Найти в Дзене
Блокнот математика

Кривизна, бензин и ОТО

Аналогии полезны, хотя и коварны. Давайте попробуем понять кривизну пространства на простом примере, хоть и не слишком точном. Пусть страна покрыта густой сетью дорог, на которых много заправок, и расстояние мы считаем в затратах на бензин. Плоское пространство --- это когда цена литра везде одна и та же: тогда путешествие на 100, скажем, километров стоит одинаково, из любой точки в любом направлении. Если цена разная --- пространство искривлено. Что это нам может дать? Первое. Кратчайший (самый дешевый) путь --- не прямой. Причем от расхода автомобиля не зависит. Второе. Допустим, что вблизи больших городов (где много людей и автомобилей компактно расположены) цена топлива ниже. Соответственно, если ехать как можно дешевле, то траектория будет приближаться к большому городу. Например, ждете вы дядюшку, что живет на севере. А он приезжает с северо-востока! Отклонился к городу. Вы знаете, что он всегда ездит по самому дешевому маршруту и думаете: а что это он не с севера приехал? Вот и

Аналогии полезны, хотя и коварны. Давайте попробуем понять кривизну пространства на простом примере, хоть и не слишком точном.

Пусть страна покрыта густой сетью дорог, на которых много заправок, и расстояние мы считаем в затратах на бензин. Плоское пространство --- это когда цена литра везде одна и та же: тогда путешествие на 100, скажем, километров стоит одинаково, из любой точки в любом направлении.

Как-то так. Черная сетка - город. Заправки коричневые. Черная траектория - притянулся, синяя - орбита, красная - линзирование.
Как-то так. Черная сетка - город. Заправки коричневые. Черная траектория - притянулся, синяя - орбита, красная - линзирование.

Если цена разная --- пространство искривлено. Что это нам может дать?

Первое. Кратчайший (самый дешевый) путь --- не прямой. Причем от расхода автомобиля не зависит.

Второе. Допустим, что вблизи больших городов (где много людей и автомобилей компактно расположены) цена топлива ниже. Соответственно, если ехать как можно дешевле, то траектория будет приближаться к большому городу.

Например, ждете вы дядюшку, что живет на севере. А он приезжает с северо-востока! Отклонился к городу. Вы знаете, что он всегда ездит по самому дешевому маршруту и думаете: а что это он не с севера приехал? Вот и отклонение света вблизи звезды --- линзирование.

Да, города обычно неподвижны, но это частности. Может быть, двигаетесь Вы. Дядюшка живет далеко, а вы кружите неподалеку от мегаполиса. Он приезжает всегда с севера, а тут вдруг, когда Вы к югу от мегаполиса --- он уклонился.

Если вы водитель-маньяк, вам лишь бы куда-нибудь ехать (но подешевле!), то вы можете выйти на орбиту. Отдаляетесь от города, бензин дорожает; вы сворачиваете на заправочку, где подешевле, оттуда на следующую, и так вокруг мегаполиса и кружите.

Третье. Чем выше скорость, тем больше можно проехать на одном баке, и потому больше отдалиться от города. А если она, скорость, невелика по сравнению с экономностью, то вы заедете в город, где цена еще ниже. Упадете на поверхность, так сказать. Возможно, снижающиеся к центру цены вас туда и затянут --- если в городе можно ехать как привык, как на трассе. Если же там камеры и штрафы, деньги кончатся и придется остановиться. Упасть на твердую поверхность.

Да, это внешние силы. Штрафы могут повысить расходы и не позволить уехать далеко --- и на трассе тоже. Или наоборот: например, вы едете подработать в деревню, и цена бензина для вас частично компенсируется заработком, и так вы можете преодолеть "гравитацию" за счет внешних сил.

И да, как бы быстро вы не ехали, на одном баке вы проедете ограниченное расстояние. Даже если мощность двигателя потенциально неограничена --- очень высокая скорость приведет к повышенному расходу топлива. Так что ограниченность скорости получается в нашей аналогии тоже.

Четвертое. Черная дыра --- город с бесплатным бензином на въезде. Очень большой город, поэтому и бензин дешевый (ну, в нашем примере это так). Условие минимального расхода не позволяет покинуть границу города, а близ центра еще и приплачивают. В самом центре платят бесконечные деньги за литр --- никто не понимает, как это может быть, но оттуда никто не может вернуться. Если ехать с предельной скоростью по кольцевой на расстоянии (полрадиуса), то можно кружить, не заехав в центр --- это фотонная сфера. Но траектории на ней неустойчивые --- либо начнешь с нее по спирали съезжать, либо затянет в город. Ближе --- кружить нельзя, халява затянет.

Конечно, черная дыра пустая, там ничего нет, кроме кривизны. В аналогии нашей весь мегаполис собрался на заправке в самом центре, в небоскребе, образовав огромную плотность в людях на кв. метр.

Пятое. Представим две дороги, совершенно одинаковые, и одинаковые автомобили, которые проезжают равные расстояния. Их расходы будут идентичны. Причем вы не сравниваете их чеки --- водители делают это сами. Если находят расхождение --- орут и ругаются, выясняя, кто прав.

Допустим, слились две нефтяные корпорации --- ну, и заправки поближе повысили цены, потом понизили, потом еще пару раз туда-сюда, и все успокоилось. Соседние заправки, увидев повышение, повысили тоже --- и побежала волна, которая уже от корпораций не зависит. Цены на заправках немного скачут, и чеки водителей немного разные. Причем те, кто ехал на сутки позже, тоже отличаются. Вы слышите крики и заявляете о детектировании волны. По крикам можно определить характер различий, и он предсказан расчетом.

Шестое: принцип эквивалентности. Пусть едет колонна, и задний увеличивает скорость. Расходует энергию (свои личные денежки). Он упрется в едущего впереди и начнет ему сигналить. Давить на нервы. Так и пол ускоряющегося лифта давит нам на пятки.

Теперь пусть эта колонна едет без ускорения в сторону города, но передний едет медленно, потому что ограничение скорости. Так и Земля держит нас за счет своей твердости, не давая ускоряться. Задние, которые еще на трассе, вынуждены тормозить: дорогу загораживает едущий медленно. Они сигналят ему, он им --- так и Земля давит нам на пятки, а мы --- на нее. Ситуации, конечно, различимы в нашей аналогии, но видно, что проявление-то одно и то же! Один мешает ехать другому, а уж почему кто ускоряется или тормозит --- дело десятое!

Ну, и последняя аналогия. Пусть у нас не города, а просто палатки, разбросанные по всей стране. Рай кочевника... По тому же правилу --- больше жителей, ниже цена на бензин --- пространство цен искривляется. Где-то людей больше, цены ниже, приезжают еще люди, ну и происходит коллапс. Чтобы коллапса не было, необходимо, чтобы цены на бензин немного росли. Вроде инфляции. Нет, не той инфляции, а обычной, экономической. Цены растут --- расходы на тот же путь повышаются. Это позволяет избежать коллапса в мегаполисы, потому что доехать до дешевого бензина может быть дорого. Появляется и горизонт наблюдаемой Вселенной --- живущие очень далеко попросту никогда не смогут доехать до нас --- прихваченных на дорогу денег не хватит. И Большой взрыв --- это "когда-то давно бензин вообще ничего не стоил, сынок..."

Путеводитель по каналу