Меню

Что будет если источник света будет двигаться со скоростью света



Почему свет движется со скоростью света?

(Прим. пер. ― см. прим. пер. в конце поста)

Почему свет движется со скоростью света? Почему он просто не стоит на месте? Что приводит его в движение (тем более, такое быстрое)?

Всё и везде, просто по факту своего существования, «движется» со скоростью света (которая на самом деле не имеет ничего общего со светом). Да, это касается и вас тоже. Вот прямо сейчас.

Люди в основном воспринимают «вселенную» как «пространство», нечто отдельное от «времени», и честно говоря, они неправы. Пространство и время — не отдельные штуковины. Вселенная сделана из «пространствовремени», прямо так, без пробела. Вы, наверное привыкли к тому, что «год» — это единица времени, а «световой год» — единица расстояния, то есть это разные вещи; но с точки зрения физика это ровным счетом одно и то же (ну, конечно, смотря каким видом физики вы занимаетесь).

В нашей будничной жизни мы исходим из того, что движение — это некое расстояние (пространство), преодоленное за некое время. Однако, если мы решили, что это одно и то же, наше определение движение внезапно становится полной ерундой. «Я прохожу километр за каждый километр, который я прохожу» — кошмар какой-то!

Оказывается, все работает вот как — всё во Вселенной «путешествует» через пространствовремя с постоянной «скоростью», которую я буду далее обозначать как с, для краткости. Не забывайте, «движение» в пространствовремени не имеет смысла, поэтому ничего не может быть «быстрее» или «медленнее», чем что-нибудь другое. Все вокруг проходит километр в течение километра, вот так вот.

Однако, мы же своими глазами видим, что у разных вещей вокруг нас разные скорости. Причина этому — тот обалденный факт, что пространство и время ортогональны (этим красивым словом я пытаюсь сказать «под нужным углом друг к другу»). Например, в этом же смысле ортогональны (перпендикулярны) север и восток — вы можете сколь угодно долго идти ровно на север, и это никак не отразится на вашем движении на восток или запад.

Так же, как вы можете перемещаться на север, при этом не двигаясь на восток, вы можете перемещаться во времени, не перемещаясь в пространстве. Но еще круче то, что вы можете перемещаться в пространстве так, что это никак не отразится на вашем «положении» во времени.

Думаю что вы сейчас (как и я) сидите и смотрите в экран. Это значит, что вы не особо путешествуете в пространстве. А поскольку вы должны путешествовать в пространствовремени с постоянной скоростью с, это значит, что все ваше «движение» расходуется в направлении времени.

Кстати говоря, именно поэтому происходит знаменитое замедление времени. Объект, который движется очень быстро (относительно вас), перемещается в пространстве, но поскольку он так же перемещается в пространствовремени с постоянной скоростью с, ему приходится медленнее перемещаться во времени, для компенсации (опять же с вашей точки зрения).

Что еще более удивительно, свет вообще не перемещается во времени. Это немного сложно объяснить, но вкратце, это связано с тем, что у него нет массы.

Что-то, что не движется в пространстве, но у чего есть масса, может иметь энергию. В этом смысл формулы E = mc^2. У света нет массы, но энергия у него точно есть. Если мы применим массу света к E = mc^2, мы получим 0, что бессмысленно, потому что у света есть энергия. Следовательно, свет никогда не может быть неподвижен.

Более того! Свет никогда не бывает неподвижен относительно ничего. Поскольку, как и всё во Вселенной, он путешествует через пространствовремя со скоростью с, значит вся это «пространствовременная скорость» должна быть в «направлении» пространства, и ничего не остается на время.

Итак, свет движется со скоростью с. Совсем не случайно эту скорость часто определяют как «скорость света в вакууме». На самом деле, это скорость, с которой движется вообще все и везде. Просто так получилось, что свет с этой скоростью движется именно по пространству, поскольку у него нет массы.

Кстати, тут можно ответить еще на один часто задаваемый вопрос — почему ничто не может двигаться быстрее света, и почему вещи «материальные» (обладающие массой) не могут двигаться со скоростью света. Поскольку всё «движется» по пространствовремени с постоянной скоростью с, ничто не может преодолеть эту скорость в пространстве. И нет, путешествие обратно в прошлое не поможет.

Также, поскольку объекты с массой могут быть «неподвижны» относительно чего-нибудь (например, себя), им всегда приходится двигаться во времени хотя бы немножко. Это значит, что они не могут двигаться в пространстве так быстро, как свет. Тогда бы им пришлось двигаться в пространствовремени быстрее скорости с, что невозможно.

Читайте также:  Как дать свет цветами

Так, если свет не движется сквозь время, только сквозь пространство, почему же он тогда не перемещается мгновенно? Ведь мы точно знаем, что свету нужно некоторое время, чтобы долететь от Солнца до Земли.

Очень сложно (если вообще возможно) адекватно описать течение пространства и времени с точки зрения фотона. Можно сказать, что фотоны не «чувствуют» времени, хотя это прозвучит странно. Хотя, нам незачем особо переживать об их чувствах.

Перемещение из одного места в другое занимает у света какое-то время, потому что его скорость конечна относительно любого, кто наблюдает за ним. Не пытайтесь представить, «что видит свет вокруг себя», мы можем только представить, «что видит тот, кто видит свет». Мы не можем (по крайней мере, на данном этапе развития) обсуждать, как свет «воспринимает» мир, это вообще скорее всего не имеет смысла.

(Прим. пер. ― не устою перед соблазном представить себя фотоном. Получается, фотон, с точки зрения себя самого, улетает с Солнца и прилетает на Землю в один и тот же момент времени. И вообще все — один момент времени, потому что времени-то и нет совсем).

Немного глупый вопрос, но означает ли все это, что если нечто движется сквозь пространство, оно будет стареть медленнее, потому что его движение сквозь пространствовремя будет медленнее относительно всего вокруг этого нечто?

Да, именно! Поздравляю, теперь вы понимаете, что значит замедление времени. Очень верное замечание про «относительно всего вокруг».

А разве нам не удалось остановить свет в кристаллах и всем таком?

Нам удалось запустить фотон внутрь специального кристалла, который его поглотил. Сделав это, кристалл вибрирует специальным образом, который кодирует информацию о фотоне (цвет и все такое). Спустя некоторое время, кристалл испускает новый фотон, с теми же свойствами, что и ранее поглощенный, потому что вибрации «хранили» эти свойства.

Нигде в это время мы не останавливали фотон. Грубо говоря, мы его убили, а потом клонировали.

Это важное открытие, например, позволяет нам использовать оптику в ИТ. Мы здорово умеем передавать информацию при помощи света, но нельзя хранить такую информацию, если только не потратить время на ее преобразование в электричество.

Вы только что прочитали (или промотали) перевод вот этого поста на reddit, точнее, ответов пользователя corpuscle634. Будучи очень далеким от темы поста (я дизайнер), я, однако, просто не мог не поделиться этим текстом с хабрасообществом. Соответственно, тут я должен соблюсти необходимые формальности, как-то: об ошибках пишите в личку, перевод любительский, мопед не мой, и все такое.

Если у вас, как и у меня, этот пост вызвал «massive lightbulb moment», и хочется продолжения, вот еще из математики — A Visual, Intuitive Guide to Imaginary Numbers

Да пребудет с вами пространствовремя!

Источник

Недостижимость: что с нами будет на скорости света

Наталия Киеня

Допустим, будет построен космический корабль, способный двигаться со скоростью света. Что произойдет с пилотами, которые сядут в него? T&P публикуют перевод статьи о том, почему межзвездный перелет — это смертельно.

Даже если бы мы смогли сконструировать прототипы кораблей, выдуманных учеными из NASA и способных двигаться с релятивистской скоростью, а также нашли бы неприлично большой источник энергии, необходимой для того, чтобы запустить их в небеса, наше путешествие оказалось бы вовсе не таким приятным, как может показаться с борта «Тысячелетнего сокола». От возможности летать к соседним звездам нас отделяют отнюдь не технологии — это лишь вопрос нескольких веков. Проблема заключается в том, насколько опасен космос, если он превращается в среду обитания, и насколько хрупким на самом деле может оказаться человеческое тело.

Если бы мы стали перемещаться со скоростью света (300 000 км/с) в межзвездном пространстве, то погибли бы через пару секунд. Несмотря на то что плотность вещества в космосе очень низкая, на такой скорости даже несколько атомов водорода на кубический сантиметр врежутся в носовую часть корабля с ускорением, которое на Земле достижимо лишь на Большом адронном коллайдере. Из-за этого мы получим дозу излучения, равную десяти тысячам зивертов в секунду. Учитывая, что смертельная доза для человека составляет шесть зивертов, такой радиоактивный луч повредит корабль и уничтожит все живое на борту.

«Если бы мы стали перемещаться со скоростью света в космосе, то погибли бы через пару секунд»

Согласно исследованиям ученых из Университета Джонса Хопкинса, никакая броня не может уберечь нас от этой ионизирующей радиации. Переборка из алюминия толщиной десять сантиметров в таком случае поглотит меньше 1% энергии — а ведь размеры переборок невозможно увеличивать бесконечно, не рискуя возможностью взлететь. Однако помимо радиоактивного водорода нашему космолету на скорости света будет угрожать эрозия, возникающая из-за воздействия межзвездной пыли. В лучшем случае нам придется согласиться на 10% от скорости света, что позволит с большим трудом достичь лишь самой близкой звезды — Проксимы Центавра. С учетом расстояния в 4,22 светового года такой полет займет 40 лет — то есть одну неполную человеческую жизнь.

Читайте также:  Головной свет для pajero sport

Космическая радиация пока остается для нас непреодолимым препятствием, однако, если в далеком будущем мы сможем его преодолеть, путешествие со скоростью света окажется самым невероятным переживанием, которое только доступно человеку. На такой скорости время замедлится, и старение станет намного более протяженным процессом (ведь даже космонавты на МКС за шесть месяцев успевают состариться на 0,007 секунды меньше, чем люди на Земле). Наше зрительное поле во время такого полета искривится, превратившись в туннель. Мы будем лететь по этому туннелю вперед, к сияющей белоснежной вспышке, не видя следов от звезд и оставляя за спиной самую кромешную, самую абсолютную темноту, какую только можно себе представить.

Источник

Почему нельзя превысить скорость света?

Знаменитые космические аппараты «Вояджер-1» и «Вояджер-2», запущенный американским космическим агентством NASA в 1977-м году с целью исследования межзвездного пространства, пролетели несколько десятков миллиардов километров за сорок лет. Это всего-навсего двадцать световых часов. Для сравнения, расстояние до ближайшей к нам звезды Проксима Центавра составляет четыре световых года.

По подсчетам исследователей свой первый световой год аппараты преодолеют примерно через сорок тысяч лет. Но мы никогда не узнаем о том, преодолеют ли они это расстояние на самом деле. Ведь за такой огромный период времени они с легкостью могут столкнуться с каким-нибудь космическим телом, а сигнал с их передатчиков перестанет достигать земли примерно через десять лет. Тогда почему нельзя было бы их запустить со скоростью света, либо сделать так, чтобы они развили такую скорость во время своего перемещения в космосе? Не все так просто, как кажется на первый взгляд.

Давайте разберемся, почему в физике скорость света является константой и непреодолимым максимумом возможной скорости передвижения для любых физических тел.

Как менялась скорость света и кто её доказал?

История исследований скорости света также начинается еще с античных времен. В так называемый период Нового времени такие известные ученые как Галилео Галилей и Роберт Гук представляли скорость перемещения фотонов в пространстве, как абсолютный максимум, конечную точку, непреодолимый рубеж для всех тел. А вот Иоганн Кеплер, Рене Декарт наоборот считали, что скорость света является бесконечной. Как оказалось позже, Галилей и Гук в своих теориях таки оказались правы.

В 1676-м году, датский ученый Олаф Ремёр впервые в истории дал оценку скорости света очень близкую к современной — 220 000 км/с. С такой скоростью достигал свет от Солнца до спутника Юпитера Ио.

Начало следующего столетия сопровождалось открытием световой аберрации, позволившей еще более точно приблизиться к верному значению скорости света. Джеймс Брэдли, воспользовавшись этими принципами, смог доказать конечность скорости света, а также вычислить её значение — 308 000 км/с.

Спустя еще столетие, наиболее точные значения в земных условиях были получены французским ученым Арманом Физо. С помощью выработанного им «метода прерываний» удалось получить значение в 313 000 км/с. В 1950-м году при помощи того же метода ученым Э. Бергштрандом удалось выяснить наиболее точное значение 299 793,1 км/с, с округлением до 0.25 км/с.

Следующей вехой в исследованиях стало применение лазерных оптических устройств, имеющих стабильную частоту излучения. Благодаря им была зафиксирована точная скорость движения фотонов — 299 792 458 м/с. Этот вселенский максимум не может преодолеть ничто. Даже сегодня с достаточно развитой наукой и технологиями мы вынуждены мириться с аксиомой абсолютного предела скорости. Неужели даже в теории мы никогда не сможем преодолеть эту цифру?

Что будет если двигаться со скоростью света?

Сегодня людьми уже придумана гипотетическая технология варп-двигателя, позволяющего перемещаться в космосе быстрее, чем это делает свет. Суть его работы заключается в искажении геометрии пространства. Но сам корабль данной деформации не будет подвержен из-за определенной динамики присущей темной материи (так как в данном случае, перед кораблем будет образовываться недостаток темной материи, а позади ее переизбыток). Данный эффект называется «Пузырем Алькубьерре». Её реализацию вы могли видеть во вселенной сериала «Звездный путь».

Пока все это лишь слова. А реализацию двигателя искривляющего пространство мы увидим еще ой как нескоро. Или вообще не увидим. Ведь все проведенные эксперименты доказывают, что ни один материальный объект не может двигаться быстрее 299 792 458 м/с. И этому есть очень хорошее объяснение.

Читайте также:  Как работает свет багажника гранта

Пространство–время

В соответствии с физической моделью, известной нам как пространственно–временной континуум, все тела, которые только существуют в нашей вселенной, находятся в системе координат. Где одна из осей это время, а другая это скорость перемещения в пространстве. Нужно принять как факт то, что все мы постоянно находимся в движении. Даже ты, мой дорогой читатель, если сидишь у себя дома в уютном кресле, читая эту статью, постоянно перемещаешься во времени со скоростью, как бы забавно и очевидно это не прозвучало, одна секунда в секунду.

Время можно представить как прямую с делениями, представляющими собой отрезки времени, как прошедшие так и предстоящие. Двигаться по этой оси назад или вперед по нашему желанию мы не можем, так как это противоречит модели пространственно-временного континуума.

Более наглядно проиллюстрировать наше движение во времени можно так: представьте, что вы едете в автомобиле, и у него внезапно отказывают тормоза. И все что находится у вас под контролем — это руль, благодаря которому вы можете управлять движением автомобиля по огромной, я бы даже сказал бесконечной трассе, под названием «время». Вы не можете ни увеличить скорость, ни затормозить, ни поехать в обратную сторону. Все, что вам остается, это грамотно распоряжаться и обходить бесконечные препятствия на этой прямой.

Конечно, многие именитые ученые предполагают, что в пространственно–временном континууме могут существовать исключения, например «кротовые норы». Это своего рода туннели, через которые можно мгновенно перемещаться как в пространстве, так и во времени. На практике их существование еще не было доказано. Возможно из-за того, что они нестабильны, или имеют невероятно малые размеры. Но исходя из нюансов описанных в «Специальной теории относительности» и «Модели пространства-времени», некоторые части нашей огромной вселенной могут быть соединены друг с другом.

Смоделировать кротовые норы в земных условиях не представляется возможным, так как энергии всего человечества не хватит на то, чтобы обеспечить даже одну самую маленькую кротовую нору требуемым количеством ресурсов. Кстати, этот нюанс делает невозможным и сверхсветовое перемещение.

Больше скорость, больше масса, больше энергии, меньше времени

Вернемся к нашей системе координат, где одной осью является время, а другой скорость перемещения в пространстве. Исследования показали, что при увеличении скорости, замедляется время, которое преодолевает объект. Установив на борт ракеты атомные часы, ученые выяснили, что время на них отставало от атомных часов установленных в лаборатории на Земле на несколько секунд.

Сам Эйнштейн описывал это удивительное явление и дал ему название «эффект релятивистского замедления времени»:

«Если в точке А находятся двое синхронно идущих часов, и мы перемещаем одни из них по замкнутой кривой с постоянной скоростью до тех пор, пока они не вернутся в А (на что потребуется, скажем, t сек), то эти часы по прибытии в А будут отставать по сравнению с часами, остававшимися неподвижными…»

Выходит, что увеличивая скорость перемещения в пространстве, мы будем жертвовать скоростью перемещения во времени. К примеру, прямая, идущая вдоль оси движения во времени, пока мы не двигаемся, находится в покое и никак не отклоняется. Но стоит нам увеличить скорость перемещения в пространстве на какое-то серьезное значение, как прямая движения во времени будет неумолимо наклонятся к нулю, попутно уменьшая количество времени проходимого за определенный отрезок расстояния. Пределом в данном случае и являются 300 000 км/с (та самая скорость света). Быстрее двигаться уже невозможно, так как за пределом координатной прямой нет ничего.

Помимо этого, невозможность сверхсветового перемещения еще связана с зависимостью массы объекта от скорости перемещения. Если разогнать самую простую частицу до скорости света, то её масса возрастет до бесконечности. А как мы знаем из курса школьной физики, для обеспечения движения объекта с большой массой требуется большое количество энергии. Найти такой источник на нашей Земле, к сожалению, невозможно.

Почему же тогда частицы электромагнитного излучения, известные нам как фотоны, могут перемещаться с такой скоростью? Ответ прост — потому что фотоны не имеют массу и обладают нулевым электрическим зарядом, как и все безмассовые частицы. Помимо фотонов, нам сегодня известно еще два вида частиц не имеющих массы — это гравитоны и глюоны. Последние, кстати относятся к семейству гипотетических частиц бозона, но это уже совсем другая история, о которой мы поговорим в будущем.

Спасибо за то, что дочитали до конца. Надеюсь, вам было интересно. До скорых встреч.

Источник