Сегодня мы вместе окунемся в захватывающий мир относительности, где нас ждёт удивительный парадокс, заложенный самим Эйнштейном. Приготовьтесь к взрыву мозга — а потом к ещё одному! И обязательно дочитайте статью до конца — финал обещает быть увлекательным.
Так, представьте себе таинственную девушку-прыгунью с шестом по имени Наталья. Она мчится к перекладине, расположенной, кстати, прямо на ферме. Ферма эта весьма компактная, и вот Наталья пробегает через открытый амбар. Ранее девушка решила измерить свой шест и выяснила, что его длина в два раза превышает размер амбара.
А тем временем, вы, даже не подозревая о необычной гостье, трудитесь над своим новым изобретением внутри этого самого амбара. Вы настроили таймер, который в момент активации посылает сигнал к передней и задней двери амбара, заставляя их мгновенно закрыться и снова открыться. Всё выглядит готовым к решающему эксперименту!
Вы решаете проверить, в действительности ли ваше устройство работает. И вот, в момент, когда таймер активируется, Наталья мчится через амбар! И тут встаёт вопрос: возможно ли закрыть обе двери, когда Наталья внутри амбара? Казалось бы, нет. Мы же говорили, что шест длиннее амбара в два раза, так как же она может в него поместиться, даже бегущая с невероятной скоростью?
Но давайте немного усложним задачу. Представим, что Наталья бежит со скоростью, близкой к скорости света. Тут-то и начинается настоящая магия физики! При приближении к световым скоростям объекты сжимаются в длину. Этот эффект и носит название "сокращение длины".
"Подождите, — скажете вы, — это же просто визуальный эффект, ведь глаз не успевает за такой скоростью". Однако, уважаемые читатели, это не оптический обман. Объект действительно становится короче! Если взять ракету длиной в метр, разогнать ее до скоростей, приближенных к световым, и зафиксировать этот момент на фото, то её длина окажется меньше метра. И насколько именно меньше — зависит от её текущей скорости.
И так, предположим, Наталья бежит к амбару со скоростью, приближенной к скорости света. Из вашей перспективы она сжимается в длину по направлению движения. С вашей точки зрения, Наталья как бы "сплющивается". Это значит, что обе двери амбара действительно могут закрыться, пусть и на мгновение, с Наташей внутри. Странно, не правда ли? Но парадокс наступает, когда мы начинаем смотреть на ситуацию глазами Наташи.
"Почему же перспектива Натальи должна отличаться?" — спросите вы. Ответ прост: потому что любое движение — относительно. Представьте, вы стоите на вокзале и смотрите на проезжающий поезд. Вы кажетесь себе неподвижными, а поезд — мчащимся. Теперь представьте, что вы в поезде. И для вас платформа — это что-то, что мчится мимо, в то время как вы стоите на месте.
"Но поезд же движется, не так ли?" — могли бы вы возразить. Теперь представьте, что вы наблюдаете за поездом из космоса. Этот поезд движется с впечатляющей скоростью в 1600 километров в час с востока на запад. Земля вращается со скоростью 1600* километров в час, но в противоположную сторону, и если смотреть из космоса, поезд кажется неподвижным, а сама Земля — движущейся. Весь мир относителен.
*Земля вращается со скоростью, зависящей от географической широты. На экваторе линейная скорость вращения Земли составляет примерно 1670 километров в час (или около 465 метров в секунду). Эта скорость уменьшается по мере приближения к полюсам из-за уменьшения радиуса вращения.
Скорость 1600 км/ч приведена для примера.
Теперь вновь вернемся к нашему амбару. Вам видно, как «сплющенная» Наталья пробегает сквозь амбар, двери которого закрываются и открываются за доли секунды.
Для Наташи она — неподвижный объект, в то время как амбар мчится навстречу ей со скоростью света. И если амбар движется, то сжимается он, а не Наташа. В таком случае она не может в него поместиться, ведь двери закрыты. С вашей точки зрения всё в порядке, но с точки зрения Натальи — никак нет. И что же происходит на самом деле? Возможно ли, чтобы вы оба были правы? Ответ удивителен: да, вы оба правы.
Теперь переходим к самой сокровенной части рассказа. Вся загадка кроется в понимании, что именно происходит в момент закрытия дверей. Специальная теория относительности учит нас, что абсолютного времени не существует, есть лишь различные системы отсчета. И в разных системах, события происходящие одновременно для одного наблюдателя, могут не совпадать для другого.
Вы, возможно, скептически относитесь к этому, поскольку никогда не сталкивались с подобными эффектами в повседневной жизни. Это объясняется тем, что подобные явления становятся заметными лишь при движении со скоростями, сопоставимыми со скоростью света, а самая высокая скорость, которую большинство из нас испытывало на себе, — это скорость полета самолета, а это всего лишь миллионная доля от скорости света.
Так что же происходит с Наташей и её шестом? С вашей точки зрения, таймер срабатывает, сигнал одновременно достигает обеих дверей, и они закрываются, оставляя Наташу внутри. Однако для Наташи сарай и его двери движутся, и здесь картина меняется кардинально.
Дверь A отдаляется от приближающегося сигнала, и сигналу требуется больше времени, чтобы дойти до неё, ведь дистанция увеличивается. Напротив, дверь Б движется навстречу сигналу, уменьшая расстояние, которое нужно преодолеть. Таким образом, когда Наташа вбегает в сжавшийся амбар, дверь Б закрывается и мгновенно открывается снова. Когда задняя часть шеста оказывается внутри, дверь A также закрывается и снова открывается. Вот и вся магия!
Спасибо за внимание! Если вам понравилась статья, не забудьте поставить «лайк» и поделиться с друзьями. Если вы здесь впервые — приветствуем вас! Подписывайтесь и не пропускайте новые публикации. И если у вас есть в голове интересные парадоксы физики — делитесь в комментариях! Нам нравится разбирать сложные вопросы, и мы с удовольствием поделимся размышлениями по вашим загадкам в следующих статьях. До новых встреч!