Всем привет, ребят. Это вторая часть моих оправданий на тему скорости света, почему она максимальна и почему мы не сможем её преодолеть. Фактически, я уже ответил в первой части на это дело, но хочется накинуть на вентилятор гов…эээ, плюшек.
Ну и как обычно, ловите видео- и аудиоверсию подкаста:
Эта часть будет сложнючей и крышесносной, так что советую подготовиться, или отложить этот выпуск на потом.
Итак, мы знаем, что есть предел скорости распространения электромагнитной волны в вакууме. Это я так скорость света обозвал.
Про фотоны, которые массы не имеют мы уже поговорили, там всё понятно)
А что будет, если начать разгонять всякие тела, у которых есть масса?
Вот тут-то мы и начинаем вспоминать про старину Эйнштейна.
Помните знаменитое E=mc^2? Так вот, это массовая энергия покоя частицы. То есть, энергия, которая есть у частицы в состоянии покоя. А что, если мы эту частицу начнем разгонять? Формула немного меняется, потому что ну а куда нам девать скорость? Мы получаем страшнючую дробь.
Представьте, что мы отправились на машине в вакуум. Поделим наши условно говоря 60 километров в час на целую скорость света, которая равна 300 000 км/с. Получим ноль целых хрен десятых. Отнимем эти ноль целых с чем-то там от единицы и получим почти единицу. Но не ровно единицу. Ну и вот вам энергия уже поменялась. Очень чуть-чуть, но поменялась же.
А давайте тапку в пол и разгоняться? Потихоньку скорость будет увеличиваться. Давайте отбросим скучное «топлива не хватит», «движок перегреется», «рекорд скорости автомобиля чуть больше 1200 км/ч»… Давайте без вот этого всего, ок?
Притопим тапку в пол. Начнём ускоряться и посмотрим, что у нас будет с нашей энергией в тот момент, когда скорость будет в половину скорости света. В знаменателе у нас корень из (1 - (v/c)^2). Вся эта история у нас будет равна примерно 0,866. С таким знаменателем вся энергия увеличится аж на 15% от энергии покоя. И что? А то, что это уже в принципе кхмм… Дохренища энергии. Мы ещё не умеем такие мощности создавать.
Ну да ладно, давайте дальше.
Разогнались до примерно 0,7 скорости света. А для зануд мы ускоряемся до c/√2. Получаем знаменатель примерно в 0,7 и, соответственно, прирост энергии около 42%. Чем больше мы будем ускоряться, тем больше энергии прибудет.
Давайте представим, что мы разогнались до скорости света. Наше v/c получится равным единице, а знаменатель – нулю. Ну, на ноль делить нельзя, как мы помним. Или можно? Воспользуемся пределом. Представим, что мы какое-нибудь число поделим на овермаленькое число. Чем на меньшее число мы будем делить, тем больше мы получим в результате.
Сотку поделим на единицу получим сотку, если поделим её на одну десятую – получим тыщу, а если поделим нашу сотку на одну сотую, то получим аж десять тыщ. Понятно? Так вот, если мы поделим что-то на число, которое стремится к нулю, то результат будет стремиться к бесконечности. Итак, мы получили бесконечный прирост энергии.
А теперь, собственно, почему нельзя так сделать? А всё просто, мы живём во Вселенной, в которой действует закон сохранения энергии. А значит, нельзя говорить про какие-то движения с бесконечными энергиями и всё такое. Потому что потратить на такое движение придется такое же БЕСКОНЕЧНОЕ количество энергии. А это же вечный двигатель практически нужно изобрести. Извините, термодинамика запрещает нам такие фокусы.
Так что обойдётесь, никаких скоростей света для тел, которые имеют массу.
Но относительно недавно физики на коллайдере научились разгонять протон, обладающий-таки массой до энергий в 6,5 ТэВ (UPD1: с июля 2022 года на коллайдере научились разгонять протоны до 6,8 ТэВ). Я пытался считать, у меня получилось, что на 40 000 м/с меньше скорости света. А это около одной сотой процента разницы. То есть, протон разогнали на 99,99% скорости света. Но я могу ошибаться, тут уже лучше курить нормальные научные статьи, а не мои подкастики)
(UPD2: Я-таки ошибся где-то с десятками. Получилось на ~4 м/с меньше скорости света, а не на 40 000. Но опять же - всё равно лучше курить нормальные статьи)
Помните выпуск про масштабы? Я снова побалуюсь с масштабами для удобства. Представим, что скорость света – 100 километров в час. Ну и для наглядности пусть это будет поезд, а не луч света. Так вот, отбрасываем рамки термодинамики и создаём автомобиль, который может достичь той же скорости. Садимся, тапку в пол и… 10 километров в час… 20…50… Выглядываем в окно и… поезд обгоняет нас как стоячих. Притапливаем ещё. Разгоняемся до 99 км/ч и уже ждём, что сейчас увидим пассажиров поезда, машиниста… Хрен там. Снова обгоняет и снова как стоячих. Да как так-то?
А это в игру вступил господин Лоренц. Ему, в отличие от других мужчин, хотелось все сократить, поэтому он выяснил, что при движении любой объект немного сокращается в зависимости от скорости. Помните наше (1 - (v/c)^2)? Вот эту историю надо запихнуть под корень и умножить на длину объекта в покое. Тогда и получим длину объекта в движении.
Опять та же история – чем ближе мы к скорости света, тем ближе к нулю будет этот корень. Чем ближе к нулю корень, тем меньше длина. Чем быстрее мы движемся, тем короче мы становимся. А теперь совсем крышеснос… Примерно те же формулы применимы и ко времени! То есть, мы не только сокращаем длину, мы ещё и время замедляем.
Кстати, это не единственный вариант замедления времени, я уже рассказывал про то, как материя мнёт пространство-время.
Ладно, когда мы гоним со скоростью, близкой к скорости света, то мы сокращаем свою длину и увеличиваем своё время. Но свет в нашей системе отсчёта будет идти со своей обычной скоростью. Можно сказать, что мы замедляемся и сокращаемся таким образом, чтобы свет в каждый момент времени обгонял нас на 300 000 наших километров в нашу секунду.
Прикол в том, что если за нашей гонкой будет наблюдать посторонний человек, то он увидит, что мы движемся почти с одинаковой скоростью. То есть замедление времени снаружи машины он не увидит, но вот сокращение длины – увидит. По его мнению, ехать будет блин, а не машина. А если ему удастся разглядеть что-то внутри машины – увидит и замедление времени. Мы будем двигаться как в замедленной съемке. А когда мы будем останавливаться – на его глазах начнём удлиняться и ускоряться. Внутри машины всё действует так же, вроде бы. Есть два лагеря. Одни говорят, что мы увидим такую же картину по отношению к наблюдателю – он же относительно нас движется со скоростью, которую нам показывает спидометр. Будем останавливаться – его удлинит и ускорит. А вот другие говорят, что всё немного наоборот, и при таких скоростях мы увидим ускоренную и удлиненную версию окружающего мира. Визуально это забабахали в «Звездных воинах» и «Стартреке», когда корабль переходит на эти скорости и звёзды вдруг удлиняются, помните?
Если вы устали, или вам этого достаточно – советую сейчас проскроллить страницу-другую. Как увидите обычный текст – можно будет остановиться. А для остальных – плюшка со звёздочкой*.
Помните, мы уже представляли время как измерение? Давайте повторим этот фокус. Представим график. Горизонтально будет идти пространственная ось, а вертикально – временная. Объект, который находится в покое, будет выглядеть как вертикальная линия на графике. Так вот, если объект начинает двигаться в пространстве, то линия будет наклоняться. Ну, поменяли по горизонтали координату, а по вертикали у нас движение сохраняется. Никто время не отменял, тормозов нет. Получается какая-то наклонная линия, или кривая, если объект ускоряется. Можно вернуться в точку, откуда начали движение, тогда получится волнистая вертикальная линия, но фигура никогда не замкнется, а линия никогда не пойдёт вниз. Все эти линии называются мировыми линиями для каждого объекта.
Но вообще-то учёные задумались… Раз время теперь – измерение, то и скорость движения в этом измерении у нас должна быть. Для объекта в покое она составляет одну секунду в секунду. Но если есть скорость, значит, её можно менять, так? Давайте к каждой точке на мировой линии прибабахаем касательные. Помните, что такое касательная? Это прямая, которая касается построенной линии, не пересекая её и которая перпендикулярна радиусу кривизны. Надеюсь, что такое радиус кривизны понятно на уровне интуиции)
Построим второй график. Это будет график, на котором на одной оси мы измеряем скорость течения времени для объекта, а на другой – скорость в пространстве. Именно скорость, а не координаты. Так вот, это будет график как раз про такие касательные, и вот что мы увидим…
Любая линия, которую мы построим, будет иметь одинаковую длину. Такие линии называются 4-скорость и эта скорость всегда постоянна и равна скорости света. Прикол в том, что чем большую скорость мы развиваем, тем меньше скорость течения времени. Это как стрелка на часах между девятью часами и тремя. Мы пытаемся ускоряться, а время замедляется. И чем ближе мы к скорости света, тем больше стрелка наклоняется к оси.
Эта история даёт нам ещё один запрет на движение со сверхсветовыми скоростями. В таком случае, стрелку нужно как-то так распластать на горизонтальной оси, чтоб она была ещё более горизонтальной. Короче, прямее прямого в нашем пространстве не может быть, так что извините, хрен вам, а не движения со скоростью света)
Так, хотите ещё плюшек? Их есть у меня! Давайте представим, что мы смогли ускорить фотон быстрее скорости света. Можем и не фотон представить, хоть табуретку, не суть. Короче, мы взяли и поставили на Марс Машу. Свет до Марса будет идтиии…ну пусть около 20 минут. А теперь мы взяли, да и разогнали табуретку до сверхсветовой скорости и пустили в Машу. Ну и маякнули ей заранее, мол, увидишь, как мы там кнопку жмякнули – жди доставку. Заковыка в том, что эта табуретка придёт раньше, чем Маша увидит, как мы кнопку жмякнули. То есть, сначала Маша увидит мебель, а потом увидит, как её послылали.
Получается в Машиной системе отсчёта причина и следствие местами перепутались, и чем больше расстояние и скорость, тем больше будет разница во времени между причиной и следствием. Возможно, где-то на окраине Вселенной кто-то уже зарегистрировал сигнал с нашей планеты, который мы отправим в будущем. А саму планету ещё не видно, она даже может ещё не сформировалась в их картине мира.
Эта история на самом деле нарушает принцип причинности, и пока мы считаем, что это невозможно и так нельзя. События из будущего не должны влиять на прошлое. Но это пока мы так считаем… Может, в будущем всё поменяется.
Там в первую очередь вопрос к парадоксу убитого дедушки. Это когда путешественник во времени возвращается во времени и убивает своего дедушку, но проблема в том, что сделав это, он обрекает себя на то, чтобы никогда не родиться и дедушка остаётся жив, а раз жив, то внук родится, а раз родится, то полетит в прошлое убивать деда…
Так и что, нельзя путешествовать со скоростью света, или больше? Мы не полетим к звёздам и всё такое?
Ребят, обрадую вас – есть как минимум три серьёзных научных идеи, как обхитрить пространство-время. Но это именно воздействие на саму ткань пространства-времени, а не бег по ней. То есть, мы будем сминать под ногами пространство, а не бежать по нему. Это как ехать на канатной дороге между двумя горами. Идти пришлось бы сильно дольше, а в воздухе хлоп и всё быстро и коротко. Или можно наоборот попытаться пройти под горой в туннеле. В общем, хитрые мы.
Короче, ребят, вторая половина этого выпуска – уже больше фантазии научного сообщества, чем реально подтвержденные наблюдения. Но в теории должно работать как-то так) Поживем – увидим.
С вами был Роман Юдаев,
Пока-пока!