Co je zkrácení délky?
Délka zkrácení označuje jev, ve kterém je objekt vnímán pozorovatelem jako kratší podél jeho pohybu, když je objekt v pohybu vzhledem k tomuto pozorovateli. Také se nazývá Lorentzova kontrakce nebo Lorentz – Fitzgeraldova kontrakce, po fyzikech Hendrik Lorentz a George Fitzgerald. Čím rychleji se objekt pohybuje vzhledem k pozorovateli, tím více se bude z pohledu pozorovatele stahovat. Tento účinek je tak malý, že je zanedbatelný při rychlostech, s nimiž se lidé pravděpodobně setkávají v každodenním životě, ale u předmětů pohybujících se znatelným zlomkem rychlosti světla se stává znatelnější.
Fenomén zkracování délky je důsledkem speciální relativity. Podle teorie relativity je rychlost světla ve vakuu (přibližně 300 000 km nebo 186 000 mil za sekundu), nebo c, pro všechny pozorovatele vždy konstantní. Naopak to platí pro světlo vyzařované ze zdroje, který se pohybuje z pohledu pozorovatele.
Předpokládejme, že je objekt vypuštěn ve směru jízdy z kosmické lodi pohybující se rychlostí 5 km / s (KPS) vzhledem k Zemi, která ho odstrčí od lodi rychlostí 1 KPS. Pozorovatel na lodi to bude vnímat jako pohybující se rychlostí 1 KPS, zatímco pozorovatel na Zemi bude vnímat pohybující se na 6 KPS. Je-li na lodi zapnuto vnější světlo, pozorovatel na lodi detekuje světlo pohybující se od lodi v bodě c, ale pozorovatel na Zemi také vnímá světlo pohybující se v bodě C, nikoli c plus rychlost lodi .
Výsledkem je, že přesný okamžik, ve kterém světlo lodi dosáhne daného místa, se bude lišit pro různé pozorovatele v závislosti na jejich rychlosti vzhledem k vesmírné lodi. V důsledku toho budou nesouhlasit s tím, jaké další události se vyskytly ve stejnou chvíli. Tomu se říká relativita simultánnosti.
Jak to souvisí s detekovanou délkou objektu, je obecně vysvětleno v následujícím myšlenkovém experimentu. Představte si řadu synchronizovaných hodin, kde každá hodina může měřit, kdy před ní prochází levý a pravý konec pohybujícího se objektu. Poté, co se objekt pohybuje kolem řady hodin, může pozorovatel určit jeho délku výpočtem vzdálenosti, kterou by dvě hodiny musely být od sebe navzájem, aby pravý konec objektu dosáhl jedné hodiny ve stejném okamžiku, levý konec dosáhne druhého hodiny.
O délce se dohodnou dva pozorovatelé, kteří sdílejí referenční rámec. Protože měření je založeno na tom, které události se vyskytují současně, pozorovatelé v pohybu vůči sobě však nebudou souhlasit s délkou. Čím větší je rychlost pozorovatele vzhledem k hodinám, tím více se jejich měření bude lišit od měření pozorovatele v klidu vůči nim.
Účinek zkracování délky roste při vyšších rychlostech. Objekt pohybující se 0,05c (5 procent rychlosti světla), asi 14 990 kilometrů (9 314 mil) za sekundu, se bude zdát velmi mírně zkrácen na stojící pozorovatel - asi 99,87 procent jeho délky v klidu, pokud je orientován rovnoběžně na linii jeho pohybu. Délka, kterou pozorovatel pozoruje, se zkrátí na 97,79% své délky v klidu na 0,2c, 91,65% na 0,4c a 71,41% na 0,7c. Při 0,9c je detekovaná délka objektu snížena na 43,58 procenta a při 0,999c se zmenšuje pouze na 4,47 procenta. Blíže k c kontrakci roste ještě extrémněji, i když délka nikdy klesá na nulu.
Pokud s objektem cestuje pozorovatel, tento pozorovatel nevnímá objekt jako smluvní, protože z jeho pohledu je relativní rychlost objektu nulová. V referenčním rámci tohoto pozorovatele je objekt nehybný, zatímco zbytek vesmíru je v pohybu vzhledem k pozorovateli, a tak z pohledu tohoto pozorovatele je to zbytek vesmíru, který se stahuje.
Změna změřené délky objektu podléhajícího zkrácení délky se liší od toho, jak by se objekt ve skutečnosti objevil vizuálně, jak je pozorováno lidským okem nebo kamerou, protože objekt pohybující se dostatečně rychle na to, aby vytvořil znatelné délky, se pohybuje ve významném procentu rychlost vlastního světla. Při těchto rychlostech fotony emitované z různých částí objektu současně dorazí k pozorovateli ve znatelně odlišných časech, což zkreslí vizuální vzhled objektu. Objekt pohybující se směrem k pozorovateli vysokou rychlostí by tak byl zdeformován tak, že by se i při zkrácení délky ve skutečnosti zdálo vizuální kontrole delší. Objekt, který by se vzdálil od pozorovatele, by vypadal kratší kvůli stejnému časovému zpoždění, navíc ke zkrácení skutečné délky, a objekt, který prochází kolem pozorovatele, bude vypadat šikmo nebo otočen.