Полёт над полем часов

Многие полагают, что теория относительности сводится только к замедлению времени и лоренцеву сокращению. В одном из прошлых выпусков мы выяснили, что это не так. Оказалось, что пространство и время при движении подвергаются более сложным искажениям, которые описываются преобразованиями Лоренца, часть которых мы уже вывели.

О замедлении времени и сокращении длин приходится слышать так часто, что трудно поверить, что это – всего лишь очень частные проявления более общего явления. Однако, это так.

Сегодня мы, наконец, воочию и во всех подробностях увидим, что происходит.

Сегодня мы полетим над полем часов!

Итак, модель такая. Перед нами раскинулась Вселенная, в которой повсеместно установлено единое время. По всему космосу разбросаны часы, которые показывают это время Вселенной в тех точках, где они находятся. Разумеется, я не смог нарисовать всю Вселенную, я нарисовал только часы. И то – символически.

Далее. Наш космический корабль имеет возможность летать только в одном направлении. У него есть два двигателя, передний и задний. Передний двигатель тормозит корабль если он летит вперёд и ускоряет его назад в противном случае. Задний двигатель действует с точностью до наоборот.

У корабля есть возможность разгоняться до скорости примерно 0,94c в обе стороны.

На борту корабля есть приборы для обмера пространства-времени – бортовой хронометр (корабельные часы) и линейка.

По космосу в различных направлениях летают световые импульсы и мы имеем возможность замерять их скорость своими средствами, а также смотреть, что наблюдают жители проносящегося мимо космоса.

Ниже изображено операционное поле мультика с пояснениями (пока неживое).

Основной деталью корабля является линейка. Длина линейки – около миллиона километров, каждое её деление составляет 100 тысяч километров. В центре линейки находится красный хронометр, который делает оборот за одну условную секунду. То есть, каждое деление хронометра составляет 1/10 секунды.

Вокруг хронометра, сверху и снизу, расположены кнопки управления. Верхняя включает нижний двигатель, а нижняя – верхний. Пока одна из кнопок нажата, корабль приобретает постоянное ускорение относительно сопутствующей системы отсчёта. Если кнопку отпустить, то ускорение исчезает и корабль продолжает двигаться в ту сторону, в которую разогнался, с постоянной скоростью. Скорость, в единицах скорости света, отображается в левом верхнем углу линейки.

Вдоль края линейки туда-сюда снуют два световых импульса. Их скорость составляет 300 тыс. км/с по приборам корабля. Как мы увидим позже, для окружающего пространства скорость составляет ту же величину!

В правой части расположена вереница часов. Часы разнесены на расстояния в 100 тыс. км друг от друга. Часы показывают то время в том месте неподвижной системы отсчёта, которое соответствует месту в системе отсчёта корабля.

Иными словами, весь мультик представлен с точки зрения системы отсчёта, связанной с нашим кораблём.

Для удобства справа нарисованы ещё трое часов, которые показывают вселенское время в той точке, которую пролетает наш космический корабль и в тех точках, которые пролетают световые импульсы.

Рассмотрим мультик по частям.

Пока корабль находится в покое, его часы и все вселенские часы синхронизированы друг с другом. Время течёт, световые импульсы летают, проделывая 300 тыс. км за одну секунду по всем часам.

Если мы нажмём на акселератор, то корабль начнёт ускоряться. Вместе с этим начнут происходить разные необычные явления.

Во-первых, космические часы начнут рассинхронизироваться. Во время ускорения, часы, которые находятся по носу, ускорят свой бег, а те, которые за кормой – наоборот, замедлят. Более того, очень далёкие часы позади корабля пойдут назад!

Когда ускорение прекратится, то все часы станут идти с одинаковой скоростью, но медленнее, чем корабельные часы. Кроме того, они останутся рассинхронизированы друг с другом.

Это иллюстрирует относительность одновременности. Когда мы летим, то одновременными нам являются разновременные события окружающего космоса.

Внимание! Ниже зачёркнут оригинальный текст выпуска, который является ошибочным.

Можно заметить, что те часы, которые находятся напротив нулевой отметки нашей линейки, никогда не ускоряются и не идут назад. Они просто идут всё медленее по мере того, как мы набираем скорость.

Нижеследующий текст, помеченный синим цветом, является правильным вариантом.

Можно заметить, что когда движение равномерно (ускорения нет), то каждые движущиеся часы не ускоряются и не идут назад, а просто идут медленнее центральных часов неподвижной линейки.

Это иллюстрирует замедление времени.

Наконец, по мере разгона, окружающий нас космос сплющивается. Наша цель приближается к нам.

Это иллюстрирует лоренцево сокращение расстояний.

Можно также обнаружить интересное явление, заключающееся в том, что световые импульсы пролетают по 300 тыс. км за секунду с любой точки зрения.

Относительно нас импульсы просто летают всегда одинаково.

Когда же мы наблюдаем полёт импульсов по космосу, то мы видим, что обгоняющий нас импульс летит навстречу часам и тот факт, что он (с нашей точки зрения) пролетает больше часов за раз, компенсирует тем, что эти часы рассинхронизированы особым образом. Свет не только летит по пространству, но и перескакивает в будущие моменты времени, из-за чего его скорость остаётся той же.

Встречный импульс летит вместе с пролетаемыми нами часами и, казалось бы, он должен пролетать от часов к часам за больший промежуток вселенского времени. Но этого не происходит из за того, что каждые следующие часы отстают от предыдущих. В результате по пролетаемым часам скорость остаётся той же.

В этом проще убедиться по жёлтым часам, функция который заключается в том, чтобы показать вселенское время в той точке, которую мы или свет пролетаем.

Этим иллюстрируется постоянство скорости света.

Мультик не подогнан, а рассчитан в соответствие с теорией относительности. Расчёты можно посмотреть в специальной статье. Можно также скачать исходник мультика.

Как говорится, лучше один раз увидеть. Теперь вы все видели, что такое преобразование Лоренца. Неверующие могут продолжать не верить в то, что это реально, но теперь у них не будет шанса полагать, что в СТО есть противоречия. Всё сходится один к одному!

Вот и всё!

Димс.

Оцените статью
Строительный портал