Джон Стиц - Встречи на «Красном смещении»

Краткое руководство по релятивистским явлениям.

На борту «Красного смещения» свет распространяется со скоростью десять метров в секунду. Звук распространяется со скоростью приблизительно шесть и две трети метра в секунду. Эти величины имеют фундаментальное значение для всего последующего. К сведению пассажиров, не знакомых с релятивистскими явлениями: все эти явления наблюдаются в нормальном пространстве и относятся к эйнштейновской специальной теории относительности (СТО), эйнштейновской общей теории относительности (ОТО), а также к ньютоновской механике (НМ). Существенная разница состоит в том, что на борту «Красного смещения» эти явления можно наблюдать при легко достижимых скоростях.

Сокращение длин. Объекты, двигающиеся мимо вас со скоростями, составляющими значительную часть скорости света, кажутся сжатыми в направлении движения. (Разумеется, с точки зрения движущегося наблюдателя, сжатыми будете казаться вы; тот факт, что вы не ощущаете никакого сжатия, есть проявление самой сути теории относительности — результат наблюдений зависит от положения наблюдателя.)

Допплеровское смещение. Объекты, быстро удаляющиеся от вас, изменяют свой цвет, который смещается к красной (нижней) части спектра. Цвет приближающихся объектов смещается в сторону фиолетового (верхнего) конца спектра. Эти смещения могут быть так велики, что свет оказывается вообще вне видимой части спектра. То же самое относится и к звуку, только формулы в этом случае несколько другие. Звук от приближающегося источника делается более высоким, от удаляющегося — более низким.

Гравитационное красное смещение. Когда свет выходит из гравитационного поля, он теряет энергию, и цвета сдвигаются к красному концу спектра. Когда свет входит в гравитационное поле, цвета сдвигаются вверх, к фиолетовому. Эти сдвиги могут вывести свет за пределы видимого спектра. Если в, поле с большим градиентом гравитации фонарь, поднятый над головой, светит голубым цветом, то этот же фонарь будет светить красным светом, если опустить его на уровень груди.

Искривление световых лучей. В десятом слое гиперпространства свет движется медленно. Как и в нормальном пространстве, он подвержен гравитации, поэтому заметно отклоняется книзу. За счет искривления света вы можете принять искривленную поверхность за плоскую, выпуклую за вогнутую, и т. д. Надо привыкнуть обращаться с фонариком так, как вы обращаетесь с поливальным шлангом на Земле.

Увеличение массы. Когда скорость объекта приближается к скорости света, его масса возрастает (с точки зрения неподвижного наблюдателя). Поэтому для ускорения этого объекта требуется все больше и больше энергии, и он не может достичь скорости света, хотя и может неограниченно к ней приближаться. Результатом заметного увеличения массы при заметном уменьшении ускорения является сохранение энергии.

Система отсчета. Все явления и измерения в вашей собственной инерциальной системе отсчета кажутся нормальными (хотя измерения, проведенные наблюдателями, находящимися в разных системах отсчета, могут не совпадать).

Одновременность. Никакие два наблюдателя, движущиеся независимо друг от друга, не могут прийти к согласию относительно одновременности двух событий, происходящих в разных точках пространства. Наблюдатели всегда будут согласны друг с другом по поводу причинно-следственных связей, никто из них не может наблюдать следствие раньше, чем причину. Однако они не смогут согласиться друг с другом по поводу разнесения событий в пространстве-времени.

Звуковые ударные волны. Звуковые ударные волны не относятся к релятивистским явлениям. Когда объект на сверхзвуковой скорости проносится мимо неподвижного наблюдателя, на того немедленно и практически мгновенно обрушивается весь звук, порожденный движущимся объектом с момента начала движения. На борту «Красного смещения» дама, занимающаяся бегом трусцой, может обрушить звуковую ударную волну на людей, мимо которых она пробегает.

Скорость света. Свет в локальной системе отсчета всегда движется с одной и той же скоростью (хотя, с точки зрения внешнего наблюдателя, скорость света изменяется) — это есть следствие растяжения времени.

Растяжение времени. С вашей точки зрения, время идет медленнее у людей, движущихся мимо вас со скоростями, сравнимыми со скоростью света. В соответствии с общей (но не специальной) теорией относительности эти люди видят, что ваше время течет быстрее (это связано с так называемым парадоксом близнецов). Кроме того, гравитационное поле замедляет время пропорционально силе гравитации. Это означает, что на нижних уровнях корабля время течет медленнее, чем на пассажирских палубах. Если вы хотите сократить путешествие и согласны вытерпеть повышенное тяготение, на «Красном смещении» для таких случаев имеется несколько специальных купе. Если же вы не прочь растянуть полет (в вашем субъективном времени), мы можем предложить вам купе с пониженным тяготением на седьмом уровне. Настоятельно рекомендуем всем пассажирам организовывать свой распорядок согласно главным бортовым часам.