Что именно может происходить с материей при околосветовых скоростях?
Привет, Хабр!
Всегда при изучении статей про околосветовые скорости и теорию относительности меня интересовало главное — что именно происходит с материей, которая согласно имеющимся представлениям, уменьшается в размерах с ростом скорости движения.
Все источники твердят, что тело сжимается по направлению движения, вот только как тут можно говорить о физическом сжатии материи, если тело движется без ускорения и как может меняться структура этого объекта? С точки зрения классической физики и материаловедения это почти мистика.
Немного юмора
Я попытался ответить на этот вопрос хотя бы для себя самого. Отмечу, что наверное не стоит считать мои наработки эталоном истинности и ссылаться на это при, например, подготовке реферата или написании полноценной научной статьи, но все выводы сделаны всё-таки на изучении литературных источников.
Сокращение длины при увеличении скорости сегодня широко известно. Во всех статьях упоминается это интересное явление и при построении описания той же теории относительности это чуть ли не самое главное следствие.
Вот только нет ответа на самый главный вопрос — а что такое это сокращение длины с физической точки зрения? Ну и есть ещё более интересный вопрос про возможность измерить такое сокращение, который следует из изучения процесса,
Само по себе явление, которое мы привыкли видеть в объяснениях теории относительности, следует из преобразований Лоренца. Не все знают, но преобразования эти существовали ещё до того, как Эйнштейн начал работу над теорией относительности. Он просто использовал эту логику в работе и ссылался на интересный эффект сокращения длины. И не только на него. Есть, например, расчёт изменения течения времени.
Здесь полезно отметить, что применительно ко времени явление уже куда более ощутимое. Корректировки по этому параметру вносятся в системы GPS для увеличения точности их работы.
Пару слов про преобразования Лоренца
Преобразования Лоренца описывают те изменения, которые происходят в системе при увеличении её скорости.
Классика из учебника
Что такое сокращение длины для простого обывателя? Взять гидравлический пресс, положить под него банку из под Пепси и сжать её. Физически её длина уменьшается в несколько раз. Но будет ли такое «физическое сжатие» происходить с ракетой в космосе?
В теориях отмечено, что все инерционные системы отсчёта равноправны, а значит и сугубо материальное сокращение длины (эквивалентное работе пресса) есть неправильное понимание процесса.
Тут многие почему-то неправильно понимают саму суть вопроса и, судя по комментариям к моему ролику на эту тему на тубе, ориентируются на движение материального тела с ускорением. Но нет, речь совсем не об этом известном физическом эффекте.
Вспомнить тут уместно мысленный эксперимент Эйнштейна про поезд и молнию. Но можно значительно упростить его. Если мы стоим неподвижно на станции, а мимо пролетает поезд, то нам кажется, что поезд короче, чем он есть на самом деле. Относительно нас поезд становится и правда короче. Но физически он никак не деформируется и это очевидно. Было бы забавно, если электричка уменьшалась пропорционально скорости её движения.
Именно такие картинки вносят путаницу
Никто на самом деле не сжимается?
Речь в изучаем эффекте идёт скорее про изменения самого пространства и остальное относится к мистификации процесса. Преобразования Лоренца рассматривают изменения свойств пространства. Вот только что из этого следует?
Вероятно не будет ошибкой сказать, что сжалось пространство вместе со всеми объектами, которые в нём находятся. С одной стороны, это подразумевает физическое изменение размера. С другой — пропорциональное изменение размеров и объектов не приведёт к неравномерному искажению и процессам, как в гидравлическом прессе.
Или всё-таки сжимается?
В одной из заметок, которые якобы написал сам Лоренц, упоминается мысль, что в материальных объектах уменьшается расстояние между частичками без их непосредственного изменения. Это значит, что вся система стала меньше и обозначает, что направление хода мысли мы выбрали правильное.
Ещё в одной статье мне попалось мнение, что сравнивать рассматриваемый эффект с простыми оптическими явлениями точно нельзя. Ибо деформация пространства по своей сути совсем не похожа на искажения при оптических явлениях (скажем, не выглядит как работа собирающей линзы). Но мне аналогия с оптикой как раз-таки кажется вполне адекватной.
И тут мы, как практики, хотим измерить такое явление. Измерял ли кто-нибудь Лоренцово сокращение или нет? Тут нас ждёт отличный сюрприз.
Измерение Лоренцова сжатия
Измерить такое сжатие технически невозможно. Если взять линейку и пойти измерять ракету, которая мчится по Вселенной с околосветовой скоростью, то сразу окажешься в системе отсчёта этой ракеты. В единой системе отсчёта пространство одинаково и никакого измерения сделать не получится, поскольку значения будут такими же, как и при простом замере без скорости.
Представьте себе, что сделали точную модель автомобиля в соотношении 1:200, а заодно изготовили линейку для этой модели, где градуированная шкала пропорциональна изменилась. Как тут измерить Лоренцово сжатие, находясь в системе отсчёта модели?
Поэтому, измерить Лоренцово сжатие можно только из внешней системы отсчёта, а там мы сталкиваемся с проблемой изменения самого пространства из-за относительности. Которые, собственно говоря, и обсуждаем сейчас.
Это приводит к одной единственной мысли. Сжатие материи при увеличении скорости есть скорее фигура мысли, чем реальный физический процесс. Прикладную ценность имеет не измерение сжатия материи, а умение описать специфику поведения пространства-времени.
В процессе дальнейшего изучения вопроса вполне может оказаться, что Лоренцово сжатие есть просто удобный математический приём, который позволяет связать всё хоть в какую-то единую логику. Ведь даже сам Эйнштейн писал, что никакого реального физического сжатия нет, а пространство-время есть простая математическая модель.
Мораль простая — из-за излишней мистификации вопроса мы все неверно понимаем Лоренцовы преобразования и их истинную суть. Мы представляем себе некоторый воображаемый гидравлический пресс, который сжимает объект вне его системы, тогда как изменения касаются пространства-времени. Вероятнее всего не будет ошибкой сказать, что с точки зрения материаловедения никаких реальных изменений тут не происходит. Всё только относительное.
Ну и напоследок приглашаю всех присоединиться к Telegram-каналу моего проекта, где я разбираю устройство изобретений и анализирую специфику научной мысли.
