Скорость света, с чем её едят и почему её невозможно превысить.

Доброго времени суток! Вы когда-нибудь задумывались, почему скорость света является предельной скоростью во Вселенной? Почему нельзя просто взять и обогнать свет?

Здесь и далее мы рассматриваем скорость света в вакууме - пространстве, свободном от вещества, потому что скорость света в среде всегда намного меньше.

Итак, давайте разберёмся. Скорость света - абсолютная величина скорости распространения электромагнитных волн в вакууме.

Спектр электромагнитных волн. Наш глаз воспринимает только узкий диапазон излучений.

Обозначаемая буквой "с", она численно равна 299 792 458 м/с. В международной системе единиц СИ скорость света определяется, как расстояние, пройденное светом в вакууме за промежуток времени равный 1/299 792 458 секунды.

Она относится к фундаментальным физическим постоянным величинам, которые описывают фундаментальные законы природы и свойства материи, а также характеризует свойства геометрии пространства-времени в целом.

В соответствии с теорией относительности Альберта Эйнштейна, Вселенная имеет три пространственных измерения и одно временное, и все эти четыре измерения органически связаны в единое целое, являясь равноправными и способными переходить друг в друга при смене наблюдателем системы отсчёта. В пространстве-времени координатная сетка, которая простирается в 3+1 измерениях (длина, ширина, глубина + время), обозначает события, то есть время добавляется как ещё одно измерение в координатной сетке. Таким образом, координаты определяют не только местоположение события, но и момент этого события.

Альберт Эйнштейн. Этот добродушный усач навсегда изменил представление о мире, опубликовав свою теорию относительности. Кстати, свою "Нобелевку" он получил не за это, а за открытие теории фотоэффекта.

Если отследить перемещение любого объекта в 4-измерениях, то можно схематически нарисовать его мировую линию - кривую в пространстве-времени, описывающую движение тела и геометрическое место всех
событий существования тела.

Мировые линии покоящегося объекта (синяя) и движущегося (красная).

Рассмотрим упрощенный вариант 4-измерений, обозначив пространственные координаты на одной оси абсцисс (x, y, z) и временную ось ординат (t). Мировая линия объекта, который находится в покое, совпадает с осью времени. Если объект движется, то его мировая линия описывает кривую в пространстве.

Раз мы находимся в четырехмерном пространстве, соответственно и скорость тоже должна быть четырехмерной. И тут начинается самое интересное. К мировой линии существует касательный вектор, и называется он - 4-скоростью!

Касательный вектор 4-скорости (желтый) к мировой линии (красная).

Сейчас будет немного посложнее. Вектор 4-скорости всегда лежит в пределах светового конуса будущего.

Световой конус времени во всей его красе.

Световой конус можно определить как множество всех точек, для которых интервал, отделяющий их от данного события (вершины светового конуса), светоподобен (то есть равен нулю). Вершина разделяет поверхность светового конуса на две части. Одна часть поверхности лежит в области будущего по отношению к вершине и содержит все события, которых может достичь световой сигнал из вершины. Другая часть содержит все события в прошлом, такие, что испущенный из них световой сигнал может достичь вершины.

Световой конус имеет прямое отношение к причинно-следственной структуре пространства (любое событие может оказывать влияние только на события, происходящие позже него и не может оказывать влияние на события, произошедшие раньше него), а именно: он разделяет всё пространство-время на три части по отношению к вершине:

1. Область абсолютного прошлого: конус прошлого - все события, которые могли повлиять на событие в вершине.
2. Область абсолютного будущего: конус будущего - все события, на которые влияет событие в вершине конуса.
3. Область абсолютно удалённого события, отделённые от вершины пространственно подобным интервалом, то есть не связанные с вершиной причинно-следственными связями.

С точки зрения специальной теории относительности всё тоже гения Эйнштейна, все лучи, лежащие строго внутри конуса будущего, «равноправны» и «одинаково удалены» (точнее, бесконечно удалены) от поверхности светового конуса. Поэтому разогнать массивное тело до скорости света невозможно, сколько бы и в какую сторону Вы бы его ни толкали.

Ни одно событие не может оказывать влияние на события, которые уже произошли, иначе бы известный "парадокс убитого дедушки" никогда бы не зацикливался, но об этом мы поговорим в других материалах.

Подписывайтесь на мой канал, если хотите знать больше о космосе. Интересные темы не заставят себя ждать. Ставьте пальцы вверх и пишите в комментариях какие мифы о космосе Вас интересуют.