíte naproti světelnému paprsku, nebo před ním utíkáte, naměříte stejnou rychlost světa), fyzikální zákony (vzhledem k pozorovatelům, kteří se vzhledem k sobě pohybují, neexistuje preferovaný směr ve vesmíru, fyzikální zákony platí všude ve vesmíru bez ohledu na pohybový stav pozorovatelů). Z těchto postulátů pak plynou určité závěry vyjádřené matematickými vztahy, transformačními vztahy mezi jednotlivými vztažnými soustavami pro různé veličiny jako délky objektů, časové intervaly apod. Časové intervaly nebo délky objektů jsou závislé na tom, k jaké vztažné soustavě je měříme a kdo je měří, ale tohle nejde zobecnit na větu, že „vše je relativní“. Naopak speciální teorie relativity se měla původně jmenovat „teorie invariantů“, protože Einsteinovi šlo o to ukázat, co se zachovává, děj se co děj, co je stejné pro všechny pozorovatele nehledě na jejich pohybové stavy. Název „teorie relativity“ mu nakonec doporučil Max Planck, aby byl zdůrazněn fakt, že veličiny vystupující v transformačních vztazích závisí na relativním (vzájemném) pohybu pozorovatelů/sou­stav. Pojem „být relativní“ si časem získal poněkud jiný význam a určitě nemá nic společného s tím „být jistý“. Obecná teorie relativity je deterministická teorie v klasickém smyslu, ale ani kvantová mechanika, stojící na druhé straně vzdálenostních měřítek, není nedeterministická. Byť je plná kvantových pravděpodobností a „nejistot“, ne 100% jistot, chování kvantových systému pomocí pravděpodobností je v tomto smyslu také deterministické. Ale to už je na delší povídání.

vše ne, něco jistého je

Einstein mluvil hlavně o relativitě pohybu. Při svých tezích však vždy uvažoval ze stálostí hmoty a dalších veličin a podobně. Z tohoto vyplývá, že všechno relativní není.

Relativita pohybu znamená, že pohyb je relativní, neboli závisí na tom, kdo jej pozoruje – závisí na vztažné soustavě, vzhledem ke které se pohyb zkoumá. Zatímco v jedné soustavě se těleso může pohybovat, při volbě jiné soustavy může být těleso v klidu.

Neexistuje absolutní vztažná soustava, od které by se daly odvozovat další vztažné soustavy. Všechny vztažné soustavy, které se vzhledem k sobě pohybují rovnoměrně přímočaře (inerciální vztažné soustavy) jsou v klasické newtonovské mechanice pro popis pohybu rovnocenné (na rozdíl od neinerciálních vztažných soustav). V rámci obecné teorie relativity jsou pro tento popis rovnocenné všechny (i neinerciální) vztažné soustavy.

Podle velikosti rychlosti je třeba rozlišit Galileiho princip relativity, který platí pouze přibližně jen pro nižší rychlosti (neplatí například pro elektromagnetické jevy), a Einsteinův princip relativity, který platí zcela obecně i pro rychlosti blížící se rychlosti světla (avšak pouze v inerciálních soustavách) a obecný princip relativity (platný ve všech vztažných soustavách). Je to důsledkem faktu, že Newtonův gravitační zákon je invariantní vůči Galileově grupě transformací avšak nikoliv vůči Poincarého grupě Lorentzových transformací. Naproti tomu Maxwellovy rovnice popisující elektromagnetické jevy jsou invariantní vůči Lorentzovým transformacím.

OTR založil Einstein na požadavku, aby všechny zákony, včetně zákona gravitačního, byly invariantní vzhledem ke všem možným fyzikálně přijatelným transformacím souřadnic. Přitom kritériem pro fyzikálnost dané transformace je požadavek lorentzovské invariance teorií v lokálně inerciálních vztažných soustavách.