Lex Kravetski (lex_kravetski) wrote,
Lex Kravetski
lex_kravetski

Category:

Кое-что про теорию относительности

В рамках ценной дискуссии дорогие товарищи дали почву для весьма интересных соображений. Причём, не только почву, но и фактические данные, примеры и философские соображения. По этому поводу всем дорогим товарищам выражаются множественные благодарности, а я начну излагать продукт взаимодействия их интеллекта с моим.

Собственно, отправной точкой послужили изложенные кем-то из комментаторов рассуждения Эйнштейна (я сам не проверил, рассуждал ли он так, поэтому спорить не буду, мне без разницы — Эйнштейн, не Эйнштейн). Заключаются они примерно в следующем: если можно двигаться быстрее скорости света (или же, если она не инвариант), то в какой-то момент мы «догоним» волны и начнём «рассматривать» события в обратном порядке. То есть, нарушится причинно-следственная связь. Этого нельзя помыслить, поэтому нам следует постулировать инвариантность скорости света. «Нельзя помыслить», конечно, в данном случае подразумевает «вся физика нафиг», поэтому за обоснование сойдёт.

Однако тут есть нюанс: причинно-следственная связь нарушается не в самом явлении, а в наших наблюдениях за этим явлением. Это — важно. В это самая соль и заключена.

Рассмотрим самолёт, движущийся в атмосфере Земли. Самолёт летит прямо на нас. На самолёте установлен мощный репродуктор, через который пилот регулярно (раз в минуту, например) выкрикивает показания приборов — в частности, высоту с альтиметра и два угла, задающие направление на аэродром. По этим данным мы, в общем-то, можем восстановить точку нахождения самолёта (с погрешностью, конечно, но не суть). Вдобавок пилот выкрикивает ещё и показания бортовых часов.

Так вот. Мы никак не можем наблюдать за самолётом. Сведения о нём к нам поступают строго в виде звуковых колебаний атмосферы. Мы слышим выкрикнутые пилотом координаты и строим график его перемещения в пространстве относительно выкрикнутого им времени. При этом помечаем на графике время, когда мы услышали его крик. Пока самолёт летит сильно медленнее звука, всё вроде как нормально. Однако по мере набора скорости самолётом мы начинаем наблюдать аномалии. Временные интервалы, которые выкрикнул пилот, не соответствуют интервалам их получения нами. То есть, по часам пилота прошла минута (ну, во всяком случае он так крикнул), мы же получили сигналы с интервалом в полминуты.

Таким образом, время в системе пилота идёт медленнее, чем в нашей. Но это — наблюдаемое нами пилотское время.

Если мы попытаемся построить функцию преобразования времени пилота в наше время, она будет подобна преобразованию Лоренца — то есть, при стремлении скорости самолёта относительно нашей системы к скорости звука будет стремить любой наблюдаемый нами пилотский временной интервал к нулю.

Важно, что тут не чистая математика и не иллюзия — мы реально будем фиксировать сокращение интервалов между сигналами.

Но следует ли из этого инвариантность звука? Следует ли, что быстрее скорости звука самолёт лететь не может? Мы ведь уже проверили — не следует. Самолёты могут летать быстрее звука. Как тогда быть с нашим преобразованием? Что будет при пересечении звукового барьера?

Да мы, в общем-то слышали. Громкий такой бабах получается. И этот бабах в нашем эксперименте означал бы сжатие наблюдаемого нами времени пилота до нуля. Выкрикнутые в разные моменты времени данные дошли бы до нас одновременно. Мы бы одновременно услышали, что у пилота сейчас 10:00, 10:11, 10:12 и т.д. и т.п. Мы бы одновременно услышали, что пилот находится в самых разных точках пространства. В общем, очень интересно бы нам было.

Это, повторюсь, опять же не умозрительные выкладки — оное на эксперименте проверяется.

Ещё интереснее нам будет, если пилот успеет приземлить самолёт до того, как до аэродрома дойдёт выкринкутая им фраза. Тогда он пронаблюдает самого себя в прошлом. Безо всяких, надо отметить, мистических парадоксов.

Теперь идём дальше. Самолёт опережает скорость звука и выкрикиваемые пилотом фразы начинают приходить к нам в обратном порядке и задом наперёд. Мы и до этого уже отметили эффект Допплера — увеличение частоты фраз, но теперь наблюдаем нарушение причинно-следственной связи. И снова безо всякой мистики. Там, где происходили события, причинно-следственная связь соблюдалась. Она нарушается только в наших наблюдениях. И, что характерно, наблюдаем мы ровно то, что предсказали с помощью формул.

При этом наблюдаемый нами пилот не только стареет медленнее, он после преодоления звукового барьера начинает молодеть — об этом говорят наши наблюдения. Однако высадившийся к нам пилот ни фига не будет моложе — он так и останется нашим ровестником. Его время шло с той же скоростью, что и наше. Медленнее шло только наблюдаемое нами его время.

Так происходило из-за того, что среда, передающая нам информацию, не справлялась со скоростью поступления данных.

Тут стоит рассмотреть ещё один, очень похожий на сиё процесс. Положим, где-то стоит компьютер, который что-то там считает. Сосчитанное он упаковывает в сетевой пакет, снабжает пакет штампом времени и засылает нам. Скорость передачи данных по сети, положим, 100 байт в секунду (это мало, я в курсе). Пока компьютер генерирует данные со скоростью, положим, 10 байт в секунду у нас тишь да гладь. Мы, конечно, получаем пакет не мгновенно, однако интервалы между пакетами соответствуют скорости вычислений компьютера — мы так десять байт в секунду и получаем, а разность штампов времени соответствует интервалам получения нами пакетов. Но вот компьютер напрягается и начинает генерировать не 10, а 200 байт. Данные он всё так же пытается слать в сеть, но сеть такой скорости уже не осиливает. Она успевает отослать только 100 байт за первую секунду, а оставшиеся 100 байт шлёт за вторую. Но за вторую секунду компьютер уже сгенерировал ещё 200 байт. Мы, соответственно, получим их на третьей и четвёртой секунде.

Мы недоумеваем: интервалы штампов вдвое меньше интервалов получения нами пакетов с данными. С нашей точки зрения часы компьютера идут вдвое быстрее наших: мы получаем раз в две секунды те данные, которые тот компьютер считает разделёнными лишь одной секундой. Но мы же понимаем, что такого быть не может — скорость его часов такая же как у наших.

Иными словами, мы наблюдаем уже не только процесс, сгенерированный удалённым компьютером, но и ещё особенности канала передачи данных. Мы «упёрлись» в пропускную способность канала.

Конечно, данная аналогия не является тождественной эксперименту с самолётом, однако она иллюстрирует суть явления: замедление времени, как и любое другое искажение наблюдаемого процесса, может свидетельствовать не только о некой физической характеристике процесса, но и о физической характеристике канала, которым мы пользуемся для наблюдений.

В случае с самолётом мы имеем следующее: воздушная среда такова, что возмущение, с помощью которого мы наблюдаем самолёт, не позволяет нам адекватно судить о процессе движения самолёта относительно этой среды, если скорость самолёта сравнима или же превосходит скорость передачи возмущения в среде.

Можно предположить, что примерно то же самое имеет место быть в случае любых наблюдений, основанных на трактовке возмущений (а такие наблюдения у нас — все).

То есть, возможно двигаться быстрее скорости света, но нельзя через «световой канал» адекватно наблюдать такое движение. Любое движение наблюдаемое по световому каналу будет диагностироваться нами, как движение с меньшей, чем скорость света, скоростью. Однако одновременно с этим мы будем наблюдать и рассинхронизацию времени.

При этом нельзя разогнать объект до сверхсветовой скорости пользуясь возмущениями, скорость которых меньше световой. Оное наблюдается нами как возрастание массы тела, по сути дела отражая лишь неспособность возмущения «догнать» разгоняемый объект.

Это, само собой, совсем даже не опровержения принятых тезисов СТО, а ещё один объяснения явлений. И, — за компанию, — трактовки формул. Например, те самые короткоживущие частицы, которые, тем не менее, успевают до своего распада пронзить атмосферу Земли, могут быть рассмотрены как движущиеся со скоростью света, но живущие в ином, более медленном времени. Что и объясняет их чудесную способность. А могут быть рассмотрены и другим способом: как летящие со сверхсветовой скоростью в едином с нами времени, но наблюдаемые нами через недостаточно быстрые возмущения. Иными словами, частица долетает до поверхности Земли со сверхсветовой скоростью и распадается, но мы всё ещё продолжаем её наблюдать через наш «медленный» канал.

Она не живёт в медленном времени, это мы её медленно наблюдаем.

Кроме того, при наблюдении частицы не «сбоку», а «спереди», мы вполне можем пронаблюдать её «задом наперёд». Вот это, кстати, имело бы смысл проверить.

Такое, впрочем, не обязательно должно быть возможным — зависит от свойств канала. Так, мы можем задом наперёд «прослушать» самолёт, но не можем задом наперёд получить данные с удалённого компьютера.

Продолжим однако. А чтобы сделать это, переместим репродуктор внутрь самолёта. Внутри самолёта воздух движется относительно атмосферы. Таким образом, сказанное по репродуктору будет перемещаться относительно наблюдателя на Земле быстрее скорости звука в атмосфере. Но пронаблюдать это через звуковой канал мы не можем. Звук, в момент достижения заботливо открытого люка вынужден будет сменить среду своего распространения. И при смене среды замедлиться, сменив при этом заодно и свою частоту. В результате до наблюдателя он дойдёт именно со скоростью звука в атмосфере, хотя и динамик, издавший звук, двигался быстрее, и сам звук пока был в самолёте — тоже.

То есть, в среде возмущение двигается с одной и той же скоростью, но вот среды могут двигаться друг относительно друга и быстрее. Однако наблюдатель не имеет возможности это отследить.

Не исключено, что такое имеет место быть и с электромагнитным возмущением. Например, с каждым его источником связана некоторая среда, в которой возмущение распространяется со скоростью с. Однако при переходе в среду приёмника происходит трансформация возмущения, сохраняющая скорость распространения возмущения равной всё той же с, но уже в своей системе отсчёта. Наблюдатель и приёмник, неподвижные друг относительно друга, находятся в тождественных средах, при переходе между которыми с возмущением ничего не происходит. Если же они движутся друг относительно друга, то необходимость перехода между средами для возмущения, таким образом искажает наблюдения, на этом возмущении основанные, что наблюдаемое для наблюдателя выглядит так, будто имеет место быть искажение временных интервалов и размеров наблюдаемых объектов.

Правило сложения скоростей говорит о том же: наблюдаемые скорости не аддитивны. Что однако не мешает быть аддитивными фактическим скоростям (мы это пока, один хрен, проверить не можем). Для звука, в частности, это так.

Вопрос о скорости гравитационного взаимодействия пока до конца не прояснён, но похоже, что и она примерно равна световой. За счёт этого мы не можем зафиксировать сверхсветовые скорости и с её помощью тоже. Как и разогнать один объект до сверхсветовой скорости относительно другого при помощи его гравитации. Однако мы могли бы организовать цепочку разгоняющих друг друга объектов и тогда объекты, находящиеся на разных концах этой цепочки, могли бы двигаться друг относительно друга и быстрее света. Что, впрочем, мы через известные нам взаимодействия не смогли бы однозначно зафиксировать — для нас время на наблюдаемом объекте пошло бы вспять относительно наблюдающего.

Как уже говорилось, это не было бы нарушением причинно-следственной связи — она нарушилась бы исключительно в наших наблюдениях. Это не позволяло бы нам заглядывать в будущее, но, в принципе, позволило бы заглянуть в прошлое (что мы, к слову, регулярно делаем, разглядывая свет далёких звёзд).

Вот такие на данный момент соображения.

 

UPDATE: Поскольку многие ссылаются на эксперимент с часами и самолётом, предлагаю зачесть статью по теме. С экспериментом всё очень даже неладно. При прочтении следует обращать внимание: эксперимент не опровергает СТО, эксперимент её не подтверждает. Проще говоря, он криво поставлен и подозрительным образом обработан. Хотя в принципе такой эксперимент может СТО подтвердить или опровергнуть.

Чтобы совсем уже понятно было: подтверждающий эксперимент строится по следующей схеме. Сначала делается прогноз результатов согласно теории (и прогноз возможных погрешностей измерений), после этого ставится эксперимент, результаты которого сверяют с прогнозом. Если эксперимент с прогнозом не сошёлся, а после этого в прогнозные расчёты внесли поправки, то такой эксперимент не является подтверждающим. Он — просто эксперимент. Из него можно извлечь данные и каким-то образом их использовать в дальнейшем.

Tags: философия
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 289 comments
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →