Шон Кэрролл - Вечность. В поисках окончательной теории времени

Вернуться

Скорость – это всего лишь темп изменения положения, а ускорение – темп изменения скорости. В терминах дифференциального исчисления скорость – это первая производная положения, а ускорение – вторая. Важное свойство классической механики состоит в том, что положение и скорость полностью задают состояние частицы, ускорение же определяется локальными условиями и соответствующими законами физики.

Вернуться

62

Упражнение для читателей: можно ли вообразить мир, в котором абсолютная ориентация в пространстве поддается точному определению? А как насчет мира, в котором нельзя определить абсолютное положение, скорость и ускорение, но зато темп изменения ускорения является наблюдаемым?

Вернуться

63

Проигрывая возможные ситуации, постарайтесь все же не слишком увлекаться. Сегодня мы твердо убеждены, что никакой среды, пронизывающей все пространство и относительно которой мы могли бы измерять нашу скорость, не существует. Однако в конце XIX века люди верили в ее существование, называя такую среду эфиром. С другой стороны, мы верим в существование в каждой точке пространства полей, причем некоторые поля (например, поле Хиггса) в пустом пространстве могут даже иметь ненулевые значения. Сегодня мы верим, что волны – электромагнитные и иные – это распространяющиеся колебания этих полей. Однако поле не считается настоящей «средой» по двум причинам: во-первых, оно может иметь нулевое значение, а во-вторых, невозможно измерить скорость по отношению к нему. Кроме того, вполне вероятно, что мы многого не знаем. Некоторые отличающиеся богатым воображением физики-теоретики всерьез задаются вопросом, а нет ли вокруг нас каких-то новых полей, которые задают абсолютную систему координат, относительно которой мы могли бы измерять свою скорость (см., например: Mattingly, D . Modern Tests of Lorentz Invariance // Living Reviews in Relativity , 2005, 8, p. 5). Подобные поля иронично называют «эфиром», но это совершенно не тот эфир, о котором говорилось в XIX веке. В частности, они никак не связаны с распространением электромагнитных волн и прекрасно согласуются с основными принципами теории относительности.

Вернуться

64

Некоторую историческую информацию вы найдете в книге Miller, A. I. Albert Einstein’s Special Theory of Relativity. Emergence (1905) and Early Interpretation (1905–1911). Reading: Addison-Wesley, 1981.

Вернуться

65

Для того чтобы в реальности испытать сокращение длины или растяжение времени, нам потребуются либо невероятно точные измерительные приборы, либо аппарат, позволяющий перемещаться со скоростью, близкой к скорости света. В нашей жизни ни подобные приборы, ни подобные аппараты на каждом углу не встречаются, из-за чего вся эта специальная теория относительности кажется нам такой нелогичной и непонятной. Несомненно, тот факт, что большинство окружающих нас объектов движутся с малыми относительными скоростями по сравнению со скоростью света, – интересная особенность окружающего мира, и полная теория Вселенной должна попытаться ее объяснить.

Вернуться

66

Вероятно, вам кажется, что этот пример не доказывает невозможность движения со скоростью, превышающей скорость света, – только невозможность разогнать медленный объект, то есть придать ему ускорение, позволяющее достигнуть и превысить скорость света. Возможно, существуют какие-то объекты, всегда движущиеся со скоростью выше скорости света, и их даже не требуется для этого как-то специально ускорять. Такая логическая возможность действительно существует; соответствующие гипотетические частицы называют тахионами. Однако, насколько нам известно, в реальном мире тахионы не существуют, и это даже хорошо: возможность отправлять сигналы со скоростью выше скорости света подразумевала бы возможность отправлять сигналы в прошлое, а это бы повергло в хаос все наши представления о причинно-следственных связях.

Вернуться

67

Иногда вам будут попадаться утверждения о том, что специальная теория относительности не способна справиться с ускорением тел и для того, чтобы учесть ускорение, требуется общая теория относительности. Это полная чепуха. Необходимость в общей теории относительности возникает тогда (и только тогда), когда важную роль начинает играть сила притяжения, а пространство – время искривляется. Вдалеке от любых гравитационных полей, когда пространство – время плоское, прекрасно действуют законы специальной теории относительности, независимо от того, что происходит с участниками событий, – пусть даже они ускоряются. Траектории равномерного прямолинейного движения (без ускорения) в специальной теории относительности действительно имеют особый статус, так как все они равноправны. Однако совершенно недопустимо на основании этого делать вывод о том, что траектории движения с ускорением вообще не поддаются описанию на языке специальной теории относительности.