12. Парадокс часов и космические полеты. Специальная теория относительности. В мире больших скоростей

Парадокс близнецов (мысленный эксперимент): объяснение

12. Парадокс часов и космические полеты. Специальная теория относительности. В мире больших скоростей

Основным назначением мысленного эксперимента под названием «Парадокс близнецов» было опровержение логичности и обоснованности специальной теории относительности (СТО). Стоит сразу оговориться, что ни о каком парадоксе на самом деле речи не идёт, а само слово фигурирует в этой теме потому, что суть мысленного эксперимента была изначально неправильно воспринята.

Основная идея СТО

Парадокс теории относительности (парадокс близнецов) гласит, что «неподвижный» наблюдатель воспринимает процессы движущихся объектов как замедляющиеся. В соответствии с той же теорией инерциальные системы отсчёта (системы, в которых движение свободных тел происходит прямолинейно и равномерно либо они находятся в состоянии покоя) равноправны относительно друг друга.

Парадокс близнецов: кратко

С учётом второго постулата возникает предположение о противоречивости специальной теории относительности. Чтобы разрешить эту проблему наглядно, было предложено рассмотреть ситуацию с двумя братьями-близнецами. Одного (условно – путешественника) отправляют в космический полёт, а другого (домоседа) оставляют на планете Земля.

Формулировка парадокса близнецов при таких условиях обычно звучит так: по оценке домоседа, время на тех часах, которые находятся у путешественника, движется медленнее, а значит, когда он вернётся, его (путешественника) часы будут отставать. Путешественник, напротив, видит, что относительно него движется Земля (на которой находится домосед со своими часами), и, с его точки зрения, именно у его брата время будет идти более медленно.

В действительности оба брата находятся в равных условиях, а значит, когда они окажутся вместе, то на их часах время будет одинаковым. Одновременно по теории относительности отставать должны именно часы брата-путешественника. Такое нарушение очевидной симметричности было рассмотрено как несогласованность положений теории.

Парадокс близнецов из теории относительности Эйнштейна

В 1905 году Альберт Эйнштейн вывел теорему, которая гласит, что при нахождении в точке А пары синхронизированных друг с другом часов можно перемещать одни из них по криволинейной замкнутой траектории с неизменной скоростью до тех пор, пока они вновь не достигнут точки А (и на это будет затрачено, например, t секунд), но в момент прибытия они покажут меньшее время, чем те часы, что оставались неподвижны.

Шесть лет спустя статус парадокса этой теории придал Поль Ланжевен. «Завернутая» в наглядную историю, она скоро приобрела популярность даже среди людей, далёких от науки. По мнению самого Ланжевена, нестыковки в теории объяснялись тем, что, возвращаясь на Землю, путешественник двигался ускоренно.

Ещё через два года Максом фон Лауэ была выдвинута версия о том, что значимы вовсе не моменты ускорения объекта, а тот факт, что он попадает в другую инерциальную систему отсчёта, когда оказывается на Земле.

Наконец в 1918 году Эйнштейн смог сам объяснить парадокс двух близнецов через влияние поля гравитации на течение времени.

Объяснение парадокса

Парадокс близнецов объяснение имеет довольно простое: изначальное предположение о равноправии между двумя системами отсчёта неверно. Путешественник пребывал в инерциальной системе отсчёта не всё время (это же касается и истории с часами).

Как следствие, многие посчитали, что специальную теорию относительности нельзя использовать для правильной формулировки парадокса близнецов, иначе получаются несовместимые друг с другом предсказания.

Всё разрешилось, когда была создана общая теория относительности. Она дала точное решение для имеющейся задачи и смогла подтвердить, что из пары синхронизированных часов отставать будут именно те, которые находятся в движении. Так изначально парадоксальная задача получила статус рядовой.

Спорные моменты

Существуют предположения о том, что момент ускорения достаточно значим для изменения скорости хода часов. Но в ходе многочисленных экспериментальных проверок было доказано, что под действием ускорения движение времени не ускоряется и не замедляется.

В итоге отрезок траектории, на котором один из братьев ускорялся, демонстрирует только некоторую асимметричность, возникающую между путешественником и домоседом.

Но данное утверждение не может объяснить, почему время замедляется именно у движущегося объекта, а не у того, что остаётся в покое.

Проверка практикой

Парадокс близнецов формулы и теоремы описывают точно, но это для человека некомпетентного довольно сложно. Для тех, кто больше склонен доверять практике, а не теоретическим выкладкам, были проведены многочисленные эксперименты, целью которых было доказать или опровергнуть теорию относительности.

В одном из случаев использовались атомные часы. Они отличаются сверхточностью, и для минимальной рассинхронизации им потребуется не один миллион лет. Помещённые в пассажирский самолёт, они несколько раз облетели Землю и после показали вполне заметное отставание от тех часов, которые никуда не летали. И это притом что скорость передвижения у первого образца часов была далеко не световая.

Другой пример: более продолжительна жизнь мюонов (тяжёлых электронов). Эти элементарные частицы в несколько сотен раз тяжелее обычных, обладают отрицательным зарядом и формируются в верхнем слое земной атмосферы благодаря действию космических лучей.

Скорость их движения к Земле лишь на малость уступает световой. При их истинной продолжительности жизни (в 2 микросекунды) они распадались бы раньше, чем коснутся поверхности планеты.

Но в процессе полёта они живут в 15 раз дольше (30 микросекунд) и всё-таки достигают цели.

Физическая причина парадокса и обмен сигналами

Парадокс близнецов физика объясняет и более доступным языком. Пока происходит полёт, оба брата-близнеца находятся вне зоны досягаемости друг для друга и не могут на практике удостовериться в том, что их часы движутся синхронно.

Точно определить, насколько замедляется движение часов у путешественника, можно, если проанализировать сигналы, которые они будут посылать друг другу.

Это условные сигналы «точного времени», выраженные как световые импульсы или видеотрансляция циферблата часов.

Нужно понимать, что передаваться сигнал будет не в настоящем времени, а уже в прошедшем, поскольку распространение сигнала происходит с определённой скоростью и требуется определённое время, чтобы пройти от источника до приёмника.

Правильно оценивать результат сигнального диалога можно только с учётом эффекта Доплера: при удалении источника от приёмника частота сигнала уменьшится, а при приближении – увеличится.

Формулировка объяснения в парадоксальных ситуациях

Для объяснения парадоксов подобных историй с близнецами можно применить два основных способа:

  1. Внимательное рассмотрение имеющихся логических построений на предмет противоречий и выявление логических ошибок в цепи рассуждений.
  2. Осуществление детальных вычислений с целью оценки факта торможения времени с точки зрения каждого из братьев.

В первую группу попадают вычислительные выражения, основанные на СТО и вписанные в инерциальные системы отсчёта.

Здесь подразумевается, что моменты, связанные с ускорением движения, настолько малы по отношению к общей длине полёта, что ими можно пренебречь.

В отдельных случаях могут вводить третью инерциальную систему отсчёта, которая продвигается по встречному направлению в отношении путешественника и используется для передачи данных с его часов на Землю.

Во вторую группу входят вычисления, построенные с учётом того, что моменты ускоренного движения всё же присутствуют.

Сама эта группа также подразделяется на две подгруппы: в одной применяется гравитационная теория (ОТО), а в другой – нет.

Если ОТО задействована, то подразумевается, что в уравнении фигурирует поле гравитации, которое соответствует ускорению системы, и берётся во внимание изменение скорости течения времени.

Заключение

Все обсуждения, связанные с мнимым парадоксом, обусловлены лишь кажущейся логической ошибкой.

Как бы ни были сформулированы условия задачи, добиться того, чтобы братья оказались в полностью симметричных условиях, невозможно.

Важно учесть, что время замедляется именно на движущихся часах, которым пришлось пройти через смену систем отсчёта, потому что одновременность событий относительна.

Рассчитать, насколько замедлилось время с точки зрения каждого из братьев, можно двумя способами: используя простейшие действия в рамках специальной теории относительности либо ориентируясь на неинерциальные системы отсчёта. Результаты обеих цепей вычислений могут быть взаимно согласованы и в равной степени служат для подтверждения того, что на движущихся часах время идёт медленнее.

На этом основании можно предполагать, что при перенесении мысленного эксперимента в реальность тот, кто займёт место домоседа, действительно состарится быстрее, чем путешественник.

Источник: http://fb.ru/article/298577/paradoks-bliznetsov-myislennyiy-eksperiment-obyyasnenie

Теория относительности: физика пространства-времени

12. Парадокс часов и космические полеты. Специальная теория относительности. В мире больших скоростей

Был этот мир туманной мглой окутан.

«Да будет свет», и появился Ньютон.

Но Сатана недолго ждал реванша.

Пришёл Эйнштейн, и стало всё как раньше.

Как Максвелл Галилея опроверг

Максим Горький как-то сказал, что «Динамо» – это сила в движении. Имел он в виду, конечно, спортивный клуб.

А если взять, к примеру, электромагниты и покрутить и подвигать их всячески, то электродинамика движущихся тел, то бишь электромагнитная волна, поведёт себя неправильно с точки зрения классической механики, опровергая постулаты великих учёных прошлых веков, а конкретно Галилея и Ньютона.

В 1632 году в своей знаменитой книге «Диалоги о двух главнейших системах мира – птоломеевой и коперниковой» Галилео Галилей рассудил так:

«Пока корабль стоит неподвижно, наблюдайте прилежно, как мелкие летающие животные с одной и той же скоростью движутся во все стороны помещения; все падающие капли попадут в подставленный сосуд, и вам, бросая какой-нибудь предмет, не придётся бросать его с большей силой в одну сторону, чем в другую, если расстояния будут одни и те же. Заставьте теперь корабль двигаться с любой скоростью, и тогда (если только движение будет равномерным и без качки в ту и другую сторону) во всех названных явлениях вы не обнаружите ни малейшего изменения и ни по одному из них не сможете установить, движется ли корабль или стоит неподвижно».

Выводы Галилея назвали принципом относительности.

Этот принцип, утверждающий эквивалентность различных инерциальных систем отсчёта, сыграл важную роль в классической механике. Преобразования, связывающие результаты наблюдений относительно двух инерциальных (то есть не испытывающих ускорения) систем отсчёта, получили название преобразования Галилея.

Джеймс Клерк Максвелл вывел уравнения, описывающие различные электромагнитные поля. Из них выходило, что скорость света не зависит от системы отсчёта и всегда одинакова. Максвелл объяснил это наличием так называемого эфира и эфирного ветра.

Эфиром в Средневековье называли пятый элемент, иначе говоря, квинтэссенцию, которую безуспешно пытались найти настойчивые алхимики. Подобно тому, как звуковые волны распространяются в воздухе, так и свет должен якобы распространяться в некоей среде, которую и решили назвать эфиром.

Максвелл призвал научное сообщество во что бы то ни стало доказать существование эфира. Два умелых экспериментатора, Майкельсон и Морли, как раз этим и занялись.

С помощью точных оптических приборов – интерферометров они пускали световые лучи в перпендикулярных направлениях, чтобы измерить скорость эфирного ветра, обдувающего Землю, поскольку тот несётся с огромной скоростью в эфирном пространстве. Сколько бы они ни повторяли свой эксперимент, приборы показывали полный штиль. Ветра не было.

С тех времён были проведены десятки гораздо более точных экспериментов, и все они показали тот же результат. От концепции эфира пришлось отказаться. И сразу же стало ясно, что уравнения Максвелла, которые абсолютно точно описывали все параметры любых электромагнитных полей, противоречат классической механике.

Стали предприниматься попытки как-то исправить ситуацию, не отказываясь от эфира. Несколько преуспел в этом Хендрик Лоренц.

Он вывел свои собственные преобразования, так что с их учётом уравнения Максвелла не противоречили выводам Галилея.

Лоренц считал свои выводы применимыми только лишь к электромагнитным волнам и эфиру, не распространяя их на общие свойства пространства и времени. И спустя несколько лет сокрушался, что не смог «предложить теории относительности».

Эту теорию фактически открыл великий французский математик Анри Пуанкаре.

Ему принадлежит чёткая формулировка принципа относительности для электромагнитных явлений. В своей работе в 1895 году он писал:

«Невозможно обнаружить абсолютное движение материи, или, точнее, относительное движение весомой материи и эфира».

В 1898 году Пуанкаре выдвинул гипотезу постоянства скорости света и обратил внимание на условный характер понятия одновременности двух событий:

«Не существует абсолютного времени. Утверждение, что два промежутка времени равны, само по себе не имеет смысла и можно применять его только условно».

Под влиянием работ Пуанкаре Лоренц в 1904 году предложил новый вариант своей теории. В ней он предположил, что при больших скоростях механика Ньютона нуждается в поправках.

Анри Пуанкаре развил эти идеи в статье «О динамике электрона», где был сформулирован всеобщий принцип относительности, совместимый с преобразованиями Лоренца. В этой же работе он предложил релятивистское обобщение теории гравитации, в которой тяготение распространялось в эфире со скоростью света.

Несмотря на то, что фактически Пуанкаре сформулировал основные постулаты специальной теории относительности Эйнштейна (СТО), его работы были написаны в духе эфирной теории Лоренца:

«Результаты, полученные мною, согласуются во всех наиболее важных пунктах с теми, которые получил Лоренц. Я стремился только дополнить и видоизменить их в некоторых деталях».

Минус пятый элемент

Всё это не позволило ни Лоренцу, ни Пуанкаре сделать гигантский шаг вперёд. Его сделал Эйнштейн в своей знаменитейшей работе «К электродинамике движущихся тел». Она вышла в сентябре 1905 года, содержала очень простые формулы и, несмотря на электродинамическое название, несла в себе коренной пересмотр взглядов на устройство Вселенной.

Говоря об основополагающих принципах своей теории, Эйнштейн пишет:

«Дальнейшие соображения опираются на принцип относительности и на принцип постоянства скорости света. Мы определяем оба принципа следующим образом:

1. Законы, по которым изменяются состояния физических систем, не зависят от того, к какой из двух координатных систем, находящихся относительно друг друга в равномерном поступательном движении, эти изменения состояния относятся.

2. Каждый луч света движется в покоящейся системе координат с определённой скоростью «V» независимо от того, испускается ли этот луч света покоящимся или движущимся телом».

Из этих принципов автоматически вытекали преобразования Лоренца. Через два года Герман Минковский создал геометрическую модель Вселенной Эйнштейна. Она была четырёхмерной. Четвёртым измерением стало время.

И такая физика стала физикой пространства-времени, которые с тех пор рассматриваются как нераздельные.

Преобразования Лоренца, то есть переход от одной системы координат к другой (помните, у Галилея были опыты с движущимся и стоящим на месте кораблём?), означали просто поворот осей координат.

И вот теперь задумайтесь: если скорость света неизменна, если пространство и время объединены в одну систему координат и взаимно зависят друг от друга, то что происходит при движении? Уточним – при очень быстром движении. Например, при полёте космонавтов на межзвёздном корабле, летящем со скоростью, ненамного уступающей скорости света. Быстрота движения – это чтобы происходящие изменения были заметней.

Так вот. Допустим, вы стоите на поверхности Луны и наблюдаете, как мимо с огромной скоростью, скажем, сто тысяч километров в секунду, проносится космический корабль. Если он летит строго справа налево по отношению к вам, то сократится его длина. Была сто метров, а стала метра полтора.

Если корабль летит кривовато, то он сплющится и в длину, и в ширину – строго вдоль вектора скорости. Назад он прилетит, скажем, через год, а для пилота этого корабля пройдёт всего лишь несколько дней.

Все цифры в данном примере условны, но уравнения специальной теории относительности позволяют всё подсчитать абсолютно точно.

Знаменитую формулу Эйнштейна E = mc2 впервые вывел Оливер Хевисайд, посчитавший её математическим дефектом.

А вот Эйнштейн счёл эту простую формулу доказательством эквивалентности массы и энергии, что вскоре легло в основу конструкции атомной бомбы, о необходимости создания которой Эйнштейн, как всем известно, написал в своём письме президенту США Франклину Рузвельту.

Подытоживая, можно, перефразируя Ньютона, сказать, что если Эйнштейн и видел дальше других, то это потому, что он стоял на плечах гигантов.

Заметим, что работы реально великого математика Пуанкаре были не очень известны, и Эйнштейн только в 1945 году признался, что использовал выводы Пуанкаре. На это указывает в одной из своих статей ещё один великий математик Владимир Арнольд, считая, что вклад Эйнштейна в науку несколько преувеличен.

Кстати, Эйнштейн в конце концов предложил вернуть эфир, но в несколько ином качестве. Он полагал, что нелепо называть пространство, имеющее целую кучу параметров, вакуумом.

Только не надо думать, что эйнштейновская СТО лишена недостатков. Они у неё есть, и их принято называть парадоксами. Вот, например, парадокс подводной лодки.

Мысленно представим себе подводную лодку, плывущую со скоростью, близкой к скорости света. Тогда, согласно специальной теории относительности, с точки зрения наблюдателя на берегу длина лодки должна уменьшиться, плотность – увеличиться, и лодка начнёт тонуть. Но с точки зрения капитана лодки, наоборот, сжимается и становится более плотной вода, а лодка должна всплывать на поверхность.

Этот парадокс неразрешим в рамках специальной теории относительности, которая не учитывает действие гравитации. Насчёт гравитации Эйнштейн тоже позаботился, создав общую теорию относительности.

Всё криво в этом мире…

Ещё Галилей установил, сбрасывая тяжёлые предметы с Пизанской башни, что все они падали на землю одновременно. Ньютон подогнал свои уравнения под объективную реальность, данную ему в опытах Галилея, и ввёл массу тела в уравнения силы тяжести так, что эта масса сокращается в числителе и знаменателе и на путь, пройденный телом в поле силы тяжести, не влияет никак.

Эйнштейну это не понравилось, потому что не было похоже на действие обычной силы. Даже силач не сдвинет с места каменный дом, хотя маленький камень он зашвырнёт выше крыши. Значит, гравитация не похожа на силу мускулов, подумал Эйнштейн, да и на любую другую силу.

– А сила ли это вообще? – задал он самому себе вопрос. И ответил: – Нет, не сила, а искривление пространства.

В общем, если космический корабль летит мимо большой планеты, он не испытывает воздействия никаких сил. Когда он подлетает к планете, то попадает в гравитационную ямку, продавленную в пространстве Вселенной огромной массой планеты, и искривляет свой полёт. А если яма глубокая, а корабль летит не очень быстро, то он может и упасть на планету.

Такое кривое пространство называется уже не пространством Минковского, а пространством Римана.

Самый известный пример гравитационного отклонения траектории – не корабля, а луча света – звёздный квазар по названию «Крест Эйнштейна».

На фотографии видны четыре звезды, хотя на самом деле это четыре изображения одного квазара. Просто лучи света от него прошли через притяжение огромной галактики и отклонились, расщепившись аж на четыре части.

Обе теории относительности нещадно критиковались и критикуются. Но тем не менее они эффективно работают в практических инженерно-технических свершениях нашей цивилизации. А въедливая дотошность Эйнштейна, упорного спорщика, без устали выискивающего ошибки в чужих расчётах, породила к жизни множество анекдотов, одним из которых мы и закончим наш рассказ о теории относительности и её авторе.

«Эйнштейн умирает и попадает на небо.

– Альберт, сын мой, ты жил праведно и много сделал. Есть ли у тебя какая-то просьба?

– Господи, покажи мне формулу всего сущего!

Щелчок пальцами, появляется доска, исписанная формулами. Эйнштейн, изучая написанное:

– Это ещё Ньютон знал, это я знал, это похоже на правду… О, вот об этом я догадывался… Хм… Господи! По-моему, вот здесь у тебя ошибка!

– Я знаю…»

Источник: http://lgz.ru/article/-46-6439-20-11-2013/teoriya-otnositelnosti-fizika-prostranstva-vremeni/

Четыре способа преодолеть вселенское ограничение скорости

12. Парадокс часов и космические полеты. Специальная теория относительности. В мире больших скоростей

Когда Альберт Эйнштейн впервые установил, что свет движется с одинаковой скоростью по нашей Вселенной, он, по сути, установил ограничение скорости на 299 792 458 метров в секунду. Но это не конец.

На самом деле это только начало. До Эйнштейна масса — атомы, из которых вы, я и все вокруг состоим — и энергия рассматривались как отдельные величины.

Но в 1905 году Эйнштейн навсегда изменил способ физического восприятия Вселенной.

Специальная теория относительности связала массу и энергию вместе в простом, но фундаментальном уравнении E=mc2. Это маленькое уравнение означает, что никакая масса не может двигаться так же быстро, как свет, или быстрее.

Человечество ближе всего подходило к пределу скорости света в мощных ускорителях частиц вроде Большого адронного коллайдера и Тэватрона. Эти колоссальные машины ускоряют субатомные частицы до 99,99% скорости света, но, как объясняет нобелевский лауреат по физике Дэвид Гросс, эти частицы никогда не достигают космического предела скорости.

Для этого понадобится бесконечное количество энергии, а масса объекта станет бесконечной, что невозможно. (Частицы света фотоны могут двигаться со скоростью света, потому что массы не имеют).

После Эйнштейна физики обнаружили, что некоторые величины могут достигать сверхлюминальных (или сверхсветовых) скоростей и по-прежнему соблюдать космические правила, установленные специальной теорией относительности. Хотя это не опровергает теорию Эйнштейна, оно дает нам представление о своеобразном поведении света и квантовом пространстве.

Световой эквивалент звукового удара

Когда объекты движутся быстрее скорости звука, они создают звуковой удар. Таким образом, в теории, если что-то движется быстрее скорости света, оно должно производить нечто вроде «светового удара».

По факту этот световой удар происходит ежедневно и по всему миру — его можно даже увидеть глазами. Он называется излучением Черенкова (эффектом Черенкова — Вавилова) и выглядит как голубоватое свечение внутри ядерных реакторов (на снимке ниже — Продвинутого испытательного реактора).

Излучение Черенкова названо в честь советского ученого Павла Алексеевича Черенкова, который впервые измерил его в 1934 году и был удостоен Нобелевской премии по физике в 1958 году за свое открытие.

Излучение Черенкова светится, потому что ядро реактора погружено в воду с целью охлаждения. В воде свет движется медленнее, его скорость составляет 75% скорости света в вакууме космоса, но электроны, которые рождаются в процессе реакции внутри ядра, движутся в воде быстрее света.

Частицы вроде этих электронов, которые превосходят в скорости свет в воде или какой-либо другой среде вроде стекла, создают ударную волну, подобную ударной волне от звукового удара.

Когда ракета, например, проходит через воздух, она генерирует волны давления перед собой, которые толкают воздух со скоростью звука, и чем ближе ракета к звуковому барьеру, тем меньше времени остается у волн, чтобы уйти с пути объекта. Достигнув скорости звука, ракета смалывает волны в кучу, создавая ударный фронт, который приводит к мощному звуковому удару.

Аналогичным образом, когда электроны движутся сквозь воду со скоростью, превышающую скорость света в воде, они порождают ударную волну света, которая иногда светится синим цветом, но может светиться и в ультрафиолете.

Хотя эти частицы движутся быстрее света в воде, на деле же они не нарушают космического ограничения скорости в 300 000 км/с.

Когда правила не учитываются

Не стоит забывать, что специальная теория относительности Эйнштейна утверждает, что ничто с массой не может двигаться быстрее скорости света; и, насколько физики могут утверждать, вселенная соблюдает это правило. Но как быть с тем, что без массы?

Фотоны по своей природе не могут превзойти скорость света, но частицы света — не единственные безмассовые вещи во вселенной. Пустое пространство не содержит материальную субстанцию, а значит не имеет массы по определению.

«Поскольку ничто не может быть более пустым, чем вакуум, он может расширяться быстрее скорости света, поскольку ни один материальный объект не нарушает световой барьер, — считает астрофизик-теоретик Мичио Каку. — Таким образом, пустое пространство, безусловно, может двигаться быстрее света».

Физики считают, что так и произошло сразу после Большого Взрыва в эпоху инфляции, которую впервые предположили физики Алан Гут и Андрей Линде в 1980-х годах. В течение триллионной триллионной доли секунды Вселенная умножалась на два в размерах и в результате расширилась экспоненциально очень быстро, значительно превысив скорость света.

Квантовая запутанность срезает углы

Квантовая запутанность кажется сложной и пугающей, но в самом простом смысле запутанность — это просто способ взаимодействия субатомных частиц. И что самое интересное в этом явлении, так это то, что процесс этой связи может происходить быстрее света.

«Если два электрона свести достаточно близко, они начнут вибрировать в унисон, в соответствии с квантовой теорией.

Потом, если разделить эти электроны сотнями или даже тысячами световых лет, они все равно будут поддерживать связь друг с другом. Если покачнуть один электрон, другой моментально почувствует эту вибрацию, быстрее скорости света.

Эйнштейн думал, что это явление должно опровергнуть квантовую теорию, потому что ничто не может двигаться быстрее света».

Но в 1935 году Эйнштейн, Борис Подольский и Натан Розен попытались опровергнуть квантовую теорию в ходе мысленного эксперимента, который Эйнштейн назвал «жутким действием на расстоянии».

По иронии судьбы, их работа легла в основу так называемого парадокса ЭПР (Эйнштейна — Подольского — Розена), который описывает эту мгновенную связь в процессе квантовой запутанности. Это, в свою очередь, может лечь (и постепенно ложится) в основу многих передовых технологий, таких как квантовая криптография.

Мечты о кротовых норах

Поскольку ничто с массой не может двигаться быстрее света, вы можете распрощаться с межзвездными путешествиями — во всяком случае в классическом смысле, с ракетами и обычными полетами.

Хотя Эйнштейн и похоронил наши мечты о глубоком космосе со своей специальной теорией относительности, он дал нам новую надежду на межзвездные путешествия со своей общей теорией относительности в 1916 году.

В то время как специальная теория относительности «женит» массу и энергию, общая теория относительно смыкает вместе пространство и время.

«Единственный возможный способ преодолеть световой барьер может быть скрыт в общей теории относительности и искривлении пространства времени, — считает Каку. — Это искривление мы называем «червоточиной», и она теоретически может позволить нам преодолевать огромные расстояния мгновенно, буквально пронзая насквозь ткань пространства-времени».

В 1988 году физик-теоретик Кип Торн — научный консультант и продюсер фильма «Интерстеллар» — использовал уравнения общей относительности Эйнштейна, чтобы предсказать возможное существование червоточин, которые открыли бы нам дорогу в космос. Но в его случае этим кротовым норам необходима была странная экзотическая материя, которая поддерживала бы их в открытом состоянии.

«Удивительный на сегодня факт: это экзотическое вещество может существовать, благодаря странностям законов квантовой механики», — пишет Торн в своей книге «Наука «Интерстеллара».

И это экзотическое вещество может быть когда-нибудь создано в лабораториях на Земле, хотя и в небольших количествах. Когда Торн предложил свою теорию стабильных червоточин в 1988 году, он призвал сообщество физиков помочь ему определить, может ли во вселенной существовать достаточно экзотического вещества, чтобы сделать существование червоточин возможным.

«Это породило много исследований в сфере физике; но сегодня, спустя тридцать лет, ответ до сих пор неясен, — пишет Торн. Пока все идет к тому, что ответ «нет», но, — Мы пока далеко от окончательного ответа».

Источник: https://Hi-News.ru/space/chetyre-sposoba-preodolet-vselenskoe-ogranichenie-skorosti.html

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.