Elastne rong

Nüüd jõuame teise mõttelise katseni, mis oli Einsteini enda lemmikuks. Tegemist on liikuva objekti pikkuse mõõtmisega. Küllap talle turgatas see pähe, kui ta sõitis tööle patendiametisse mööda Berni kitsaid tänavaid. Muidugi asendus kolisev trammivagun tema vaimusilmas uhke ekspressiga, mille kiirus valguse omast ainult õige pisut maha jääb.

Siin tuleb silmas pidada, et liikuva objekti all mõistame siin objekti, mis liigub mõõdupuu suhtes, millega tema pikkust mõõdetakse. Kui mõõdupuu liiguks objektiga kaasa, mõõdaksime tema pikkust taustsüsteemis, milles objekt on paigal.

Kujutleme, et raudtee ääres on postidel telefoniliin, postid on püstitatud võrdsete vahemikega ja igal postil on hästinähtav number. See ongi meie mõõdupuu. Et rongi pikkust mõõta, tuleb lihtsalt tähele panna, milline post on samal hetkel kohakuti rongi esiotsaga ja milline tagaotsaga. Esimesest mõttelisest katsest juba teame, et nõue samal hetkel pole hoopiski lihtlabane.

Joonis 9-3

Üht mõõtmisproovi illustreerib joonis 9-3. Paigutame rongi keskele välklambi, mis on nähtav mõlemasse otsa. Nähes sähvatust, panevad rongi kummaski otsas olevad vagunisaatjad tähele lähima posti numbri. Paraku röögatab maas seisev raudteevaht otsemaid: "Vale!" Mõõtmine on kehtetu, sest postide numbreid ei vaadatud samal hetkel.

Tema näeb asja nii, nagu kujutatud joonise alumisel poolel. Rongi lõpus olev saatja liikus välke poole ja nägi seda varem kui paariline rongi peas, kes liikus eemale ja tegi oma vaatluse hiljem. Vahepeal on rong liikunud ja reeperpostid on teineteisest kaugemal kui rongi pikkus. Raudteevaht peab rongi lühemaks kui saatjate täheldatud postide vahekaugus.

Loogiline on lahendada dilemmat, väites, et liikuvad objektid peavad liikumissuunas kokku tõmbuma. Siis võivad nii vaatlejad rongis kui ka maapinnal kokku leppida, et maaga seotud liikumatus taustsüsteemis on vahemik postide vahel suurem kui rongi pikkus.

Liikuvad vaatlejad leiavad, et põhjus on "mõõdupuu" lühenemises: postid on üksteisele lähenenud, nende vahemikke mahub rongi pikkusele rohkem. Raudtee kõrval seisev vaatleja jällegi selgitab, et vahemaa postide vahel on suurem kui seisva rongi pikkus, sest pole õige mõõta paljalt rongi. Tegemist on kahe vahemiku summaga: rongi pikkus pluss teepikkus, mille ta edasi liikus rongi peast ja sabast tehtud vaatluste vahel. Seega on rong lühem kui paigalseisus, kuid postide vahemik on ikkagi suurem kui seisva rongi pikkus.

Vaatluste õigsust ei vaidlustata. Raudteevaht soostub uskuma, et kumbki rongisaatja tabas lähima posti numbri õigesti sähvatuse nägemise hetkel. Ta ei ole nõus ainult sellega, et mõlemad tegid seda ühel ja samal hetkel. Kuid see on vaid järeldus: ei ole võimalik võrrelda ajahetki kahes eri kohas otsese vaatluse teel. Asi pole mitte ühegi asjaosalise meelte täpsuses ega mõõteriistade lugemites. Ei, see on osa sellest tegelikkuse pildist, mille me kujundame oma arus. Einstein andis piirile välise ja meie peas toimuva vahel uue määratluse. Loodus ei määratle taustsüsteeme, seda teeme vaid meie.

Kuigi taustsüsteemi valik on meelevaldne, on see Einsteini järgi ikkagi kehtiv ja kasulik, kui vaid arvestatakse valiku eriseiku. Kaks raudteevahti võivad ohutult ületada rööpmed üksteisest kaugusel, mis on väiksem seisva rongi pikkusest, tehes seda hetkel, mida nemad peavad samaaegseks.

Selliselt analüüsis Einstein Lorentzi kokkutõmmet. Järgnevas peatükis näeme, et ta jõudis ka kvantitatiivselt samale tulemusele kui Lorentz. Vahe on selles, et kui Lorentz nägi kontraktsioonis mehaanilist efekti, mis johtus liikumisest eetri suhtes, siis Einsteini käsituses oli see taustsüsteemi valiku tagajärg. Raudteevahi meelest on rong lühenenud, sõitjate arvates mitte. Lorentzi jaoks on v tema valemis kiirus eetri suhtes. Einsteinil on see objekti kiirus mingis suvaliselt valitud taustsüsteemis. Miks siis mitte teha asja endale lihtsamaks, valides süsteemi, milles v = 0?

Vaatame ses valguses uuesti üle Michelsoni-Morley katse. Kui taustsüsteemiks on Maa, siis kokku tõmme puudub, sest valgus liigub ühesuguse kiirusega interferomeetri mõlemas harus. Süsteemis, milles Maa liigub, tähendab kokkutõmme, et mõlemad kiired läbivad sama teepikkuse, nagu seda kirjeldas Lorentz. Mõlemad taustsüsteemid annavad sama vaatlustulemuse. Eelissüsteeme ei ole ja eetrit ei saa enam uskuda.

Argimõistusega läheb see vastuollu üksnes seetõttu, et me eeldame intuitiivselt, et see, mida me praegu näeme, ka praegu juhtub. Tavakogemusest lähtudes on see igati mõistlik. Mitte väga kauged objektid ei liigu ju märgatavalt nende mikrosekundite või veelgi lühemate ajavahemike jooksul, mil valgus jõuab nendelt meieni. Seevastu väga kiiresti liikuvate objektide puhul muutuvad need väikesed viivised oluliseks.

Võime kasutada Einsteini rongi, osutamaks veel ühele relativistlikule efektile. Kujutleme, et vagunisaatjad tahavad vältida valgussignaalidega kaasnevaid probleeme ja kohtuvad rongi keskel, kus nad seavad oma kellad ühte. Siis lähevad nad oma vaatluspunkti rongi peas ja sabas ning märgivad postinumbrid eelnevalt kokku lepitud hetkel. Kui maailm on endaga kooskõlas, peab tulemus olema sama kui äsja kirjeldatud meetodil. Raudtee ääres seisja peab ikka eitama, et poste fikseeriti samaaegselt. Järelikult peab kelladega midagi juhtuma ajavahemikul, mis möödus nende ühteseadmisest kuni vaatluste tegemiseni. Järgmises peatükis saame teada, mis nimelt.