Deseori vorbim despre faptul că viteza luminii este maximă în Universul nostru și că nu există nimic care să se poată mișca mai repede decât viteza luminii într-un vid. Și cu atât mai mult - noi. Abordând viteza apropiată de lumină, obiectul dobândește masă și energie, fie că o distruge, fie că contrazice teoria generală a relativității lui Einstein.
Să presupunem că acest lucru și să căutăm soluții (cum ar fi crearea unui motor warp sau vom înțelege paradoxurile mecanicii cuantice) să zboare până la cea mai apropiată stea, nu 75.000 de ani, ci câteva săptămâni. Dar, deoarece puțini dintre noi au o educație fizică superioară, este neclar de ce pe străzi spun că viteza luminii este maximă, constantă și egală cu 300.000 km / s?
Există multe explicații simple și intuitive de ce totul este așa, dar pot începe să fie urați. Căutarea pe Internet vă va conduce la noțiunea de "masă relativistă" și la faptul că necesită mai multe forțe pentru a accelera obiectul, care se mișcă deja cu viteză mare. Acesta este un mod familiar de interpretare a aparatului matematic al teoriei speciale a relativității, dar înșeală pe mulți, în special pe voi, dragi cititori. Deoarece mulți dintre voi (și noi, de asemenea) gustăm fizica înaltă pentru gust, ca și când aruncăm un deget în apa sărată înainte de a intra în înot. Ca rezultat, universul devine mult mai complex și mai puțin frumos decât este cu adevărat.
Să discutăm această problemă din punctul de vedere al interpretării geometrice, care este în concordanță cu teoria generală a relativității. E mai puțin evident, dar puțin mai dificil decât săgețile de desen pe hârtie, așa că mulți dintre voi vă vor da jumătate din teoria care se ascunde în spatele abstracțiilor precum "puterea" și se află în totalitate ca "masa relativistă".
În primul rând, să definim direcția pentru a vă identifica în mod clar locul. "Jos" este direcția. Este definită ca direcția în care lucrurile cad în momentul când le eliberați. "Sus" este direcția opusă direcției "în jos". Ridicați busola și definiți direcții suplimentare: nord, sud, vest și est. Toate aceste direcții sunt definite de unchii grași drept o bază ortonormală (sau ortogonală), dar este mai bine să nu mai gândim acum. Să presupunem că aceste șase direcții sunt absolute, deoarece ele vor exista acolo unde ne vom ocupa de problema noastră complexă.
Și acum, să adăugăm încă două direcții: viitorului și trecutului. Nu vă puteți mișca cu ușurință în aceste direcții, după voința voastră, dar prezentarea lor pentru voi ar trebui să fie suficient de simplă. Viitorul este direcția în care vine mâine; trecutul este direcția în care este ieri.
Aceste opt direcții principale - în sus, în jos, nord, sud, vest, est, trecut și viitor - descriu geometria fundamentală a universului. Fiecare pereche de aceste direcții putem numi o "măsurătoare", deci trăim într-un univers patrudimensional. Un alt termen pentru definirea acestei înțelegeri în patru dimensiuni este "spațiu-timp", dar vom încerca să evităm utilizarea acestui termen. Amintiți-vă că în contextul nostru, "spațiu-timp" va echivala cu conceptul de "Univers".
Vino la scenă. Să ne uităm la actori.
Imaginați-vă că vă aflați într-un tren cu ferestre închise. Nu puteți vedea strada și, de exemplu, șinele sunt atât de perfecte încât nu simțiți că trenul merge sau nu. De aceea, pur și simplu stând în interiorul trenului, nu puteți spune dacă mergeți sau nu. Uită-te la stradă - și vei înțelege că peisajul trece. Dar ferestrele sunt închise.
Există o singură modalitate de a afla dacă vă mișcați sau nu. Stai și așteaptă. Dacă trenul urmează să stea la stație, nimic nu se va întâmpla. Dar dacă trenul se mișcă, mai devreme sau mai târziu veți ajunge la o nouă stație.
În această metaforă, mașina reprezintă tot ceea ce vedem în lumea din jurul nostru - casa, pisica Vaska, stelele de pe cer etc. Următoarea stație este Mâine.
Dacă stați nemișcat și pisica Vaska - dormiți liniștiți, puneți-i în ceas, nu veți simți mișcarea. Dar mâine va veni.
Asta înseamnă să te miști în direcția viitorului. Doar timpul va spune dacă adevărul este: trafic sau parcare.
În timp ce ar fi trebuit să fi fost destul de ușor să vă imaginați toate astea. Poate că este greu să te gândești la timp ca pe o direcție, și chiar mai mult despre tine - ca un obiect de trecere prin timp. Dar veți înțelege. Acum porniți imaginația.
Imaginați-vă că atunci când conduceți în mașină, se întâmplă ceva teribil: frânarea eșuează. Cu o coincidență ciudată, în același timp, gazul și cutia de viteze sunt blocate. Nu puteți nici să accelerați, nici să opriți. Singurul lucru pe care îl aveți este un volan. Puteți modifica direcția de mișcare, dar nu viteza.
Desigur, primul lucru pe care îl faci este să încerci să te duci în tufișul moale și să oprești cu ușurință mașina. Dar să nu folosim această metodă până acum. Trebuie doar să vă concentrați asupra caracteristicilor mașinii dvs. defecte: puteți schimba direcția, dar nu viteza.
Așa mergem prin univers. Aveți un volan, dar nu există pedală. Ședința și citirea acestui articol, vă rotiți în viitorul luminos la viteza maximă. Și când te ridici să-ți faci un pescăruș, schimbi direcția mișcării în spațiu-timp, dar nu viteza. Dacă vă mișcați foarte repede în spațiu, timpul va curge puțin mai încet.
Acest lucru este ușor de imaginat prin desenarea unei perechi de axe pe hârtie. Axa, care va merge în sus și în jos - aceasta este axa timpului, în sus - astfel încât în viitor. Axa orizontală reprezintă spațiul. Putem trage doar o singură dimensiune a spațiului ca o foaie de hârtie dvuhmeren, dar hai să ne imaginăm că acest concept se aplică la toate cele trei dimensiuni ale spațiului.
Desenați săgeata de la originea axei de coordonate unde se converge și îndreptați-o de-a lungul axei verticale. Indiferent de cât de mult va fi, amintiți-vă că va avea doar o singură lungime. Această săgeată, care este acum îndreptată spre viitor, este o magnitudine pe care fizicienii o numesc "patru viteze". Aceasta este viteza mișcării voastre în spațiu-timp. Acum ești într-o stare staționară, așa că săgeata este îndreptată doar spre viitor.
Dacă doriți să vă deplasați prin spațiu - la dreapta de-a lungul axei coordonatelor - trebuie să schimbați patru viteze și să activați componenta orizontală. Deci, trebuie să întoarceți săgeata. Dar, de îndată ce veți face acest lucru, veți observa că săgeata nu se îndreaptă cu încredere în sus, în viitor, ca și înainte. Acum vă deplasați prin spațiu, dar a trebuit să sacrificați mișcarea în viitor, deoarece săgeata cu patru viteze poate să se rotească, dar niciodată să nu se întindă sau să se prăbușească.
Acesta este începutul celebrului efect al "încetinirii timpului", despre care toată lumea spune, care sunt cel puțin inițiate într-o teorie specială a relativității. Dacă vă mișcați în spațiu, nu vă mișcați în timp la fel de repede ca și când ați fi în pace. Ceasul dvs. va număra timpul mai încet decât ceasul unei persoane care nu se mișcă.
Și acum ajungem la soluția întrebării, de ce expresia "mai repede decât lumina" nu are sens în universul nostru. Vedeți ce se întâmplă dacă doriți să vă deplasați prin spațiu cât mai repede posibil. Rotiți mâna cu patru viteze până la punctul de oprire până când se îndreaptă de-a lungul axei orizontale. Ne amintim că săgeata nu se poate întinde. Se poate roti doar. Deci, ați crescut viteza în spațiu pe cât posibil. Dar a devenit imposibil să se miște chiar mai repede. Săgeata nu are unde să se întoarcă, altfel va deveni "dreaptă" sau "orizontală orizontală". Aici, la acest concept, și echivalează "mai repede decât lumina". Acest lucru este pur și simplu imposibil, cum să hrăniți cele trei pești și șapte pâini ale unui popor imens.
De aceea, în universul nostru, nimic nu se poate mișca mai repede decât lumina. Deoarece expresia "mai rapidă decât lumina" în universul nostru este echivalentă cu expresia "drept înainte" sau "orizontală orizontală".
Da, aveți câteva întrebări rămase. De ce vectorii cu patru viteze se pot roti, dar nu se întind? Există un răspuns la această întrebare, dar este legat de invarianța vitezei luminii și o vom lăsa mai târziu. Și dacă tocmai crezi, vei fi puțin mai puțin informat despre această problemă decât cei mai străluciți fizicieni care au existat vreodată pe planeta noastră.
Scepticii se pot îndoi de ce folosim un model simplificat al geometriei spațiului, vorbind despre rotații și cercuri euclidiene. În lumea reală, geometria spațiului-timp se supune geometriei Minkowski, iar rotațiile sunt hiperbolice. Dar modul simplu de a explica este dreptul la viață.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: