radio.syg.ma


radio.syg.ma is a community platform for mixes, podcasts, live recordings and releases by independent musicians, sound artists and collectives
Create post

Больше, чем физика. Часть 6. Абсолютно относительно. Относительно абсолютно

Александр Чушков


Здесь, чтобы стоять на месте
нужно бежать изо всех сил,
а чтобы куда-то попасть, нужно бежать,
по крайней мере, в два раза быстрее

Льюис Кэрролл «Алиса в Зазеркалье»


Наверное, нет ни одного раздела физики, вокруг которого было бы столько домыслов и спекуляций, как вокруг теории относительности. И самая большая спекуляция — это фраза: «Всё в мире относительно». Спекулятивна она, во-первых, потому что об относительном характере многих объектов и явлений знали ещё древние греки, а во-вторых, потому что одним из двух базовых положений теории относительности и является утверждение, что не всё в мире относительно, есть скорость света, которая абсолютна.

Не знаю, почему, но так вышло, что теория относительности прочно вошла в массовую поп-культуру. Может быть, потому что появилась примерно в то же время, что и сама массовая поп-культура? Разумеется, вошла она в поп-культуру не как научная теория, а как фраза, как бренд, как мем, как симулякр, имеющий мало общего с изначальным объектом. И войдя таким, крайне поверхностным, образом в массовую культуру, теория относительности стала обрастать околонаучными, псевдонаучными и вовсе антинаучными домыслами. Каждый более-менее начитанный гражданин, как правило, не знающий даже основ классической механики, считал своим долгом порассуждать о теории относительности. В результате, в сознании людей место теории относительности заняли именно эти безграмотные рассуждения.

Отдельно стоит упомянуть и главного создателя теории относительности Альберта Эйнштейна. Потому что вокруг его имени в массовой поп-культуре возникло ещё больше домыслов и спекуляций, чем вокруг его теории. Популярность имени Эйнштейна привела к тому, что ему стали приписывать всё что можно, и всё, что не можно.

До сих пор Интернет кишит фразами Эйнштейна, которые он никогда не произносил. Поскольку Альберт Эйнштейн разработал одну из самых сложных научных теорий, то в массовом сознании его имя стало синонимом очень-очень умного человека. И поэтому любая глупость после которой стоит подпись «Альберт Эйнштейн» в сознании многих граждан становится умной и заслуживающей внимания.

Вот я и попытаюсь немного почистить те авгиевы конюшни, которые соорудили попсовики-затейники вокруг теории относительности.

Разумеется, я не смогу в этой главе изложить не то, что содержание теории, я не смогу даже изложить её суть в самом сжатом виде. Максимум, что я могу сделать, это рассказать о предмете изучения теории относительности. А дальше желающие, зная, что теория изучает, а что она не изучает, уже сами могут попробовать кое–как разобраться в ней. Но предупреждаю, что теория относительности — очень сложная вещь, как понятийно, так и математически.

Итак, что же изучает эта теория?

Ещё в XVII веке итальянский учёный Галилео Галилей ввёл в физику, так называемый, принцип относительности. Что изучал Галилей? К примеру, изучал движение различных предметов на плывущем корабле. Если корабль плыл прямо и с постоянной скоростью, то все движения в каюте выглядят так же, как если бы корабль стоял неподвижно. То же самое касается любого другого транспортного средства.

Или, к примеру, как измерить скорость матроса, идущего по палубе по ходу движения корабля относительно берега? Нужно сложить скорость корабля и собственную скорость матроса относительно палубы. А если матрос идёт против хода судна, то его скорость нужно вычитать из скорости корабля.

То же самое можно сказать о скорости пассажира в вагоне движущегося поезда. Если пассажир идёт по вагону в том же направлении, в котором движется поезд, то его скорость относительно перрона будет равняться скорость поезда плюс собственная скорость пассажира. Если — в обратном направлении, то — скорость поезда минус скорость пассажира.

Это всё было известно, и это умели вычислять ещё во времена Ньютона и Галилея. Это всё называлось классическим принципом относительности, и это всё лежало в основе основ классической механики, главными создателями которой и были Галилей и Ньютон.

Все формулы классической механики прекрасно работали на практике до тех самых пор, пока учёные не стали измерять скорость света. Свет движется с очень большой скоростью, долгое время вообще многие считали, что свет распространяется мгновенно. Но где-то в XIX веке скорость света уже измерили, и к кону XIX века обнаружили весьма странную особенность, связанную с этой скоростью.

Во-первых, скорость света оказалась величиной постоянной. Она составляет где-то 300 тысяч километров в секунду. Во-вторых, учёные были потрясены, когда установили, насколько эта скорость постоянна. Оказалось, что к свету совершенно неприменим тот самый принцип относительности Галилея. Луч света, выпущенный с движущегося корабля по ходу движения и луч света, выпущенный с корабля против хода движения, вопреки всем ожиданиям движутся относительно берега с одной и той же скоростью.

Но у корабля, даже если это современный космический корабль, скорости, по сравнению со скоростью света, небольшие, даже, можно сказать, ничтожно малые, а вот звёзды, галактики и другие космические объекты могут двигаться со скоростями вполне сопоставимыми со скоростью света. Так вот, если, к примеру, звезда приближается к нам со скоростью 200 тысяч километров в секунду, то по формулам Галилея — Ньютона скорость луча света, пущенного этой звездой относительно земли должна равняться 200+300=500 тысяч километров в секунду. 300 тысяч — скорость света и 200 тысяч — скорость самой звезды, итого 500. А если звезда от нас удаляется, то скорости вычитаем, по формулам Галилея — Ньютона должно получатся 100 тысяч километров в секунду.

Должно было получатся. Но не получалось. Измерения показывали, что и скорость света от приближающейся звезды, не зависимо от её собственной скорости, и скорость света от удаляющейся звезды, не зависимо от её собственной скорости, и скорость света звезды, которая относительно нас неподвижна, во всех случаях скорость света равна 300 тысяч километров в секунду.

А дальше — больше. Выяснилось, что для любых объектов, не только для света, движущихся со скоростями близкими к скорости света, работает это правило. Как бы тела не двигались относительно друг друга, их суммарная скорость не превышает скорость света. Если, к примеру, два гипотетических звездолёта летят навстречу друг другу со скоростями 200 тысяч километров в секунду, то скорость одного звездолёта относительно второго будет равняться не 400 тысяч километров в секунду, а приблизительно 280 тысяч километров в секунду.

Таким образом, получилось, что у учёных факты не сходились с теорией.

Но физика так устроена, что если появляются какие-то новые факты, которые не вписываются в принятую теорию, то теорию надо пересматривать. Каждая теория имеет свою область применения, и если находятся какие-то факты, которые выходят за рамки этой теории, значит, нужно создавать более общую теорию, с более широкими рамками, которая и объяснит необъяснимые явления. Оказалось, что классическая механика Галилея — Ньютона хорошо объясняет те движения, которые происходят с привычными для людей скоростями, и не работает для скоростей близких к скорости света. Возникла необходимость в создании новой, более общей теории, которая объясняла бы и движения с привычными нам скоростями, и движения со скоростями околосветовыми. Вот такую теорию и предложил Альберт Эйнштейн. Разумеется, нельзя сказать, что он создал эту теорию исключительно сам, он опирался на исследования многих других учёных, но решающую роль в создании такой теории всё-таки сыграл он.

О самой теории я не буду рассказывать, это — специальные знания, с которыми желающие могут попытаться ознакомиться самостоятельно. Подчеркну только, что теория относительности объясняет движения одних тел относительно других тел как с привычными для нас скоростями, так и со скоростями близкими к скорости света. И в основе её лежат два положения. Первое — это всё тот же принцип относительности Галилея, расширенный не только на движение, но и на любые физические явления. А второе положение называют запретом Эйнштейна.

Что он провозглашает, что он запрещает? Запрет Эйнштейна говорит о том, что скорость света является максимально возможной скоростью в природе. Со скоростью больше, чем скорость света ни один физический объект двигаться не может. И это доставляет нам большие неудобства, которые пока что особо нас не беспокоят, но в будущем побеспокоят. Дело в том, что даже до ближайшей к Солнцу звезды — Альфа Центавра — свет идёт больше четырёх лет. То есть, какие бы быстрые звездолёты мы ни научимся делать, всё равно над нами будет довлеть запрет Эйнштейна, и путешествия, даже к ближайшим звёздам, будут занимать долгие годы, если не десятилетия. И ничего тут не поделаешь. Но…

Но физика всегда оставляет лазейки. О некоторых из них я говорил в главе, посвящённой чёрным дырам. Ещё одной лазейкой являются так называемые тахионы — гипотетические частицы, живущие по ту сторону светового барьера. А уж больше, чем физика должна оставлять ещё больше лазеек. Ведь, если движение со скоростью большей, чем скорость света невозможно, то надо выйти из возможного в невозможное. И такое невозможное не всегда находится за пределами видимой Вселенной. Есть такое невозможное, которое мы можем наблюдать в повседневной жизни, к которому мы настолько привыкли, что считаем его само собой разумеющимся. Речь идёт о, так называемых, псевдообъектах, которые не являются физическими объектами и, в тоже время, присутствуют в нашей жизни. И некоторые из этих псевдообъектов способны передвигаться со скоростью, превышающей скорость света.

О них — в следующий раз.

Subscribe to our channel in Telegram to read the best materials of the platform and be aware of everything that happens on syg.ma

Author