Słyszałem, iż Einstein stwierdził, iż nie dałoby się sprawdzić, czy człowiek znajduje się w polu grawitacyjnym czy w rakiecie poruszającej się z jednostajnym przyspieszeniem, i że jest to ważne założenie dla teorii względności. Lecz wyczytałem, iż nie jest to prawda przez ciśnienie elektromagnetyczne. Na końcu zostało stwierdzone, iż może to obalić zasadę równoważności. Czy jest to jakiś błędny wniosek?
Pole grawitacyjne czy przyspieszająca rakieta?
Pytanie
Odpowiedź
Ten wniosek może być poprawny bądź nie — wszystko zależy od tego, jak sformułujemy zasadę równoważności. Otóż zasada równoważności mówi generalnie o tym, że za pomocą lokalnych doświadczeń nie sposób stwierdzić, czy znajdujemy się w jednorodnym, stałym w czasie polu grawitacyjnym, czy też w układzie odniesienia, który porusza się ruchem prostoliniowym jednostajnie przyspieszonym (względem pewnego inercjalnego układu odniesienia). Istotną kwestią jest tu określenie rodzaju tych doświadczeń, tzn. czy są to np. tylko doświadczenia dotyczące mechaniki ciał w zerowym polu elektromagnetycznym, czy też dopuszczamy doświadczenia z zakresu elektrodynamiki.
Jeżeli formułując zasadę równoważności ograniczymy się do doświadczeń mechanicznych to wniosek, o którym mowa w pytaniu, jest błędny (warto tu dodać, że tej wersji zasady równoważności używa Einstein w swojej pracy dotyczącej ogólnej teorii względności opublikowanej w roku 1916). Jeżeli zaś rozszerzymy klasę doświadczeń na te z polem elektromagnetycznym, to wniosek ów jest chyba poprawny — nic mi co prawda nie wiadomo o tym, aby ciśnienie światła miało w jakiś sposób przeczyć tej rozszerzonej zasadzie równoważności, ale wydaje się, że przeczy jej zjawisko promieniowania przyspieszanego ładunku. Otóż jak wiadomo, ładunek poruszający się ruchem prostoliniowym jednostajnie przyspieszonym generuje promieniowanie elektromagnetyczne i gdyby rozszerzona zasada równoważności miała być prawdziwa, to takież promieniowanie powinien generować również ładunek umieszczony w jednorodnym stałym w czasie polu grawitacyjnym, czego nie obserwujemy.
Trzeba natomiast podkreślić, że owe dylematy związane z zasadą równoważności nie mają większego znaczenia dla ogólnej teorii względności, gdyż zasada równoważności w powyższym sformułowaniu nie jest założeniem czy też postulatem tej teorii. Z całą pewnością zasada ta była bardzo istotnym elementem rozważań Einsteina, które doprowadziły go do sformułowania tej teorii, ale sama teoria obywa się bez zasady równoważności w powyższej postaci — zamiast niej obowiązuje postulat, który mówi o tym, że cząstki próbne, na które nie działa żadne inne pole oprócz pola grawitacyjnego, poruszają się w sposób niezależny od ich masy, wewnętrznej struktury i budowy.