Про эту вашу физику - Дмитрий Владимирович Ганин
Эту нестыковочку заметили в начале XX века пара классных ребят с фамилиями Майкельсон и Морли. В те годы все ученые искали эфир — невидимый газ, наполняющий Вселенную, по которому и распространяются электрические, магнитные волны, собственно свет, а также другие еще не открытые флюиды и тонкие астральные сущности. Между прочим, сам Менделеев на всякий случай предположил существование элемента «ньютоний», который находится до водорода и имеет нулевую, или около того, массу. А вы думали идея из Mass Effect свежа и оригинальна?
Столп науки об электромагнетизме по имени Максвелл уверял, что для волн нужна среда, а то что же это за волны такие, без среды. Морские волны распространяются по воде. Звуковые — по воздуху, а световые — по эфиру, ясен пень. Еще был Фарадей, которому идея не очень нравилась, но Фарадей баловался молниями, и его не стали слушать.
У Майкельсона и Морли руки росли откуда надо, они сказали: если эфир есть, то это легко проверить. И собрали штуковину, которую назвали интерферометром (о нем мы еще очень подробно поговорим в будущих лекциях) и стали смотреть, как ведет себя луч света в зависимости от движения планеты Земля. Ведь, двигаясь по окружности, наша планета в разные моменты времени летит то по эфирному ветру, то против эфирного ветра. А значит и пучки света в интерферометре в разное время года должны чувствовать смену сезонов, меняя скорость из-за движения эфира.
Вы, наверное, догадались, что опыт Майкельсона и Морли показал, что свет полностью игнорирует эфир, и скорость света не меняется в зависимости от направления движения планеты. С тех пор человечество разделилось на ученых и фриков. Первые выкинули идеи эфира на помойку и до открытия поля Хиггса вообще слышать ничего не хотели про «подложку Вселенной», а вторые… вторые сказали, что Майкельсон и Морли ошиблись, что ученые скрыли результаты, что опыт был не точный, погода не летная, интерферометр собран из навоза и палок и вообще это заговор Рокфеллеров, Ротшильдов или социалистов.
Общение с «эфирщиками» доставляет много радостей и удивлений. Давеча один «специалист» рассказывал нам про то, что эфир состоит из информационных мыслеобразов, приходящих из тонкой Вселенной, и конденсируется на местной материи, отчего та приобретает массу, а из этого следует…
Увы, множество опытов впоследствии и по сей день, проведенные с невероятно высокой точностью с лазерами и синхрофазотронами, подтверждают: как ни измеряй скорость света, она при любых условиях относительного движения равна своему постоянному значению.
До 1905 года никто не мог объяснить, почему скорость света не хочет быть относительной, пока не пришел Эйнштейн и не догадался, что происходит. Он любил всем говорить на своем немецком, мол, сомневайтесь во всём, и таки досомневался, негодник. Сначала он сказал, что свет — это частица и назвал ее квантом света (а позже ее переименовали в фотон). А гипотеза о происходящем со скоростью света была названа на всякий случай Специальной Теорией Относительности, а не теорией имени Эйнштейна, такой был скромный дядька. В дальнейших лекциях мы, возможно, попробуем объяснить основы теории относительности, если придумаем, как обойтись без математики, а пока достаточно знать, что эта скорость оказалась фундаментальным параметром Вселенной. Она не просто какая-то там максимальная скорость, как на спидометре вашей «ласточки», а обусловлена геометрией нашего пространства. Это вот если вы нарисуете на бумаге четыре линии, пересекающиеся под прямыми углами, вы всегда получите прямоугольник. А если вы будете рисовать четырехмерное пространство с псевдоримановой метрикой и тензорами (сами не понимаем, чего несём), то в нем скорость света будет 300 000 км/сек. Такие дела.
Однако на этом история о скорости света не заканчивается. Она, как оказалось, порадовала нас еще несколькими внезапными чудесами. Эйнштейн, пользуясь случаем, поведал миру о других странностях высокоскоростных режимов.
Дело в том, что чем больше наша скорость, тем медленнее идут наши часы. Время замедляется при увеличении скорости. Причем обоюдно: тот, кто едет на велосипеде, видит, что время замедлено у того, кто стоит и смотрит, а тот, кто стоит и смотрит, наблюдает, что время замедляется у едущего на велосипеде. Если вы думаете, что это теоретические и математические шутки, не имеющие реального подтверждения, то вы застряли в позапрошлом веке и вам пора оттуда срочно выбираться.
Реальные опыты, подтверждающие, что время зависит от того, как на него смотреть, были проведены в XX веке. Брали очень точную пару часов, показывающих одинаковое время, причем не механические часы, сделанные в Китае, а атомные сверхточные. Один экземпляр часов брали на борт реактивного самолета, а вторые часы оставались на земле. Первые часы на огромной скорости пару раз прокатили вокруг планеты. А затем сверили время. Часы из самолета отставали.
Чем ближе кто-то двигается к скорости света, тем медленнее идут его часы (сам-то он этого не замечает и считает, что его часы идут правильно, а у всех вокруг отстают, но это уже парадоксы теории относительности, мы сейчас не о них рассказываем).
Таким образом, если бы кто-нибудь с часами разогнался до скорости света, то время для него остановилось. Как говорят физики: часы на фотоне не идут.
С точки зрения фотона, если бы он мог рассказать, что видит, его история была бы грустная. Вот он родился и тут же умер. А для стороннего наблюдателя этот же самый фотон миллиард лет летел из далекой галактики до нашей планеты, где врезался в наблюдателя. Нервирует, да?
А если все-таки существует возможность превысить скорость света? — спросит читатель свободный от предрассудков. Заумная математика для таких случаев уверяет, что тогда время для гонщика пойдет в обратную сторону. Это одна из причин невозможности сверхсветовых скоростей — нарушается причинно-следственная связь, знаете ли. Вы несетесь по велосипедной дорожке под 400 000 км/с и оказываетесь в прошлом…
Но разогнаться до скорости света нам мешают более серьезные причины, чем замедление времени. Все, что имеет массу, не может лететь со скоростью света, увы. Как только мы начинаем ускоряться, нам требуется прилагать для этого ускорения всё больше и больше сил. При значениях очень близких к скорости света количество необходимого топлива, или что мы там используем для ускорения, приближается к бесконечности, и соответственно для нашего дальнейшего разгона нам требуется бесконечная энергия. В математике это выглядит как деление на ноль.
А почему же частица
