Pojam o opštoj teoriji relativnosti (O), prvi deo

Mnogo mi je žao prosvetnih radnika, bezočno ostavljenih bez zaklona pod unakrsnom pucnjavom vazda nezainteresovanih đaka, iskeženih roditelja jakih očnjaka i sumanutih očekivanja raspalog društva. Želim da pomognem, koliko mogu.

Drugi deo

Treći deo

Četvrti deo

Peti deo

Uvod

Fiziku učimo tokom sedam godina školovanja. Država Srbija, kao jedan od mogućih organizatora i počinilaca obaveznog osnovnog obrazovanja, putem Pravilnika o nastavnom planu i programu osnovnog obrazovanja i vaspitanja opisala je nastavu fizike – ciljeve, sredstva, metode. Recimo, u (nesrećnom) Pravilniku, preuzetom sa sajta Ministarstva obrazovanja (link ne dajem – ja sam trenirani profesionalac, obučen da se snađem u džungli izmena i dopuna, i treniran da stoički izdržim orkanske nalete nepismenosti) piše sledeće:

Ciljevi i zadaci nastave fizike ostvaruju se kroz sledeće osnovne oblike:

  1. izlaganje sadržaja teme uz odgovarajuće demonstracione oglede
  2. rešavanje kvalitativnih i kvantitativnih zadataka
  3. laboratorijske vežbe
  4. korišćenje i drugih načina rada koji doprinose boljem razumevanju sadržaja teme (domaći zadaci, čitanje popularne literature iz istorije fizike i sl.)
  5. sistematsko praćenje rada svakog pojedinačnog učenika.

Nota bene. Odmah na sledećoj stranici, u jednom od pomenutih orkanskih naleta, pravilnikopisac, a povodom nastave fizike, i u nesrećnom pokušaju da objasni potrebu za umanjenjem značaja rešavanja zadataka, dodaje:

Majkl Faradej, jedan od najvećih eksperimentalnih fizičara, u svom laboratorijskom dnevniku nije zapisao ni jednu jedinu formulu, ali je zato sva svoja otkrića formulisao preciznim jezikom fizike.

Ne znam šta je to precizni jezik fizike, možda neuspeli pokušaj poetskog uzleta. Kako tog, tu ću frazu u tekstu koristiti da bih se… sprdao.

Idemo dalje. Država Srbija, kao jedan od mogućih organizatora i počinilaca de facto obaveznog srednjoškolskog obrazovanja, putem Pravilnika o nastavnom planu i programu za gimnaziju, kao ciljeve i zadatke nastave fizike daje u dlaku iste, to jest dosledne, ciljeve i zadatke (nesrećni Faradej je u ovom slučaju ipak zaobiđen). Program rada na časovima fizike u četvrtom razredu gimnazije prirodno-matematičkog smera, sa svoje strane, kao poslednju, petu stavku u oblasti Relativistička fizika daje Pojam o opštoj teoriji relativnosti (O). Oznaka (O) govori da se od učenika očekuje da usvoje opštu teoriju relativnosti na nivou shvatanja opštih pojmova i principa, bez zalaženja u finese.

Nota male. Na isti način, bez zalaženja u finese, primećujem kako bi opšta teorija relativnosti, ma koliko to bezumno bilo, nesumnjivo dobila mnogo ozbiljniji rang da je pravilnikopisac bio makar u najmanjoj mogućnosti da samostalno napiše makar i jedan kvantitativni zadatak koji se rešava ovom teorijom.

A sad ozbiljno. Ovim tekstom želim da, korišćenjem preciznog jezika fizike, uz svesrdnu i direktnu pomoć Ajnštajnovog pera, ponudim profesorima fizike materijal za uobličavanje časa tokom koga će učenike upoznati sa opštom teorijom relativnosti, najuspešnijom teorijom o makrosvetu koju je Homo Sapiens do sada osmislio.

Neophodna napomena

Pre bilo kakvog razgovora o opštoj teoriji relativnosti najvažnije je razumeti da je svet oko nas četvorodimenzionalan. Zovemo ga prostorvreme, iako je Ajnštajn povremeno koristio i  izraz vremeprostor, čime je dodatno potcrtavao potpunu ravnopravnost koordinata.

Potreba za potragom za opštom teorijom relativnosti

Učenici su se, tokom prethodna četiri časa, potpunije upoznali sa relativističkom fizikom. Oni znaju da je takva fizika stvorena Ajnštajnovom formulacijom specijalne teorije relativnosti, zasnovanoj na dva principa koji važe u svim ravnomerno-krećućim uporednim sistemima:

  1. jednakost oblika svakog fizičkog zakona (specijalni princip relativnosti), i
  2. stalnost brzine svetlosti.

Takođe, učenici sada razumeju temeljni nedostatak specijalne teorije relativnosti: njenu ograničenost na oblast ravnomerno-krećućih uporednih sistema.

Ajnštajnov metod

Pre svega, kroz sjajni misaoni eksperiment, upoznajmo se sa Ajnštajnovim to-kad-uhvati-ne-pušta metodom kojim i uočava probleme i traži rešenja:

Stojim ispred šporeta na plin. Dve šerpe koje su toliko slične da se teško mogu razlikovati, stavljene su na šporet jedna pored druge. Obe su do polovine ispunjene vodom. Primećujem da para stalno izlazi iz jedne od njih, iz druge ne. Iznenađen sam ovim, mada nikada ranije nisam video niti šporet na plin niti šerpu. Ali ako sada primetim nešto svetlucavo plavetne boje ispod prve šerpe a ne i ispod druge, više nisam zatečen, čak i ako nikada ranije nisam video gasni plamen. Jer mogu samo reći da će to nešto plavetno izazvati ispuštanje pare, ili da je bar verovatno da ono to može da čini. Međutim, ako ne primetim nešto plavetno ni u jednom slučaju, i ako primetim da jedna kontinuirano ispušta paru dok druga to ne čini, onda ću ostati zbunjen i nezadovoljan sve dok ne otkrijem neki razlog kojim mogu objasniti različito ponašanje dve šerpe. (A. Ajnštajn, Relativnost 1916)

Rečeno terminima iz misaonog eksperimenta, ubrzano kretanje uporednih tela je šerpa koja ispušta paru (ispod koje ničega plavetnog nema), dok je čovek koji stoji ispred šporeta upravo Ajnštajn. Na njemu je bilo da otkrije uzrok isparavanja – opšte zakone kretanja tela.

Nastaviće se…

U nastavku čitajte o principima opšte teorije relativnosti!