3. SLIČNOSTI KOD SVETLOSNIH I ZVUČNIH TALASA
 
   Brzina svetlosti je izuzetno velika i dugo je vladalo mišljenje da se ona trenutno prostire čak i na najveće daljine, to jest da je beskonačno velika. Galilej je prvi pokušao da je eksperimentalno odredi, ali bez uspeha. Prvi koji je uspeo da približno odredi brzinu svetlosti bio je Olaf Remer (Olaf Römer) i to na osnovu posmatranja prvog Jupiterovog satelita 1675. godine.
   Zbog velike brzine svetlosti, teško je pratiti, ispitivati, pa stoga i razumeti sve pojave vezane za njeno ponašanje. Svetlost je talasne prirode slično kao i zvuk. Ove dve prirodne pojave imaju dosta zajedničkog, kao što je na primer: prostiranje (ravanski i sferni talas), interferencija, Doplerov efekat, prelamanje, refleksija itd. Brzina zvuka u vazduhu je za oko 9·10⁵ puta manja od brzine svetlosti. Zbog toga je daleko lakše uočavanje, praćenje i merenje određenih pojava kod zvuka nego kod svetlosti. Stoga, da bi se lakše i bolje razumele izvesne pojave vezane za svetlost, koje tretira Specijalna teorija relativnosti, dobro je da pre pristupanja analizi ove teorije razmotrimo prostiranje zvuka u vazduhu i da izvršimo upoređenje sa prostiranjem svetlosti u vakuumu.
   Neka je u nekoj tački homogene vazdušne sredine smešten sinusni oscilator čije oscilovanje generiše sferne zvučne talase. Ako je oscilovanje tog oscilatora dato jednačinom

(3.1)

gde je elongacija, amplituda, kružna frekvencija i vreme, tada je generisani zvučni talas, posmatran u bilo kojoj tački na sferi poluprečnika , definisan jednačinom

(3.2)

gde je poluprečnik sfere posmatranog zvučnog sfernog talasa i brzina zvuka u vazduhu. Ako je sredina homogena onda će prostiranje talasa biti jednako u svim pravcima, pa je za posmatranje dovoljno da se uzme samo jedan pravac. Tada se jednačina (3.2) svodi na oblik

(3.3)

   Prostiranje sfernog talasa zvuka dato je i jednačinom

(3.4)

odnosno

(3.5)

a prostiranje ravanskog talasa duž -ose jednačinom

(3.6)

   Jednačine (3.2), (3.3), (3.5) i (3.6) mogu se primeniti na svetlosni talas uz sledeće značenje veličina. Elongacija predstavljala bi poremećaj električnog polja ili magnetske indukcije . Kako je svetlost elektromagnetske prirode to se može tretirati ili sa električnim ili sa magnetskim talasom pošto su oni međusobno konjugovani. Amplituda predstavlja ovde amplitudu električnog ili magnetskog talasa. Kružna frekvencija ima i ovde isto značenje, dok bi brzina bila brzina svetlosti umesto brzine zvuka.
   Posebno treba obratiti pažnju na jednačine (3.4), (3.5) i (3.6), jer su one bile korišćene kod izvođenja Lorencove transformacije koordinata čiji je cilj bio: dokaz kontrakcije tela koja se kreću kroz etar i objašnjenje negativnog rezultata Majkelsonovog eksperimenta. Upravo, navedene jednačine su tamo tretirane kao jednačine koje opisuju kretanje elektromagnetskog talasa, a ne zvučnog. S obzirom da te jednačine, kao što je poznato, imaju isti oblik za prostiranje zvučnih i elektromagnetskih talasa, to je opravdano tvrditi da se može izvesti Specijalna teorija relativnosti na bazi prostiranja zvuka umesto na bazi prostiranja svetlosti. U Specijalnoj teoriji relativnosti se tvrdi da se ne može postići brzina veća od brzine svetlosti, čak ni relativna brzina. Slično je bilo i sa zvukom. Trebalo je dosta vremena, napora i znanja da se probije "zvučni zid". Dugo se smatralo da je to nemoguće. Mnogi su tvrdili da će se svaka letilica raspasti pri dostizanju brzine zvuka. Pa i pored toga danas letilice, čak i velikih dimenzija, probijaju taj "zid" uz velika opterećenja koja podnose pri tom proboju. Sada se tvrdi da je nemoguće probiti "elektromagnetski zid", to jest postići brzinu koja je veće od brzine svetlosti u vakuumu. Postavlja se pitanje da li je ta tvrdnja zasnovana na činjenicama ili na približnim i nepotpunim matematičkim jednačinama. Nije li on već davno probijen od strane dalekih kvazara, koji se, sudeći po crvenom pomaku, udaljavaju od nas brzinom tri puta većom od brzine svetlosti [16] ili možda i od kosmičkih zraka enormnih energija. Za sada su to samo pretpostavke, ali ne sasvim bez osnova.
   Brzina prostiranja zvuka u odnosu na prenosni medijum ne zavisi od brzine kretanja izvora zvuka. Isto važi i za slučaj prostiranja svetlosti. Međutim, u odnosu na izvor zvuka, u određenim okolnostima, brzina zvuka može biti i znatno veća ili manja od brzine zvuka u prenosnom medijumu.
   Pretpostavimo da je izvor zvuka smešten u koordinatni početak nepokretnog referentnog koordinatnog sistema (sl. 3.1) i neka se duž -ose kreće zatvoren vagon brzinom . Zvučni impuls generisan u koordinatnom početku posle nekog vremena sustiže pokretni vagon i preko zadnjeg zida vagona prenosi se na vazduh unutar vagona. Od tog trenutka zvuk se u vagonu kreće od zadnje strane ka prednjoj strani vagona brzinom u odnosu na zadnju stranu vagona. U odnosu na izvor zvuka u koordinatnom početku sistema , od koga je potekao, taj zvuk se sada kreće brzinom , gde je brzina vagona, a sa njim i vazduha koji prenosi zvuk. Tako se može povećati brzina zvuka u odnosu na izvor i do dva puta. Ukoliko bi se vagon kretao u suprotnom smeru onda bi brzina zvuka u vagonu u odnosu na izvor zvuka bila . Ovo nastaje zbog toga što vagon nosi medijum - čestice vazduha, čijim se oscilovanjem prenosi zvuk. U otvorenom vagonu ne dolazi do ove pojave i zvuk se u njemu prostire istom brzinom kao i u okolnom prostoru, nezavisno od toga kojom se brzinom i u kom smeru kreće vagon. U zatvorenom vagonu ili avionu, čija brzina može biti i veća od brzine zvuka, putnici normalno razgovaraju i brzina kretanja nema uticaja na prostiranje zvuka unutar vagona ili aviona, jer su čestice, koje oscilovanjem prenose zvuk, nošene unutar te zatvorene prostorije. Ukoliko bi to bila otvorena prostorija čestice vazduha ne bi bile nošene i zvuk iz zadnjeg dela prostorije ne bi dospeo do prednjeg dela ako bi brzina prostorije bila veća od brzine zvuka. Na primer, dobro je poznato da zvuk motora aviona ostaje iza aviona ako je brzina aviona veća od brzine zvuka.

Slika 3.1