Справочник автора/Теория относительности

Материал из Posmotre.li
Перейти к: навигация, поиск

Теория относительности — основа механики и прочей физики, частным случаем которой является обыденная земная механика. Значима в первую очередь для космоса, в котором земная механика бесполезна. Теория относительности является второй по трудности и заумности теорией в физике; первая — квантовая механика, которая применяется для очень маленьких объектов и расстояний (а теория относительности — для очень больших).

Содержание

[править] Теория относительности Галилея-Ньютона

Теория относительности старше, чем кажется. Еще в XVI—XVII веках ученые стали задумываться о том, есть ли разница между покоем и равномерным прямолинейным движением, и пришли к выводу, что разницы-то никакой и нет. Что является покоем относительно одной системы отсчёта, в другой будет равномерным прямолинейным движением. Основным белым пятном в этой теории был вопрос о том, есть ли некая «истинная» система отсчёта, за которую долгое время принималась субстанция под названием «мировой эфир». Опыты Майкельсона-Морли (конец XIX века) показали, что мирового эфира нет…

[править] Специальная теория относительности Эйнштейна

… что и привело к возникновению современной теории относительности, подразделяющейся на специальную и общую. Печкой, от которой плясал Эйнштейн, является свет (электромагнитные волны). Скорость света в вакууме — единственная абсолютная величина; она не складывается, не вычитается и является пределом, превысить который не может ни одно материальное тело или поле ни в какой системе отсчёта. Всё остальное — относительно; причём в отличие от предыдущей теории, от вашей системы отсчёта зависят не только скорости окружающих тел, но и их линейные размеры и течение времени.

Изменяются они так. Чем ближе ваша скорость приближается к скорости света (относительно неважно, чего), тем более коротким, и растянутым во времени вы становитесь относительно этого самого «чего» (а оно, соответственно, относительно вас). Если вы начнете разгоняться относительно окружающей вас Вселенной, то вскоре начнете ощущать следующие релятивистские эффекты, которые будут возрастать при приближении к скорости света:

С массой же всё сложнее. Часть учёных считает, что при увеличении скорости увеличивается и масса, однако в наше время всё большее число поддерживает концепцию, что масса — величина инвариантная. Но в любом случае при увеличении скорости увеличиваются импульс и полная энергия тела, и при ненулевой массе и скорости света они стали бы бесконечными. Поэтому свет вы не обгоните. И даже достижение скорости света возможно только при нулевой массе.

Благодаря этим эффектам становится возможным межзвездное путешествие: вы можете, достаточно разогнавшись, сократить расстояние и отмахать парсеки за пять минут. Проблема в том, что относительно остальной Вселенной, сокращались-то вы, и летели века и тысячелетия. Поэтому, когда вы вернетесь на Землю, там умрут все ваши родные и близкие и воцарится коммунизм (постапокалипсис, сингулярность, нужное подчеркнуть, ненужное зачеркнуть). Поэтому как-то мало желающих использовать эффекты Эйнштейна для межзвёздных путешествий.

Экспериментально релятивистские эффекты подтверждались на примере элементарных частиц (срок жизни которых возрастает по мере роста их скорости) и на примере спутниковых систем связи и навигации (очень точные часы которых сбивались, пока не начали делать поправки на сжатие времени).

[править] Общая теория относительности Эйнштейна

Варп по Алькубьерре

Это была, сильно вкратце, специальная теория относительности. Общая же примечательна тем, что объясняет природу гравитации как искривление пространства, и именно на ней основаны все известные современной науке теоретические способы тирьямпампации (общая теория важнее специальной и отменяет её). Вот они, вкратце.

Внешние эффекты двигателя Алькубьерре похожи на Star Trek и Star Wars одновременно. От первого у него пузырь искривленного пространства и само название «варп». От второго — то, что в момент пересечения светового барьера корабль исчезает и оказывается в некоем изолированном пузыре пространства, подобно «гиперу». Как из пузыря нельзя выглянуть и посмотреть, что снаружи, так и нельзя его увидеть снаружи и заглянуть внутрь. Лопнуть пузырь изнутри тоже нельзя; он должен лопнуть сам, от внешних причин, например, от гравитации звезды-цели. Нельзя и изменить направление полета в середине пути.

Ещё одним интересным свойством, приписываемым теоретическому двигателю Алькубьерре, является то, что на пузырь налипают частицы межзвёздного газа и излучения, и в момент лопания пузыря выбрасываются вперёд в виде вспышки энергии. Это ограничивает дальность варп-скачка; слишком долгий может привести к тому, что корабль разнесет в хлам выходной вспышкой.

Изначальный проект Алькубьерре раскритиковали вдоль и поперёк, у него оказалась куча фатальных недостатков: и экзотической материи-то для него требовалось больше, чем масса Вселенной, и внутренность пузыря-то раскалялась до планковских температур. Но работа над варпом продолжалась, и вскоре были получены более интересные результаты. Так, Кливер и Обоуси из университета Бэйлора показали, что достаточно и массы Юпитера; а Гарольд «Санни» Уайт из НАСА полагает, что если изменить форму пузыря, можно свести требования отрицательной массы всего лишь к сотням килограмм, и решить несколько других проблем. Тот же Уайт придумал и проводит первые, довольно примитивные эксперименты по теме, и если они окажутся успешными, то, возможно, тирьямпампация ближе, чем мы думаем.

[править] Теория квантовой гравитации

Гибрид ужа и ежа, объединяющая ОТО и квантовую механику (которые в том виде, в котором мы их знаем, несовместимы). Этой теории пока ещё нет, и многие считают, что это основная преграда на пути к тирьямпампации (те или иные следствия этой теории могут облегчить получение экзотических условий, необходимых для червоточин или варп-двигателя). С другой стороны, эта теория может взять и закрыть то или другое. Вообще говоря, чтобы раз и навсегда закрыть точным «да» или «нет» (скорее «да», чем «нет», но не загадываем) вопрос о тирьямпампации, нам нужно следующее:

Личные инструменты
Пространства имён
Варианты
Действия
Навигация
Инструменты