Очередной очерк из серии публикаций, посвященных основным идеям специальной теории относительности (СТО).
Считают, что движение со скоростью света невозможно... Разберемся.
Во-первых, сам свет движется. Во-вторых, возможно и быстрее света! Но вещество, тело разогнать до скорости света действительно нельзя.
Почему тело нельзя разогнать до скорости света?
Потому что с ним можно связать систему отсчета.
Пусть тело движется в инерциальной системе отсчета (ИСО) со скоростью u. Перейдем в сопутствующую ИСО, где тело покоится. Дадим телу новую скорость v – уже в этой, второй ИСО.
Тогда итоговая скорость тела в первой ИСО должна рассчитываться по формулам «сложения скоростей» (а точнее, преобразования, о чем рассказывали в предыдущем очерке). Из формул видно, что, каковы бы ни были u и v, они не могут дать с. Добавки скорости в сопутствующих системах отсчета, сколько бы и каких ни было, никогда не приведут к достижению скорости света!
Иногда говорят: тело нельзя разогнать до световой скорости, потому что его масса возрастает, стремясь к бесконечности. Это ошибочное суждение - по следующим причинам:
- в современной теории масса инвариантна, и от скорости не зависит;
- невозможность движения тела со скоростью света и выше - следствие не динамики, а кинематики.
Никакой объект (в том числе математический) невозможно сменой системы отсчета заставить двигаться со скоростью, большей чем с, если первоначально он имел досветовую скорость. Кстати, справедливо и обратное!
Все-таки возможно движение со скоростью больше световой?
Да. Например, фазовая скорость электромагнитных волн (да и любых волн) может быть больше с. Сколь угодно большую скорость имеет точка пересечения, например, сжимающихся лезвий ножниц – когда они почти параллельны.
Разумеется, при этом не движется ничто вещественное. Мы имеем дело с движением «геометрического места», условного математического объекта.
И еще не забывайте, что для неинерциальных систем отсчета – в движении с любыми скоростями ничего незаконного нет.
Сверхсветовое движение
Между прочим, для скоростей, больших с, формула «сложения» тоже справедлива! И здесь возможны любопытные эффекты.
Так, если мы пустимся вдогонку за сверхсветовым объектом, то при определенной скорости движения обнаружим, что объект «перебросился» за нашу спину, и удаляется уже назад, а не вперед. Двигаясь заведомо медленнее, мы оставили сверхсветовой объект позади!
Но как можно обогнать сверхсветовое движение, когда мы сами можем двигаться лишь со скоростью, меньшей с?
Сверхсветовой объект движется по пространственноподобной мировой линии. Это значит, что два события из его жизни могут поменяться местами в своей очередности – в зависимости от смены системы отсчета.
В определенной ИСО события будут одновременны (а скорость бесконечной). Пороговая скорость наблюдателя находится из формулы «сложения скоростей»: в знаменателе должен оказаться ноль.
Дело в смене очередности событий: те, что случились раньше (объект нагонял нас со спины) в новой ИСО стали более поздними. Объект движется назад во времени.
Обращение времени возможно!
Да – для череды пространственноподобных событий. Они не связаны причинно-следственной связью, значит, причинность не нарушается.