Читать книгу Реальность и двери в бесконечность. Квантовая механика многих миров, пространство-время, сознание и симуляция - Алекс Уокман - Страница 5

ПАРАДОКС БЛИЗНЕЦОВ

Понятие относительности одновременности в рамках специальной теории относительности постулирует следующее: невозможно абсолютно точно утверждать что два разных события происходят одновременно если они разделены пространством. В этом смысле течение времени и понятие одновременности зависит лишь от системы отсчёта: классическим примерном является то что будет одновременным и одинаковым для наблюдателей каких либо нескольких событий на земле произойдет в разное время с тем кто будет двигаться относительно земли в инерциальной системе отсчёта пролетая в тот момент когда оба события произошли в точке A и точке B ровно между точкой А и B наблюдая те же самые события. Следует помнить то, что теория относительности ни коим образом не нарушает принцип причинности даже если в определенных ситуациях в одной инерциальной системе отсчета какое либо событие в точке А произошло первым тогда как для другой первым произошло событие в B события причинно связанные так или иначе сохраняют свой порядок событий во всех системах отсчета

Самым известным примером также является известный парадокс близнецов хотя на самом деле он не является парадоксом как таковым: Если два брата близнеца разделяются и один из них отправляется в космическое путешествие а другой при этом остается на земле должно существовать равноправие инерциальных систем отсчета. С одной стороны, тому кто остался на земле будет казаться что путешественник в космосе имеет остающие показания часов потому что на него действует тот самый эффект замедления времени потому что он двигается относительно земли со скоростью, с другой стороны для брата находящегося в космосе сама земля является двигающимся и ускоряющимся объектом к тому же имеющим сильное гравитационное поле. Следствие должно быть таким, что у обоих братьев показания часов должны быть одинаковыми так как, время проявляло эффект замедления в обоих системах отсчета относительно каждой из которых происходило наблюдение. В чем же заключается парадокс? В СТО если не учитывается гравитационный потенциал земли отстающими оказываются часы того брата который является космическим путешественником поэтому наблюдается противоречие в нарушении вида симметричности между состояниями. В действительности Альберт Эйнштейн объяснял этот парадокс после создания ОТО описывания влияние гравитационного поля на ход времени. Но как рассмотреть противоречие только в рамках СТО в которой не было никакого объяснения происходящему?

Проблема заключается еще и в интерпретации того что называется парадоксом близнецов который существует в различных трактованиях.

В одном из выводов о том что нет никакого противоречия установили, что на самом деле не существовало никакой равноправности между двумя инерциальными системами отсчёта: космический путешественник испытывал на себе самом влияние ускоренного движения для того чтобы вернуться на землю. Но проблема была в том что эксперементы установилы что ускоренное движение как таковое не влияет на скорость хода часов. Даже если существует нессиметричность она не объясняет того почему конкретно у того брата близнеца что являлся космическим путешественником замедляются часы.

Был предложен следующий вариант объяснения в рамках которого корабль с космическим путешественником не все отрезки своего пути движется равномерно, на некоторых участках он движется с ускорением и поэтому система отсчета совпадает с кораблем лишь на какой то отрезок его пути. Сама земля и ее мировая линия всегда одинаково прямая тогда как путь корабля является не прямой а изогнутой линией в пространстве времени, и это означает лишь то что она является длиннее чем прямая линия а значит, путешественник проходит больший путь которому соответствует меньшее собственное время.

Но на этом все не заканчивается.

В результате были выявлены аргументы которые пытались наглядно показать противоречивость СТО в которых путешественник всегда видел замедленный ход времени на неподвижных часах в системе отсчета брата наблюдателя, или то что мгновенная остановка в точке пространства-времени для брата путешественника также покажет отставание часов в точке, или же что вовсе все синхронизованные часы в неподвижной системе отсчета могут отстать даже у брата который не отправлялся в космическое путешествие что снова приводит к противоречию в самой СТО.

Поэтому, в одном из вариантов объяснения который должен был быть окончательным было то что невозможно синхронизировать часы в двух различных системах отсчёта.

Так как брат оставшийся на земле и другой который являлся космическим путешественником разделены точками в пространстве-времени они не могут сравнить и синхронизировать свои часы. В момент сихронизации в неподвижной системе отсчета брата на земле все часы показывают одинаковое время определяющее локальное настоящее. Эти же часы может наблюдать пролетающий мимо брат путешественник. Он движется в собственной системе отсчета относительно неподвижной и начало движения фиксируется как точка старта, после этого каждый из братьев обнаружит эффект замеделения времениу другого. Но локальное настоящее системы отсчёта брата на земле уже в каком то смысле не существует для путешественника потому что его системе теперь определено собственое настоящее с синхронизованными часами. И чем отдаленнее от него система брата близнеца тем в более дальнем будущем она имеет место существовать (относительно синхронизованных часов показывающих локальное настоящее в его собственной системе отсчета) которое ненаблюдаемо для него самого. Поэтому даже если часы в первой неподвижной системе идут замедленнее относительно системы отсчета движущегося брата наблюдателя различные часы находящиеся на траектории движения покажут будущее время.

Относительность эффекта разного темпа движения часов проявляется как раз в тот момент когда инерциальные системы отсчета разделены пространственными промежутками. Если они находятся в одной и той же пространственной точке то тогда они могут провести синхронизацию своих часов и тогда показания часов будут абсолютно одинаковы. Пролетая перед системой отсчета своего брата который не является путешественником он видит что они бегут вперед во времени, и если он резко остановиться он все равно будет находиться в будущем этой системы и только после полной остановки темпы хода часов станут одинаковыми но часы брата путешественника покажут меньшее время чем часы другого брата с земли в точке остановки и останут от всех часов в той системе отсчета мимо которой он двигался в том числе часов его брата. В итоге оказывается что моложе оказывается брат путешественник у которого прошло меньшее время, но если, все будет наоборот и брат который находится на земле решит набрать скорость он также попадет в систему отсчета брата путешественника которая будет находиться в будущем и окажется моложе брата. Поэтому вывод заключается лишь в том чья именно инерциальная система отсчета меняется, именно от этого зависит на кого из них будет проявляться эффект.

Есть и другие подробности связанные с эффектом близнецов – именно так его следовало бы называть потому что на самом деле он не несет никакого парадокса в отличие от тех следствий которые появляются в ОТО, далее я упомяну это.

В каких еще примерах проявляется относительность одновременности?

Всем известный пример с движущимся поездом в центре которого находится человек наблюдатель который проезжает мимо различных станций и видит человека находяшегося на платформе. Если в один момент времени в поезд ударяют две молнии, то для человека наблюдателя стоявшего на платформе и человека находящегося в центре эти события не будут одновременными.

В других вариантах это может быть источник света, вспышка которого посылается в переднюю и заднюю части вагонов человеком находящимся в центре в тот момент когда двое наблюдателей соприкасаются взглядами. Так как расстояние от задней части поезда до передней для человека находящегося в центре одинаково фиксированное от источника вспышки свет должен прийти в обе части поезда мгновенно и одновременно. Но для наблюдателя находящегося на платформе задняя часть поезда будет приближаться к источнику света а передняя удаляться от него. Но так как скорость света постоянна и одинакова во всех инерциальных системах отсчёта для всех наблюдателей свет который движется к задней части поезда находится в состоянии когда ему нужно преодолеть меньшее расстояние чем тому свету что движется к передней части и поэтому вспышки достигнут передней и задней частей вагона в разное время.

Вспомните ночное небо и свет далеких звёзд. Думаю все знают о том что он приходит к нам из прошлого и в тот момент когда мы наблюдаем его, звезды может уже не существовать. И дело не только в звёздах. В специальной теории относительности скорость света является фундаментальным пределом скорости которую не может превысить ни один объект во вселенной (за исключением гипотетических частиц тахионов). Если бы что-либо могло превышать скорость света то вероятно нарушался бы принцип причинно-следственных связей на которых во многом построена теория относительности: обогнав свет можно было бы оказаться в прошлом. Представьте себе что вы решили посмотреть в сверхмощный телескоп который видит не только планеты находящиеся в десятках а то и сотнях тысяч световых лет от вас и может рассмотреть поверхность этой планеты и все то что там происходит в деталях. Вы решили заглянуть и обнаружили в далеком космосе,

Фрагмент истории некой развитой цивилизации которой могло бы уже не существовать. Также как если бы кто то из дальних углов вселенной посмотрел в нашу область пространства-времени увидев следы далекого прошлого например древний египет, вавилон, грецию итд Это одно из самых простых и известных многим следствий теории относительности: время для каждого наблюдателя в зависимости от точки пространства различно. Если бы отправились на корабле со световой скоростью к ближайшим звёздам, которые находились бы на расстоянии двадцати или тридцати лет мы могли бы видеть себя в том самом прошлом если бы взглянули обратно добравшись до пункта назначения так как движение со световой скоростью замедляет время и на корабле, также как если бы кто то с той звезды находившейся на этом расстоянии мог бы увидеть часть нашего прошлого несколько десятилетий назад которое было бы для тех наблюдателей в некотором смысле настоящим но это иллюзорный эффект, они бы понимали что на самом деле это именно прошлое. Специальная теория относительности согласуется со всем вышесказанным: следствия этого кажутся весьма удивительными. Если бы отправились в далекое путешествие по просторам галактики со скоростью которая даже на одну четверть не приблизилась к световой вы были бы обречены скитаться по просторам вселенной с малейшим шансом на то что в действительности встретите кого-либо. Даже если бы двигались со световой скоростью, момент когда вы долетели бы до гипотетической планеты на которой существовала цивилизация мог бы оказаться тем моментом когда ее уже нет. В этом смысле, попасть в далекие области вселенной где действительно что то происходит кажется невозможным потому что в итоге то что мы наблюдали бы находилось бы уже в прошлом если мы не покидали бы пределов земли на космическом корабле чтобы отправиться туда. Даже ближайшая к нам планета альфа центавра находиться примерно в четырех с половиной световых годах. Получается скорость света действительно накладывает ограничение на путешествия по вселенной? Выходит что так, это одно из самых фундаментальных свойств природы. Возвращаясь к разумной цивилизации которая наблюдала бы фрагмент нашей собственной истории в прошлом мы могли бы задаться вопросом: так значит прошлое реально также как настоящее или будущее? Да. Именно об этом пойдет речь далее. Можно сказать что каждая область пространства времени с тем или иным человеком существует в пределах собственного светового конуса.

Световой конус представляет собой гиперповерхность и он ограничивает области будущего и прошлого для каждого конкретного события в точке пространства-времени. Можно сказать что световой конус определен в каждой следующей точке И именно в рамках СТО уравнения для световых конусов отличаются от тех что присутствуют в ОТО где все становится намного сложнее.

Свет выходит из точки и движется во всех пространственно-временных направлениях, и находясь в плоском пространстве времени в рамках СТО конусы делят событие на причинное будущее и прошлое но в искривленном бывают случаи когда световой конус способен замыкаться сам на себя и его часть оказывается внутри причинного прошлого или будущего без границы. Именно поэтому путешествия в прошлое чисто технически невозможны в сто и допустимы в Ото.

Специальная теория относительности является ценной теорией в науке и познании но к сожалению не имеет никаких интерпретаций или философских следствий в сравнении с квантовой механикой или общей теорией. Несмотря на то что изначально она не рассматривалась как что то близкое к практическому применению в отличие от квантовой теории, современная картина показывает что, квантовая теория не является теорией направленной исключительно на практические вещи- она оказывается еще дальше от видимой реальности чем любая из теорий относительности в ряде некоторых собственных следствий.