WKLEJĘ CI FRAGMENT:
Szczególna teoria względności (STW) oraz różne próby połączenia jej przewidywań z mechaniką newtonowską wprowadza pewne problemy związane z masą. Albert Einstein w swej teorii używa konsekwentnie masy tak, jak była rozumiana wcześniej, czyli wielkości niezmienniczej masa niezmiennicza nazywana obecnie po prostu "masą" (bez przymiotników), oznaczana obecnie przez m, w niektórych interpretacjach STW nazywana masą spoczynkową i oznaczana m0. To masa, która nie zmienia się, gdy zmienia się prędkość ciała w układzie, a dla fotonów równa 0. Ma ona taką zaletę, że jest taka sama w każdym układzie odniesienia niezależnie od tego, z jaką prędkością dany układ odniesienia się porusza. Drugi rodzaj masy to masa relatywistyczna, nazywana dawniej po prostu "masą" a dzisiaj w miarę potrzeby masą inercyjną, grawitacyjną albo "energią", bo jest równa energii zawartej w danym obiekcie podzielonej przez prędkość światła do kwadratu (wg popularnego wzoru Einsteina E = Mc2 gdzie M to właśnie ta masa, o której mowa). Fizycy oznaczają ją literą E (pamiętając o tym, że trzeba ją podzielić przez c2 żeby ją wyrazić w kilogramach. To jest masa, która jest odpowiedzialna za bezwładność i grawitację. Ta masa dla fotonu jest równa jego częstotliwości pomnożonej przez stałą Plancka i podzielonej przez c2, więc nigdy nie jest zerowa i w każdym układzie odniesienia może być inna. Zmiana masy relatywistycznej fotonu z układu do układu nazywa się przesunięciem dopplerowskim. W naszych rozważaniach na temat fizyki grawitacji będzie nas interesowała na ogół masa grawitacyjna (czyli relatywistyczna zwana też inercyjną) którą ma każdy foton (bo każdy ma energię).
Wracając do sił grawitacyjnych, nie musimy się martwić co się z nimi dzieje, kiedy obiekty poruszają się ruchem swobodnym (bo żadnych sił wtedy nie ma). Np. Ziemia porusza się po elipsie dookoła Słońca, bo nie działa na nią żadna siła i to jest jej "ruch swobodny". Podobnie z innymi obiektami. Poruszają się "prosto przed siebie". Tyle, że to "prosto" z naszego punktu widzenia zwykle nie jest proste, bo my widzimy tylko przestrzeń, a nie widzimy czasu. Ten ruch "prosto przed siebie" jest nie w przestrzeni ale w zakrzywionej (obecnością mas) czasoprzestrzeni. Jego rzut na naszą przestrzeń, to co widzimy, jest często nieco pogmatwany i widzimy na ogół hiperbole i elipsy a w szczególnych wypadkach koła i parabole (oczywiście jeżeli mamy tylko dwa obiekty, bo sprawa bardzo się komplikuje nawet przy trzech). To jest główna różnica między grawitacją Einsteina, prostą fizycznie, ale skomplikowaną matematycznie a grawitacją Newtona, prostą matematycznie, ale niemożliwą do wyjaśnienia fizycznie. W fizyce, której nawet sam Newton nigdy nie chciał uznać, bo nie wierzył w siły działające na odległość. I tych sił w rzeczywistości nie ma. Bo Ziemia nie jest "przyciągana" do Słońca żadną siłą. Porusza się ruchem swobodnym ale dla tych którzy wierzą, że ruchem swobodnym można się poruszać tylko po prostej, Ziemia jest "najwidoczniej przyciągana" przez Słońce. Jest to złudzenie wywołane różnicą modeli opisujących rzeczywistość.
Co do siły grawitacyjnej, pojawia się np. kiedy stoimy na Ziemi. Czujemy siłę grawitacyjną, bo pchamy Ziemię, a ona nas równą i przeciwnie skierowaną siłą proporcjonalną do naszej masy (inercyjnej). Skąd się ta siła bierze fizycznie? Otóż okazuje się (co teoretycznie możemy wydedukować z części matematycznej powyżej, ale można to zrobić łatwiej) że masy robią w swoim otoczeniu taką sztukę, że czas w ich pobliżu biegnie tym wolniej im są większe. To zjawisko nazywa się grawitacyjną dylatacją czasu. Skoro czas biegnie wolniej to tak samo prędkość światła może zwalniać w pobliżu tych mas. Więc kiedy jakiś obiekt w pobliżu jakiejś masy zewnętrznej (względem tego obiektu) przesunie się w kierunku tej malejącej prędkości światła c2 to i energia tego obiektu się zmniejszy (bo E = Mc2). Wiec dany obiekt zachowuje się tak, jakby był popychany ze swojego wnętrza przez siłę proporcjonalną do zmiany energii obiektu wzdłuż tej drogi w kierunku zewnętrznej masy. I powstaje wrażenie przyciągania przez masę zewnętrzną, podczas gdy w rzeczywistości to sam obiekt jest popychany w kierunku zewnętrznej masy swoją wewnętrzną siłą, bo obiekt dąży do stanu o niższej energii. Możemy teraz obliczyć z ilości zmniejszania się energii obiektu pod wpływem zmiany prędkości światła w otoczeniu zewnętrznej masy wskutek dylatacji czasu i okaże się, że ta siła jest dokładnie taka, jaka wynika ze wzoru Newtona na siłę grawitacyjną. Bez żadnego "przyciągania" i tylko dzięki samej dylatacji czasu i przez to przez zmianę prędkości światła na mniejszą. Może powstać pytanie, czy w rzeczywistości to jakaś tajemnicza siła przyciągająca, czy to tylko dylatacja czasu? Tę sprawę można rozstrzygnąć, mierząc czas precyzyjnym zegarem i okazuje się, że to tylko dylatacja czasu powoduje popychanie obiektu w kierunku zewnętrznej masy (w kierunku mniejszej energii wewnętrznej obiektu) a żadnego dodatkowego przyciągania Newtonowskiego nie ma.
Na pierwszy rzut oka może się wydawać, że to wszystko jedno, czy obiekt jest popychany, czy przyciągany w kierunku zewnętrznej masy i mechanizm fizyczny nie jest istotny. Okazuje się, że jest istotny, jeżeli wchodzi w grę zachowanie energii.
Skąd spadająca na Ziemię cegła bierze swoją rosnącą energię kinetyczną? Jeżeli nie znamy mechanizmu, to nie wiemy. "Skądciś" - mówią zwolennicy teorii Newtona. Z "jakiegoś" tajemniczego "pola grawitacyjnego" umieszczonego "gdzieś" dookoła nas. A Einstein powiedziałby, że z własnej energii wewnętrznej obiektu mc2. Bo spadająca cegła zamienia część swojej energii wewnętrznej mc2, którą traci wpadając w obszar mniejszej prędkości światła, na energię kinetyczną swojego ruchu i jej całkowita energia pozostaje stała bez żadnego dopływu energii z zewnątrz. I to wyeliminowanie "energii potencjalnej pola grawitacyjnego" z fizyki i umieszczenie "energii potencjalnej" w samym grawitującym obiekcie, jest oryginalnym osiągnięciem Einsteina, widocznym dopiero w opisie fizycznym tego, co stworzył.
