Анонимус, акстись, зачем тебе это знать? ты уверен, что живешь в идеальном мире, где все устроено по правилам, изложенным в учебниках по физике. И ты точно знаешь, что Земля круглая, и мы с нее не соскальзываем потому, что на нас действуют колоссальыне силы притяжения, поскольку Земля все таки большая, а тела с большой массой притягивают к себе сильно-сильно. И чем больше масса тел, тем больше эта сила притяжения.
И все бы ничего, но ты можешь прямо сейчас расшатать эти утверждения. Возьми две гири разного веса, выйди на балкон и одновременно отпусти их. По всей законам ЛОГИКИ гиря, что весит больше, должна достичь земли быыстрее. Но нет... эти заразы падают ОДНОВРЕМЕННО! Как блджад это возможно?
Конечно, анонимус, ты понимаешь, что для эксперемента надо исключить ветер, кривизну твоих рук, халтуру литейного цеха гирь (вечно помятые) и прочие субьективные факторы. Но в идеальных условиях все будет имеено так. Формула, с которой мы живем - опровергнута. Хотя и РАБОТАЕТ СУКА!! Везде!
Как ты понял, дорогой анонимус, сегодня мы поговорим о искривлении пространства-времени, и той настоящей ГРАВИТАЦИИ, суть которой лежит в ИНТЕРСТЕЛЛАР со всеми этими путешествиями во времени, воронками, черными дырами и космическими тоннелями. Правда, про сингулярность и горизонт событий речь пока не пойдет, но мы честно-честно в следующих частях доберемся и до них.
Почему все так плохо?
ВНЕЗАПНО, годами проверенная и полностью работающая механическая физика Ньютона врезалась в суровую реальность электродинамики. Тут важно помнить материал прошлой части трактатов - про скорость Света и ее уникальную неповторимость. Вкратце и очень упростив: механика Ньютона это когда ты кидаешь камешек вверх, а он потом падает вниз тебе на голову, а электродинамика это когда стрелка комаса указывает на север, потому что так надо. Но вот когда речь пошла о чем-то смежном, то оказалось, что ни то ни другое вообще не верно, хотя по отдельности все работает.
Дядя Максвелл вывел уравнения распространения скорости света, исходя из того, что свет является волной. Если изменить электрическое поле, то измениться и магнитное (оба поля рассматриваются всегда вместо как электромагнитное, так как одно всегда-всегда влияет на другое). Изменил магнитное поле - поскакало электрическое (волна побежала).
Теперь перекладываем сюда законы логики (механическую физику). Если ты и твой друг Петя бежите с одной скоростью, то друг для друга вы всегда рядом - ваша скорость равна нулю друг для дружки. А если бежать рядом с "волной", получается, распространения волны нет. Но она есть. Логика, мистер Спок! Поле зависло в пространстве.
С другой стороны, все мы знаем, что ничего из ниоткуда не берется. Кинул камень в воду - побежали волны. Для звука нужен воздух, ведь звук это волна и распространение оной возможно только где-то в физическом пространстве (вода, воздух), в вакууме же воздуха нет, а потом и звуков нет (да-да, если ты смотришь Звездные Войны и слышишь выстрелы X-wing, то это лож и провокация). В любом случае - для того, чтобы была волна, нужно чтобы она "где-то бежала".
Значит и для электромагнитных волн существуют среда, иначе как они распространяются? Не по воздуху же.!
Так появился "эфир". То есть все пространство пронизано эфиром - чем-то, что нельзя увидеть, потрогать, понять или даже почувствовать, но зато модель бытия более-менее становилась логичной. Даже дядя Больцман, умный человек с намекающей фамилией, поддерживался сей идеи. Считалось (правда не все это признавали), что наш материальный мир и эфир "не соприкасаются", то есть эфир служит только для электромагнитных штук всяких, а на вас и нас никак не действует. Земля летает в космосе, и если бы эфир влиял на нее, то планета об него бы тормозилась, ибо силу трения никто не отменял. Как ваши действия замедляются в воде, так и Земля бы замедлялась в эфире. К счастью, судя по тому, что мы все ще вращаемся вокруг Солнца, эфир все же не действует на материю. То есть эфир одновременно каким-то чудом очень-очень плотный (раз в нем таки появляются волны электромагнитные) и одновременно с этим абсолютно разреженный, ибо мы с вами об него не тремся. Если же вы третесь об эфир, пожалуйста свяжитесь с местным отделением санитаров. Из эфирной трактовки так же следует, что если наша Земля двигается мимо эфира, то весь свет на Земле должен «сноситься встречным потоком». По-научному это называется анизотропией скорости света, и ученые решили искать ветер ничуть не сомневаясь в успехе операции. В итоге товарищи Майкельсон и Морли ставят опыт и не находят искомого эффекта. То есть что-то они там намерили, но в 6 раз слабее и не в том направлении. Научное сообщество стало думать, как жить с этим знанием. А от теории эфира остались такие понятия, как "напряжённость" и "ток" в электродинамике, и бытовое: «В эфире радиостанция „Маяк“.
Если ты ничего не понял из вышесказанного, значит ты абсолютно нормальный человек. Потому что все вышеописанное - провалившаяся (правда не во всем) попытка объяснить распространение волн. Но ученые люди не нормальны, а потому, воскликнув "ДА ЧТО ЖЕ ЗА **РНЯ ТУТ ТВОРИТСЯ???" они снова сели за форумлы. Особенно до ручки докатились Лоренц и Пуанкаре, которые стали законы в своих уравнениях пытаться все объяснить логически, то есть пытаясь понять все происхолдящее через призму механики.
Пока не испортил все Эйнштейн. Он сразу смыл в унитаз чужие формулы, при чем не только касательно эфира, но даже Ньютона. НЬЮТОНА! На которого упало яблоко и он понял, что Земля своей огромной массой притянула его к себе.
Да-да, все полетело в унитаз. Эйнштейн, в отличии от других, сразу обвинил весь научный мир в ереси и решил подойти с другого конца. А что, решил он, если ошибся Ньютон? Что, если "ты и друг-некрофил Петя, бежите с одной скоростью и относительно друг друга вы покоитесь" правда, но только правда для вас двоих?
И тут такое началось...
ТАК ПОЯВИЛАСЬ СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ. Эйнштейн взял за истину Максвела, которые баловался с формулами про свет. Вот как надо это понимать: в любой инерциальной системе отсчёта законы электродинамики (а не только как у Галилея механики) неизменны, а потому и уравнения не меняют свой вид (инвариантны). Из формул преобразования при переходе между такими системами, в свою очередь, при допущении равноправности всех точек нашей необъятной вселенной и всех направлений, следует вывод, что скорость света во всех таких системах отсчёта одинакова.
То есть нам какбэ намекают, что в между система отсчета, за гранью логики, существуют свои некие законы по переходу законов механики... Ничего не понятно? Все нормально, так и должно быть. Попробуем разжевать далее.
Эйнштейн довел формулы до того, что они включали в себя пересчет не только пространственных координат, но и ВРЕМЕННЫХ, из одной системы отсчета в другую (ныне сие еретичество именуется "преобразованиями Лоренца". Из сих формул было видно, что пространство, а вместе с ним и время, в разных системах отсчета, если системы отсчета двигаются относительно друг друга, выглядят по разному.
WAT?????
Все вышеописанное можно свети к одному: вы и ваш Петя-некрофил, когда бежите, представляете собой одну систему отсчета. Тот, кто за вами наблюдает - другую. Бегущие вам на встречу зомби - третью. И скорости, пространство и время для всех для вас текут по разному. О да, анонимус, сходи перекури. Пространство, так и время в разных системах отсчёта (если они двигаются относительно друг друга), выглядят по-разному. Причём в формулах пересчёта пространственные координаты зависят от временны?х, а временны?е — от пространственных. Возникла зависимость «пространства от времени» и причина говорить, что время и пространство неразделимы и составляют единый пространственно-временной континуум.
Более того, из формул Лоренца даже выходили очень интересные штуки, которые вы смогли наблюдать в ИНТЕРСТЕЛЛАРЕ:
1) Сокращение размеров, или лоренцево сокращение. Если бы мимо нас летела ракета, то её размеры, будучи измеренными в нашей неподвижной СО (здесь и далее - СИСТЕМА ОТСЧЕТА), сократились бы вдоль вектора скорости по сравнению с измеренными размерами ракеты, находящейся в состоянии покоя, и тем сильнее, чем быстрее она летит относительно нас. В пределе, если бы ракета летела со скоростью света, её длина стала бы нулевой.
2) Замедление времени. Временные интервалы между событиями, происходящими в одной и той же локации ракеты, с нашей точки зрения будут длиннее, чем были бы интервалы между теми же самыми событиями, измеренными в неподвижной ракете, и тем длиннее, чем ближе её скорость к скорости света. В пределе — если бы ракета летела со скоростью света, нам бы казалось, что время в ней совсем остановилось. (Момент руковожатия в Интерстелларе)
3) Если кто-то подумает, что из ракеты мы будем при таких пертурбациях выглядеть удлинённо и со спешащими часами — то это неверно. В силу относительности движения для ракеты (а она летела прямолинейно и без ускорения) это мы движемся, а она покоится, так что наблюдатель в ней будет видеть нас укороченными и с замедленными часами.
Эти эффекты наиболее известны, но не составляют полной картины. Полная картина — сами преобразования Лоренца. Попытки рассматривать некоторые эксперименты на основании только этих эффектов зачастую приводят к парадоксам:
(советую прочесть)
САРАЙ И ШЕСТ: Из СПЕЦИАЛЬНОЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ мы знаем, что движущиеся тела сокращаются в направлении движения. Возьмём сарай с двумя сквозными дверьми. Возьмём шест, который чуть длиннее, чем сарай. Если открыть обе двери и просунуть в них шест, то он в сарай не поместится и будет торчать из дверей по обе стороны. Воспользуемся сокращением длин — разгоним шест до такой скорости, чтобы он сократился, допустим в 2 раза, и тогда, пролетая сквозь сарай, он весь целиком там поместится! Захлопнем двери сарая, пока шест находится внутри и тут же быстренько их откроем, чтобы не поломать сей девайс. С другой стороны, система отсчёта, связанная с шестом, равноправна с системой, связанной с сараем. То есть в ней будут наблюдаться те же эффекты сокращения продольных размеров, но только уже сарая! И мы видим следующее противоречие: в системе отсчёта, связанной с шестом, сарай станет короче, а чуть более длинный изначально шест в сарай тем более не поместится. Значит, захлопнув двери сарая, мы обязательно сломаем шест!
Этот парадокс — один из типичных случаев, когда, вцепившись в один из эффектов СТО, человек делает далеко идущие выводы, пренебрегая другими, подчас более важными эффектами. Сокращение длин действительно произойдёт так, как описано в парадоксе — для сарая шест окажется укороченным и поместится в нём целиком, а для шеста укороченным окажется сарай, который не сможет поместить в себя весь шест. Так где же правда?
А правда — в относительности одновременности. Сокращение длин — это второстепенный эффект, относительность же одновременности — намного более важный. Ещё раз вспомним уже сказанное тут: события, одновременные в одной системе отсчёта, будут по СТО неодновременными в другой системе отсчёта, если системы движутся друг относительно друга. Если присмотреться к эксперименту, у нас в нём есть чётко выраженные события, одновременные в ИСО сарая — это момент, когда мы закрываем переднюю и заднюю двери сарая. Мы делаем это в ИСО сарая ОДНОВРЕМЕННО. Нетрудно догадаться, что в ИСО шеста они произойдут в разные моменты времени, а именно: когда передний конец шеста войдёт в сарай и приблизится к задней двери, она захлопнется и тут же откроется, а когда задний конец шеста сравняется с передней дверью, захлопнется и откроется, в свою очередь, и она. Таким образом, шест не сломается ни в ИСО сарая, ни в ИСО шеста.
Если внимательно присмотреться к этому парадоксу, то можно сделать один важный вывод насчёт эффекта сокращения длин. Как мы измеряем длину объекта? Прикладываем к нему линейку и смотрим на показания шкалы у начала и конца объекта. А если этот объект двигается? Тогда, чтобы не испортить показания, посмотреть на шкалу у начала и конца объекта надо… ОДНОВРЕМЕННО. Одновременно? Хм… Ну да, иначе показания окажутся всяко неверными. Но ведь то, что в нашей ИСО по теории относительности одновременно, в другой ИСО будет неодновременным и тогда… Последнее умственное усилие сделайте сами.
СКОРОСТЬ СВЕТА И ПОДВОДНАЯ ЛОДКА: Мысленно представим себе подводную лодку, плывущую со скоростью, близкой к скорости света. Тогда, согласно специальной теории относительности, с точки зрения наблюдателя на берегу, длина лодки должна уменьшиться, плотность — увеличиться, и лодка начнет тонуть. Но с точки зрения капитана лодки, наоборот, сжимается и становится более плотной вода, а лодка должна всплывать на поверхность. Этот парадокс неразрешим в рамках специальной теории относительности, которая не учитывает действие гравитации. А может все это порождает неведомую силу компенсации логичности происходящего, и "тяжелеющая" для наблюдателя подводная лодка не тонет из-за тяжелеющей и уплотняющейся для наблюдателя (в подводной лодки) воды? Кто знает, не наше дело.
СВЯЗАННЫЕ ТРОССОМ РАКЕТЫ: В лабораторной ИСО разместим на некотором расстоянии L две абсолютно одинаковых ракеты, изначально покоящихся, с синхронизированными часами. Пусть капитаны обеих ракет выполняют одинаковое задание: в 12:00 по Москве (этот момент времени в ИСО и ракетах будет одновременным) включают двигатель своей ракеты на одну и ту же мощность, и по прошествии 5 минут по своим часам их отключат. Одна ракета летит вслед за другой.
Рассматривая эксперимент из лабораторной ИСО, нетрудно установить, что пути обеих ракет будут абсолютно идентичными — моменты включения и выключения двигателей совпадут, траектория пути будет идентичной, следовательно, до разгона, во время разгона и по окончании разгона расстояние между ракетами всегда будет равно L — первоначальному расстоянию между ракетами.
«А как же Лоренцево сокращение длин?!» — возмутится обыватель. «Ведь вот, была система из двух ракет, она разогналась до скорости V в лабораторной ИСО, следовательно её длина по Лоренцу должна сократиться, то есть расстояние между ракетами должно уменьшиться!»
Для придания последним словам физического смысла ракеты связывают предельно натянутой веревкой, которая порвётся, если растянуть её (в собственной ИСО веревки) длиннее L и задаются вопросом: «порвётся или не порвётся?».
Ответ — порвётся: одновременность старта ракет, троса, частей ракет и молекул частей ракет в ИСО приведёт к неодновременности старта всего этого хлама в равноускоренной СО. Так что на все части системы будет действовать «разрывная сила» aka приливная сила эффективного гравитационного поля, aka разность гравитационных потенциалов. Впрочем, холивары идут до сих пор, в чём можно убедиться на Педивикии.
Лулз в том, что эффект может порвать не только трос, но и космический корабль ненулевой длины, а порвёт или нет — годный вброс для научного срача.
Разработав СТО и превосходно описав в её рамках базовую механику и электродинамику, Эйнштейн, однако, снова столкнулся с вопросом: «что за фигня?». И фигня эта была в гравитации. Уж и ёж опять показали свой звериный оскал: СТО решительно отказывалась скрещиваться с гравитационными силами. Принудить зверьков к спариванию малой кровью не удалось. Чтобы побороть проблему, Эйнштейну пришлось на протяжении семи лет насиловать свой мозг и разработать чудовищно сложную теорию гравитации, называемую Общей Теорией Относительности. Да-да, анонимус, вот так плавно мы подошли к Гравитации, о которой речь шла в самом начале. Столько текста и все ради того, чтобы понять, что подтолкнуло Эйнштейна сообразить, что гравитации - не существует.
Но об этом и еще об одновременно падающих гирях - в пятой части.
Indiya (24-го, 25 лет)
