Все относительно

Великая книга Вселенной. Все относительно

Теория относительности. Перемещения со скоростью быстрее света. Как выглядит мир глазами человека в сверхбыстром космическом корабле.
Космос. Относительность. Космос. Относительность. 16.02.2017 / 12:34 | Варвара Покровская

Относительность - фундаментальная тайна мироздания

 

В проанализированных фактах проявляется методологическая абстрактность релятивистских теоретических интерпретаций, их полнейший отрыв от конкретной действительности или, говоря философским языком, умышленный уход от конкретного анализа конкретной ситуации. Самой абстрактной из всех абстракций в системе современного теоретического знания выступает понятие "отношение", являющееся основополагающим во всех естественных науках, связанных с математикой, и в самих математических дисциплинах. Между тем данное понятие, как ни странно, не было подвергнуто методологическому анализу даже в релятивистской теории, где понятие "отношение" положено в само название теории относительности. Странная, скажем прямо, ситуация для науки: объявляют принцип относительности исходным, возводят в ранг критерия применительно ко всем остальным следствиям, но не задаются главным, коренным вопросом, что же такое относительность как ипостась реальности и что такое образующие ее отношения как объективная действительность. Другими словами, наука довольствуется чистой абстракцией "отношение".

Между тем относительность - всеобщее универсальное свойство материального мира, проистекающее из его космического всеединства. В данном случае относительность выступает как всеобщее и неотъемлемое свойство ее природы, поскольку каждое из конечных проявлений находится в неисчерпаемых отношениях со всеми остальными.

Однако в реальных познавательных ситуациях относительность изучается, как правило, не в качестве всеобщего и универсального свойства (такая задача, да и то отчасти, стоит только перед философией), а в виде совершенно определенных отношений между определенными вещами или же элементами, организованными в целостную систему. В таком случае об относительности говорят, во-первых, в смысле конкретных отношений, свойственных тому или иному явлению, а, во-вторых, в смысле относимости (отнесенности) определенных свойств, характеристик, параметров и т.д. к одному или ко всем элементам, находящимся в данном отношении.

В бесконечной развивающейся Вселенной относительность проявляется в форме многообразных материальных отношении (физических, космических, химических, биологических, информационно-сигнальных и др.). И именно космическое видение предмета исследования позволяет понять конкретность отношений в том реальном виде, в каком они проявляются в природе.

При познании объективных природных отношений необходимо учитывать ряд моментов. Прежде всего укажем на неисчерпаемость тех отношений, в которые может вступать любая материальная вещь. По существу любой объект - песчинка, молекула, атом - находится во множестве отношений со всем бесконечным многообразием материального мира. В ходе познания неизбежно приходится отвлекаться от бесконечного многообразия этих отношений, вычленяя отдельные из них и сосредоточивая на них внимание.

Отношения носят конкретный характер. Принцип конкретности истины позволяет четко определить, о каких именно отношениях идет речь в каждом отдельном случае. "Отношений вообще" не существует. Это либо материальные, либо идеальные отношения. В свою очередь, они могут быть подразделены на: 1) изолированные и взаимосвязанные; 2) внешние и внутренние; 3) двучленные и многочленные; 4) прерывные и непрерывные и т.д. В зависимости от конкретного характера отношение может принимать то или иное (подчас прямо противоположное) значение. Например, детский воздушный шарик больше биллиардного по объему, но меньше по весу; Солнце больше Луны по массе, но угол, под которым оно наблюдается с Земли, меньше (поэтому и возможны солнечные затмения).

Наконец, об отношениях и результатах конкретных отношений судят, как правило, по тем субъектам, вещам, элементам, которые в данном отношении находятся. А между тем отношения не изменяют самого субъекта отношений, хотя, разумеется, обусловливают его свойства, функции или же деятельность (если речь идет о человеке). Так, один и тот же мужчина может на протяжении своей жизни последовательно, а подчас и одновременно находиться в различных родственных отношениях: сначала он сын, брат, племянник, в дальнейшем - муж, зять, отец, дедушка. На данный аспект обращал внимание еще Лейбниц: "Может произойти перемена отношения без всякой перемены в субъекте. Тиций, являющийся сегодня отцом, перестает им быть завтра без всякой перемены в нем только потому, что его сын умер"*. Понятно, что изменение родственных отношений не изменяет внешнего облика их носителя (естественное старение здесь, разумеется, ни при чем), хотя и накладывает на человека определенные обязанности, которые в конечном счете обусловливают его конкретные действия. Но подобное отношение, при котором субъекты (или образующие его элементы, если имеется в виду неживая или досоциальная природа) вступают во взаимодействие, является уже связью. Таким образом, абстрактных отношений, "отношений вообще" (то есть ни к чему не относящихся) в материальной действительности не существует.

Бессмысленность и абсурдность отрыва отношений от своих носителей и тех объективных реалий, которые они соединяют, наглядно обнаруживаются на примере грамматики. Так, предлог как вспомогательная часть речи служит для обозначения отношений одних слов к другим. Конкретный смысл в словосочетаниях или предложениях предлоги обретают лишь в контексте тех слов, которые с их помощью соединяются.

По одним предлогам ("на", "в", "от", "из", "к", "у" и т.д.) без связуемых невозможно понять, о чем пойдет речь в предложении, для этого необходимо обратиться к реальному тексту. Точно так же и с релятивистскими математическими отношениями: нам как бы предлагается текст, состоящий из одних предлогов. Ограничиваться этим просто недостаточно - необходимо сделать следующий шаг: перейти от отношений к их носителям и тем реалиям, которые ими соединены или соподчинены.

Необходимое условие конкретного (а следовательно, правильного) понимания отношений - различение отношений внешних и внутренних. Существующее между ними различие имеет исключительно важное значение, ибо закономерности, присущие внешним отношениям, отнюдь не тождественны закономерностям, характеризующим отношения внутренние. Если элементы, образующие внешние, изолированные отношения, не зависят друг от друга, то элементы внутренних отношений связаны между собой в рамках определенной системы.

Любые внешние отношения могут считаться таковыми только до известного предела; всегда имеется определенная система, по отношению к которой они выступают уже как внутренние. Предельно общей системой для всех объективно реальных отношений является Вселенная как единое целое. Собственно говоря, в виде самостоятельных внешних отношений они способны функционировать лишь до тех пор, пока не подвергаются воздействию со стороны более общей системы. Так, Солнце и вращающиеся вокруг него планеты являются более общей системой по отношению ко всему, что связано с Землей (включая и человеческое общество). Поэтому внезапная гибель Солнца и распад Солнечной системы привели бы к уничтожению всех имевшихся в рамках существовавшей системы внешних (то есть не связанных между собой) отношений, которые в данном предельном случае проявляли бы себя уже как внутренние (то есть неразрывно связанные с целостной системой).

Итак, проблема заключается в следующем: представляют ли собой отношения нечто единообразное, монотонное и настолько очевидное, что над ними вовсе не стоит ломать голову. Или же, напротив, они далеко не бескачественны, не бестелесны и не бесструктурны, им присущи характерные особенности, и, как все в объективном мире, отношения подчиняются определенным закономерностям, находящимся, в свою очередь, в неразрывной взаимосвязи с другими природными законами.

Ведь зачастую специфика и многообразие отношений нивелируются; даже если и делается различие между внешними и внутренними отношениями, то закономерности, отличающие их друг от друга, отождествляются. Случается, что один из видов отношений возводится в ранг универсальности, абсолютизируется, а свойства, характеризующие конкретную определенность отношений (то есть их конкретное основание), переносятся на все многообразие отношений, составляющих данное явление. В действительности же отношения одного типа далеко не в каждом случае оказывают непосредственное влияние на отношения другого типа, отличного от первого по конкретному основанию. Подобная абсолютизация и нивелировка заходят еще дальше: отношения, представляющие собой сосуществование определенных элементов, отождествляются с самостоятельным существованием самих элементов или образуемой ими системы.

Нетрудно понять, почему происходит такое отождествление.

Поскольку об отношениях обычно судят по соотносящимся субъектам, вещам, элементам и т.п., постольку и понятия, обозначающие конкретные отношения, подчас невольно переносят на сами эти вещи, элементы, на самих субъектов. Называя человека чьим-то братом, как бы персонифицируют понятие данного родственного отношения, переносят его на само лицо, отождествляя с конкретным индивидом, хотя понятие "брат" не означает ничего, кроме соответствующего родственного отношения, и ни у кого на лице не написано, что он (она) чей-то (чья-то) брат (сестра).

При этом конкретный анализ конкретной ситуации не просто указывает на материальную основу объективных отношений (это первый, но не единственный шаг в процессе познания). Он помогает установить также и конкретный характер данных отношений. Например, большинство физических закономерностей получает строгое математическое описание и выражается в виде разнообразных формул. Любая такая формула сама по себе есть определенное математическое соотношение, элементы которого находятся во внешней количественной взаимозависимости. Подобная структура формулы всего лишь результат знакового выражения, в то время как сами объективные отношения, описываемые формулами, могут быть не только внешними, но и внутренними. В свою очередь, проекция абстрактно-математического описания (формулы) на природную действительность помогает точно установить конкретный характер объективных отношений, отображенных в той или иной формуле.

Так, большинство химических формул описывает либо внутреннюю структуру вещества, либо внутренние отношения в процессе химических реакций. А многие физические формулы, описывая внешние отношения между природными процессами и явлениями, вместе с тем раскрывают и внутреннюю закономерную связь. Например, закон Кулона (и соответствующая ему формула) фиксирует не только внешнее отношение между двумя покоящимися электромагнитными зарядами, но и силу данного взаимодействия.

Характерная особенность абстрактного мышления (как и художественного) состоит в том, что оно может свободно манипулировать понятиями (и представлениями), способно конструировать из них "сцепления" любой степени сложности. Но от игры нашей мысли, воображения и фантазии материальная действительность не меняется. Она действует по собственным законам, а не по произволу мышления. Поэтому при обосновании понятий, разработке теории или получении новых выводов задача науки - не произвольно интерпретировать концептуальные результаты, а объяснять их в строгом соответствии с отображенными в них сторонами, отношениями, законами материального мира и закономерностями самого процесса познания.

Так, понятия, образующие математическую формулу (как об этом уже говорилось выше), находятся между собой в "жестких" отношениях в составе конкретной формулы и отображают столь же конкретные отношения (или законы как устойчивые, повторяющиеся, необходимые связи и отношения) материального мира.

Исходя из всего вышесказанного, уместно суммировать закономерности объективных отношений, играющих непреходящую роль в осмыслении Космоса, всех природных и социальных явлений, а также в любой из фундаментальных или частных наук, логике, методологии и теории познаний.

  1. Отношение представляет собой сосуществование конечных материальных или идеальных элементов. И те, и другие подразделяются на внешние и внутренние.
  2. Элементы, находящиеся во внешнем отношении, не зависят друг от друга.
  3. Элементы внутренних отношений связаны друг с другом в рамках определенной системы.
  4. Внутренние отношения, составляющие определенную целостность, будучи абстрагированными от данной целостности, могут рассматриваться по отношению друг к другу как внешние.
  5. Если элементы, находящиеся во внешнем отношении, начинают взаимодействовать, то они образуют систему и преобразовываются во внутренние отношения.
  6. Для любой системы внешних отношений можно отыскать другую систему, по отношению к которой они будут выступать как внутренние.
  7. Общей системой для всех объективно-реальных отношений является Вселенная как единое целое.
  8. Особым типом отношения между материальным (первичным) и идеальным (вторичным) является психическое отражение. Мысленные отношения представляют собой образы (схемы, модели, матрицы) отношений объективной действительности (включая и отношение к ней познающего и преобразующего субъекта). Идеальные отношения отображают материальные опосредованно, а будучи оторванными от последних - искаженно.
  9. Отношения между идеальными элементами - и внутренние (в процессе индивидуального мышления), и внешние (при обмене информацией или в процессе коллективного мышления) - складываются свободно, но истинность полученных выводов (а также истинность и правильная упорядоченность знания, участвующего в мыслительных актах) полностью зависит от их соответствия объективной действительности.
  10. Элементы материальных отношений (внешних и внутренних) выступают в виде определенного субстрата. Результат соотнесения (сопоставления, сравнения) различных субстратов и представляет собой отношение. Без субстрата нет отношения.
  11. Материальный субстрат не тождественен отношениям, в которых он находится. Само отношение (как результат сопоставления материальных элементов) носит объективно-реальный характер, но не имеет собственной субстратной формы, отдельной от элементов отношения.
  12. Отношение (результат сопоставления) двух материальных элементов (субстратов) не тождественно отношению трех и более элементов. И наоборот.
  13. Отношение конкретно: как не существует отношения без образующих его элементов, так и не существует отношения без определенного признака, по которому соотносятся элементы.
  14. Изменение отношения по одному признаку не обязательно ведет к изменению по другим признакам.
  15. Изменение субстрата элементов, находящихся во внешнем отношении, изменяет само отношение. Изменения в отношениях элементов не влияют непосредственно на материальный субстрат.
  16. Внутренние отношения целостной системы непосредственно обусловливают ее структуру и состояние. Изменение внутренних отношений системы приводит к изменению самой системы и влияет на внешние отношения, в которых она находится. Изолированные внешние отношения системы не влияют на ее внутренние отношения.

 

В отличие от конкретного подхода к сути объективных отношений в релятивистской теории и всех ее интерпретациях абстрактностью заражено не только представление о самих отношениях, но и о носителях таких отношений. Поскольку нет и не может быть отношений без того, что относится, постольку в каждом конкретном случае необходимо указывать на ту физическую (или иную) реальность, которая находится в тех или иных отношениях. Даже если в математических формулах присутствует такой совершенно конкретный физический процесс, как свет, он понимается изолированно и односторонне (например, в релятивистских формулах свет рассматривается лишь со стороны его скорости). И только космистский подход, космическое мышление и космическое видение предмета позволяет понять и представить свет (или фотон) в целостной взаимосвязи с другими природными процессами и явлениями. Тем самым свет предстает не в виде изолированных лучей в соотнесении с перемещающимися механическими системами отсчета, а во взаимоотношении с другими электромагнитными полями, звездным и галактическим миром.

Космическое видение мира не приемлет какой бы то ни было абстрактизации, возведенной в ранг абсолюта. Космос - это всегда многоцветие жизни, света и других явлений природы. И именно это позволяет преодолеть абсурдность ряда интерпретаций в понимании конкретных физических явлений.

Так, в своего рода самостоятельную - и даже овеществленную - сущность превращена в релятивистской теории (да и не только в ней) скорость. Скорость - важнейшая характеристика движения материальных объектов. Однако напомним, что скорость, выражая отношение пространства (пути, расстояния) ко времени, как самостоятельная субстанция в природе не существует (реально наличествуют лишь движущиеся тела и процессы). Тем не менее абсолютная световая константа в теории относительности выступает в качестве самостоятельно-самодовлеющей и по существу субстанциализированной величины. Не останавливаясь специально на мифическом "законе предельности скорости света", отвергнутом самими же релятивистскими ортодоксами, коснемся хотя бы вскользь другого теоретического фантома - так называемого принципа постоянства скорости света.

В повседневной и научной практике обычно измеряется скорость какого-либо одного материального объекта относительно другого. При этом неизбежно происходит отвлечение (абстрагирование) от движения других аналогичных объектов.

Действительность же такова, что каждое движущееся тело находится в неисчерпаемых разноскоростных отношениях с бесчисленным множеством других физических тел, непрерывно перемещающихся в разных направлениях и с различными скоростями.

Другими словами, скорость не является уникальной характеристикой материальных тел, наподобие протяженности или массы. Одному и тому же телу одновременно присуще неисчерпаемое множество скоростей различной величины.

Если же еще раз теперь попытаться сопоставить с данным непреложным фактом так называемый принцип постоянства скорости света, то со всей очевидностью обнаруживается полная несостоятельность и абсурдность последнего. Для этого обратимся еще раз к движению одиночного фотона, рассматриваемому в соответствии с правилами релятивистской игры в качестве условно неподвижной системы отсчета. Рассмотрим сквозь призму данной конкретной ситуации постоянство скорости света. Если бы такое было бы возможно на самом деле, то, произведя вновь "обращение" релятивистских формул, мы немедленно обнаружили бы: в ситуации условно покоящегося фотона любые источники и приемники света (то есть все бесконечное многообразие объектов материального мира) обязаны были бы двигаться относительно такого фотона с одной и той же постоянной и неменяющейся скоростью, что противоречит самоочевидным фактам. Кроме того, достигая приемника, в качестве которого выступает любой объект на пути движения света, фотон теряет свою первоначальную скорость (с0), и уже поэтому его скорость не может считаться всегда постоянной.

По мнению В.П. Селезнева, опыт Майкельсона, доказавший якобы невозможность обнаружения механического эфира, а значит, и отсутствие такового, не является доказательством правильности постулата постоянства скорости света. Это связано с тем, что интерферометр как прибор, предназначенный для фиксации смещения длин волн, в принципе не может служить для измерения скорости электромагнитного излучения, а отрицательный результат опыта Майкельсона (отсутствие интерференционной картины) служит доказательством постоянства длины волны - не более.

Иными словами, в распространенных трактовках теории относительности все кинематическое и электродинамическое богатство Космоса пытаются в угоду чисто формальным соображениям подогнать под изначально уязвимую схему постоянства скорости света. Наподобие ловких портных в сказке о голом короле, нас хотят уверить (и, как ни странно, большинство с этим соглашается), что в неисчерпаемой и многообразной Вселенной световые волны двигаются с одной и той же неизменной скоростью ко множеству других объектов, которые в это же самое время перемещаются с различными, не совпадающими друг с другом скоростями.

Космос всегда олицетворял бесконечность пространства и вечность времени, он же являет собой всеобъемлющий пространственно-временной Континуум. Релятивистская картина мира, претендующая на истину в последней инстанции, в главных своих частях также опирается на своеобразно истолкованные реалии пространства, времени, бесконечности (неограниченности); вместе с тем ей не только недостает системности и целостности, но и в отдельно взятых фрагментах этой научной мозаики при внимательном и непредвзятом рассмотрении обнаруживаются серьезные изъяны. Для подтверждения сказанного достаточно беспристрастно проанализировать релятивистские эффекты, относящиеся к пространственно-временным параметрам в движущихся системах отсчета.

 

Простой секрет сложных формул

 

Какую же, в таком случае, реальность описывают знаменитые релятивистские формулы, вытекающие из преобразований Лоренца?

Только ту, которая зафиксирована в самих формулах, - и никакую другую, причем не в космических масштабах, а в строго определенных границах, очерченных самими же формулами: есть две системы отсчета - условно неподвижная и условно перемещающаяся (в любое время их можно поменять местами), а параллельно равномерному и прямолинейному перемещению движется луч света (что-то вроде следующего: лодка (в темноте) отплывает от берега, а в корму ей светят фонариком).

Обратимся к двум релятивистским формулам, хорошо известным из школьного курса физики:

Из приведенных формул следует, что в материальной системе отсчета, движущейся равномерно и прямолинейно относительно условно покоящейся системы и связанного с ней наблюдателя, временные промежутки "растягиваются" (течение времени "замедляется", отчего родители-космонавты могут якобы оказаться моложе собственных детей, оставшихся дома), а пространственные длины сокращаются. То есть по формуле: t > t0; L < L0 Так ли это? Разумеется, так. Но весь вопрос в том, как понимать фиксируемое "растяжение" и "сокращение". Вытекает ли из формул, что "замедляется" всякое время, связанное с перемещающейся системой отсчета, - и продолжительность жизни, и процессы мышления или рефлексы и биоритмы? И действительно ли укорачивается космический корабль, сплющиваются в нем все предметы, живые организмы и сами космонавты? Если рассуждать последовательно-реалистически, то упомянутые эффекты непосредственно из релятивистских формул не вытекают, а являются следствием их свободного истолкования.

Формула, как это ей и положено, описывает (отображает) строго определенные физические параметры и процессы, которые, собственно, и фиксируются в виде символических обозначений.

Физическая формула может описывать только физические (а не химические, биологические, социальные) закономерности. Прямая экстраполяция формул на целостную Вселенную также недопустима.

В данном смысле приведенные выше релятивистские формулы раскрывают всего лишь объективное отношение между механическим перемещением тела и синхронно-совместным с ним движением света.

Соотнесенность этих двух физических явлений зафиксирована в подкоренном соотношении понятий v2 (скорость равномерного и прямолинейного перемещения инерциальной системы) и с2 (скорость света, движущегося параллельно той же системе). И то, и другое соотносится с третьим элементом реального трехчленного отношения - условно неподвижной системой отсчета.

Для наглядного пояснения действительной сути релятивистских эффектов воспользуемся образом Люмена, созданного Камилом Фламмарионом. Он был не только неутомимым пропагандистом новейших достижений естествознания, но и плодовитым автором, на книгах которого училось не одно поколение ученых во всем мире в конце прошлого - начале нынешнего века. Книги Фламмариона знала вся образованная Россия, не говоря уже о плеяде русских космистов. Несомненно их влияние и на научно-фантастическую прозу Циолковского.

Большинство научно-популярных и беллетризированных работ Фламмариона переведены на русский язык. Среди них научно-фантастический роман "Люмен" (в одном из переводов на русский - со значительными дополнениями - он называется "На волнах бесконечности"). Люмен - бестелесное человекоподобное существо, дух, обуреваемый жаждой познания Вселенной и наделенный волшебным качеством - способностью мгновенно, со скоростью мысли перемещаться в любую точку пространства, наблюдать (подобно другому, уже упоминавшемуся фантому - демону Максвелла) любое физическое явление и даже общаться с потусторонним миром. Люмен мгновенно перемещается по бесконечным просторам Космоса, а возвратившись на землю, рассказывает об увиденном своему ученику (в форме их диалогов и написан весь роман).

Помимо воображаемого описания далеких миров, расположенных в различных созвездиях, и их обитателей, Фламмарион устами Люмена описывает поведение света в Космосе.

Известно, что любая информация, идущая с помощью электромагнитных волн с Земли и имеющая конечную скорость, приходит к другим далеким мирам с запозданием на сотни и тысячи лет (подобно тому, как с запозданием доходит до Земли свет умерших звезд). Люмен, в частности, развлекается тем, что, перегнав свет, дожидается его в какой-то далекой звездной системе, а затем наблюдает живые картины исторического прошлого Земли (например, подробности событий Великой французской революции). Представляется, что с помощью Люмена нетрудно будет разобраться в физическом смысле релятивистских эффектов, касающихся света и пространственно-временных параметров движущихся объектов.

Итак, перенесемся мысленно вместе с Люменом на просторы Вселенной. Представим условно покоящийся прожектор, расположенный на уединенном космическом объекте, мимо которого с околосветовой скоростью, равномерно и прямолинейно проносится космический корабль. Прожектор включается и посылает световое излучение вслед ракете в момент, когда ее хвост оказывается в точке, возможно близкой от прожектора. Такая ситуация "соприкосновения" особенно удобна, поскольку позволяет, так сказать, непосредственно добиться одновременности событий и снять те вопросы, которые обычно возникают в теории относительности по поводу синхронизации часов. Для наибольшей наглядности поместим Люмена на кончике светового луча (точнее - фронта световой волны, поскольку сам свет в космическом пространстве невидим).

Допустим, что в покоящейся системе отсчета по ходу движения ракеты размещены ориентиры, позволяющие измерить пройденное расстояние. Предположим также, что Люмен запасся хронометром и намерен произвести некоторые расчеты. Сидя верхом на световом луче, он смог бы без труда констатировать уже известный нам факт: в различных системах отсчета свет за одно и то же время (по хронометру Люмена) проходит разный путь, а одинаковое расстояние преодолевает за различные промежутки времени. Так, за время, пока луч света преодолевает в покоящейся системе отсчета расстояние MN, равное длине ракеты, относительно удаляющейся ракеты он продвинется только до точки В. Другими словами, в движущейся системе световой луч пройдет расстояние, меньшее, "сокращенное" по сравнению с неподвижной системой координат (и тем меньшее, чем выше скорость ракеты).

Аналогичным образом свету, излучаемому неподвижным прожектором, потребуется для преодоления длины летящей ракеты большее время, чем для прохождения того же самого расстояния в покоящейся системе (налицо все то же пресловутое "растяжение" временных событий).

Мысленный эксперимент можно повторить и в земных условиях, совершив воображаемое путешествие на поезде в точном соответствии с условиями, заданными в преобразованиях Лоренца.

Рассмотрим движение светового луча, параллельного перемещению поезда и железнодорожному полотну. Для упрощения понимания даваемых разъяснений лучше всего представить, что поезд идет не по открытой местности, а вошел в туннель. Это позволит представить одновременное отображение распространения светового луча или фронта световой волны на стенках вагонов поезда и на стене туннеля. А для того, чтобы результаты измерений сделать зримыми и легко сопоставимыми, уместно допустить, что внешние стенки вагонов в стене туннеля покрыты фотоэмульсией.

Представим, что у входа в туннель неподвижно закреплен источник света - О, посылающий сигнал - ОР в направлении движения поезда MN. Источник включается в тот самый момент, когда с ним поравняется конец последнего вагона. Луч света движется вдогонку уходящему поезду. По мере того, как свет достигает головы состава, происходит засветка фотоэмульсии на стене туннеля и на внешних стенках (или крышах) вагонов по всей длине поезда.

Если допустить, что длина туннеля и железнодорожного состава достаточно велика, а поезд движется с околосветовой скоростью, то получим следующие результаты мысленного эксперимента. Чем выше равномерная скорость поезда, тем большее время потребуется свету, чтобы достичь головного вагона (это происходит потому, что начальная точка состава непрерывно убегает; по мере продвижения поезда вперед свет займет положение МN. Если свет, догоняющий поезд, погаснет, как только достигнет головной точки (или отразится зеркалом в обратном направлении), то картина засветки фотоэмульсии на внешних стенках вагонов будет отличаться от картины, получившейся на стене туннеля.

Что же именно произойдет? Чтобы воочию уяснить это, поезд по окончании эксперимента придется остановить и вернуть назад к въезду в туннель. Если поместить конец последнего вагона вровень с источником света (то есть совместить точки А , М, O, откуда начиналось движение светового луча), то тень засветки на стене туннеля АВ=ОР окажется по длине больше, чем длина самого поезда - MN, и, соответственно, больше тени засветки на внешних стенках вагонов от их исходной до конечной точки. МN=M=N, но MN

 

К звездам быстрее света!

 

Автору уже доводилось совершать мысленный сверхсветовой полет. И неоднократно. Его спутником и вожатым в этом увлекательном путешествии был опять-таки профессор В.П. Селезнев. Мы даже две книги на эту тему совместно написали.

Одна так и называется "К звездам быстрее света: Русский космизм вчера, сегодня, завтра" (М., 1993). Уместно воспроизвести здесь основные вехи сверхсветового полета в космические дали, где между соавторами развернулся такой диалог.

Автор. Выявление закономерности движения материальных тел, света и полей гравитации показало, что никаких ограничений в скорости относительного перемещения не существует. Почему бы нам не представить, как будет происходить космический полет со сверхсветовой скоростью? Поскольку существует такая возможность, мы можем ею воспользоваться как первопроходцы для дерзновенного научно-технического подвига - совершить, хотя бы мысленно и в мечтах, полет быстрее света к далеким звездам.

Существуют ли практические возможности, естественно, в будущем, реализовать подобную идею?

Профессор. Вопрос затрагивает чрезвычайно сложную проблему, которую можно решить, если основываться не на фантазиях, а на научной базе, учитывающей будущие достижения технического прогресса чрезвычайно высокого уровня. Конечно, в настоящее время подобная задача кажется несбыточной мечтой. Но впечатляющие успехи в области космонавтики вселяют оптимистическую надежду. Рассмотрим принципиальные возможности полета со сверхсветовой скоростью. Как известно, тяга ракетных двигателей не зависит от скорости движения ракеты, а только от скорости вытекания газов из сопел двигателей и запасов топлива.

О том, какие скорости полета могут быть достигнуты, можно судить по следующему примеру. Пусть у звездолета имеются фотонные ракетные двигатели, то есть фотоны вылетают. Конечная масса ракеты будет составлять 1% от начальной массы (такие соотношения бывают и у современных космических ракет), то ракета может достичь 4,6 скорости света. При перегрузке в одну единицу (космонавты будут воспринимать силу, равную силе веса на Земле) разгон ракеты до такой скорости будет продолжаться около четырех с половиной лет (здесь не учитывается сопротивление космической среды, которое при таких скоростях может оказаться значительным и опасным). Во всяком случае, полеты к далеким звездам в обозримый отрезок времени превращаются из фантастических гипотез в реально осуществимые проекты.

Автор. Кстати, здесь мы вовсе не будем первопроходцами в таком путешествии. Первыми были Данте и Беатриче, совершившие воспарение в "Рае" при помощи светового потока и со скоростью света. Данте так передает свои ощущения от этого полета:

Я видел - солнцем загорелись дали Так мощно, что ни ливень, ни поток Таких озер вовек не расстилали.
Звук был так нов, и свет был так широк, Что я горел постигнуть их начало;
Столь острый пыл вовек меня не жег...
 

А спустя пятьсот лет в путешествие навстречу несметным мирам с быстротой солнечных лучей Байрон отправил героев своей мистерии - Каина и Люцифера. "Лети со мной, как равный, - говорит дьявол Люцифер, двойник гетевского Мефистофеля, воплощение сомнений и дерзаний, - над бездною пространства - я открою тебе живую летопись миров прошедших, настоящих и грядущих". И Каин отвечает ему:

...О дивный, Невыразимо дивный мир! И вы, Несметные, растущие без меры Громады звезд! Скажите, что такое И сами вы, и эта голубая Безбрежная воздушная пустыня, Где кружитесь вы в бешеном веселье...

Но если бы мы вдруг оказались на чудо-корабле, оснащенном современной техникой и способном, преодолев световой барьер, легко превысить скорость света, - какие бы картины мироздания открылись бы перед нами?

Профессор. Попробуем представить, исходя из моей концепции световой теории и тороидальной модели фотона. Сейчас усиленно разрабатываются и иные теории (в торсионной, в частности, допускаются любые сверхсветовые скорости). Но каким представится мир авторам новейших подходов, пусть они лучше расскажут сами. Итак, познакомимся с устройством разработанного мною (пусть пока воображаемого!) космического корабля. Его помещения оборудованы всеми средствами жизнеобеспечения, необходимыми для длительного космического перелета. Каждый агрегат, устройство, приспособление доведены здесь до совершенства. Запасы питания, которых хватит на многие годы, хранятся в герметичных холодильниках.

Автор. Прекрасно, но ведь не хлебом единым живет космонавт. Что ему придется делать в условиях длительного межзвездного полета?

Профессор. О, чего-чего, а работы и забот ему хватит. Один перечень так называемых штатных операций, которые придется выполнять ежедневно (если время измерять дневными сутками), занял бы объем целой поэмы. Правда, большинство этих операций будет выполняться с помощью автоматов и роботов, что существенно облегчит работу и исключит неритмичность ее выполнения. Не следует забывать, что у автоматических помощников электронная память и они не забывают о своих обязанностях.

Автор. Какие же обязанности будут важнейшими и наиболее сложными?

Профессор. Кроме жизнеобеспечения, к числу важнейших можно отнести работы по навигации космического корабля и управлению его полетом. Задачи навигации чрезвычайно ответственны. От их решения зависит не только точное и своевременное достижение намеченной цели, но и обеспечение безопасности полета: в космическом пространстве движутся многочисленные метеориты и другие тела, а также облака пыли, встреча с которыми может закончиться аварией или даже катастрофой. При околосветовых и сверхсветовых скоростях полета навигация будет осуществляться в основном в автоматическом режиме. Многочисленные органы чувств корабля - датчики навигационной информации - способны воспринимать излучения от небесных тел в широком диапазоне частот. Обработка сигналов этих датчиков, выполняемая бортовыми вычислительными машинами, позволяет определить координаты местонахождения корабля и скорость движения относительно звездных ориентиров. Основным ядром навигационного комплекса космического корабля явится автоматическая система для счисления пути относительно инерциального межзвездного пространства.

Автор. Управление движением звездолета, летящего быстрее скорости света, по-видимому, потребует решения новых технических проблем.

Профессор. Конечно, основная научно-техническая проблема связана с созданием ракетного фотонного двигателя, у которого реактивная сила тяги возникает при выбросе летящего потока вещества - светового потока. Мощные излучатели света, которыми располагает двигатель, создают давление света. Это давление, действуя на корабль, вызывает согласно закону Ньютона ускоренное его движение. В частности, если двигатель будет создавать ускорение, например, равное ускорению силы тяжести на Земле (9,8 м/сек2) в течение 9 месяцев, то корабль будет увеличивать скорость полета и достигнет скорости света. Работа фотонного двигателя обеспечивается мощным источником энергии, в качестве которого могут быть использованы ядерные установки.

Управление фотонным двигателем и его ядерной установкой осуществляется системой автоматики, которая регулирует силу тяги двигателя, режимы работы ядерной установки, а также обеспечивает безопасность и надежность функционирования всего энергетического комплекса.

Автор. Но что же увидят космонавты? Ведь самое главное - это выполнение целевой задачи: изучение окружающего звездного мира и раскрытие тайны Вселенной. Конечно, на звездолете имеется много разнообразной научной аппаратуры, которая изучает физические характеристики космической среды, звезд и галактик.

Однако самый лучший способ познания Природы, свойственный человеку, все увидеть своими глазами. Итак, к окнам звездолета!

Профессор. При разгоне корабля с перегрузкой в одну единицу они будут чувствовать себя как на земной поверхности. Но вот скорость полета приближается к скорости света.

Посмотрим, что произойдет со звездным миром. Удивительная картина! Звезды в передней полусфере, наблюдаемые в переднее окно кабины управления корабля, станут намного ярче, а цвет их - более синим и даже фиолетовым. Кроме того, они сгрудятся по направлению полета, образуя узорчатый звездный ковер. Мир видится как будто через линзу, которая фокусирует его в сжатое изображение. Другими словами, воочию видятся все те эффекты, которые происходят с потоками света в относительном движении. Наш корабль движется навстречу звездам, которые мы видим в передней полусфере, и скорость V его полета складывается со скоростью С1, излучаемого звездами. Вследствие этого за счет доплеровского эффекта происходит "голубое смещение" спектров излучения звезд: красный спектр переходит в оранжевый и желтый, голубой - в синий и фиолетовый и т.д.

Смещение звезд по направлению полета - не оптическое искажение окна нашего корабля, а проявления эффекта аберрации света. Наши глаза воспринимают изображения звезд в том направлении, по которому распространяется свет, то есть по направлению вектора результирующей скорости C1, составленного из суммы векторов скорости света относительно излучателя (звезды) и скорости полета корабля.

Автор. Обратим внимание на боковые области звездного неба относительно корабля: звезды стали реже в этом пространстве, а их спектры почти не изменились. Но особенно впечатляющая картина сзади корабля: звезды не только разошлись относительно друг друга, но значительно покраснели и стали менее яркими. Многие из них, которые привычно наблюдались в небе, вообще исчезли и стали невидимыми.

Профессор. Здесь наблюдаются те же световые эффекты - доплеровский эффект и аберрация света, но они проявляются как бы с обратными знаками. Действительно, раз корабль удаляется от звезд, расположенных сзади, то доплеровский эффект вызывает красное смещение спектров излучений. Те звезды, у которых спектр излучений был близок к красному или оранжевому, за счет доплеровского эффекта становятся просто невидимыми для человеческого глаза. Если же посмотреть в окно через прибор, обеспечивающий инфракрасное зрение, то многие из этих звезд-невидимок можно вновь обнаружить.

Автор. Но вот наступает знаменательное, можно даже сказать, критическое событие полета: звездолет достигает скорости света и переходит на режим сверхсветового полета.

Интересно, что же увидят космонавты, наблюдая картины звездного мира при сверхсветовом полете?

Профессор. Посмотрите вначале вперед по курсу, а затем в боковой и задней полусферах. В звездном мире случилось что-то невероятное: звезды сгрудились в одно ослепительное облако, по бокам относительно корабля они очень редки, а сзади - абсолютная темнота.

Автор. Подобные чудеса, пожалуй, нетрудно объяснить. Полет происходит быстрее света, поэтому сам свет, излучаемый звездами сзади, просто не догонит космический корабль. Вследствие этого в задней полусфере и образуется абсолютная чернота космического пространства.

Профессор. Продолжу мысль: свет, излученный ранее, еще до начала полета, находится впереди звездолета, и следовательно, он просто догоняет фотоны и натыкается на них. Вследствие этого чувствительные элементы (или глаза) позволяют увидеть эти звезды не сзади, а впереди корабля. Вот почему в переднем звездном облаке такая неразбериха: ведь мы видим одновременно всю массу звезд, находящихся как в передней (более яркие), так и в задней полусфере (значительно слабее по яркости). Такая накладка изображений значительно усложняет звездную навигацию корабля.

Автор. Но, кроме звезд, впереди корабля обнаруживается еще какое-то странное свечение неба. Что это такое?

Профессор. Космическое пространство заполнено весьма разреженной материей - атомами, ионами, электронами, фотонами и другими частицами. При полете со скоростью менее скорости света такие частицы сталкиваются с кораблем, вызывая при этом постепенное разрушение его поверхностной оболочки, наружного оборудования и смотровых стекол кабин корабля. Подобные столкновения регистрируются приборами в виде отдельных вспышек. Но при скорости полета быстрее света частота встреч становится столь значительной, что для наблюдателя они сливаются в некоторый фон звездного неба.

Автор. Путешествуя вместе с нами в мире звезд, читатель, может быть, задает вопрос: почему же он не видит картин прошлого.

Профессор. Картины земной жизни, проходившей в прошедшие времена, в виде потоков света, излученных материальными объектами, давно уже рассеялись и поглотились окружающей средой. Земная атмосфера поглощает значительную долю световой энергии, особенно в голубом и ультрафиолетовом спектрах. Кроме того, излучения предметов распространяются во все стороны веерообразно, и по мере удаления их видимый облик расплывается и слабеет. Таким образом, в межзвездном полете хотя и может встретиться какой-либо фотон - участник древних событий, но составить картину по нему не представляется возможным.

Автор. В такой странной и искаженной картине звездного мира путешественников подстерегают опасности: корабль летит с огромной скоростью, а небесные тела на самом деле никуда не исчезают и остаются на своих местах. Ведь, кроме видимых объектов, могут быть встречи и с "черными дырами", которые своим мощным гравитационным полем только "сосут Вселенную", притягивая к себе все материальное и не отдавая назад ничего, даже свет.

Профессор. Конечно, опасность сверхсветового полета чрезвычайно велика. Правда, известные еще до полета места нахождения небесных тел могут быть заложены в память бортовых ЭВМ. Однако встреча с таким "хищником", как черная дыра, вполне возможна. Обнаружить приближение такого объекта можно с помощью системы гравиметров, размещенных на корабле, и специальных зондов-разведчиков, выпускаемых во время полета для изучения окружающего пространства. Поскольку "черная дыра" обладает мощным гравитационным полем, то силу его притяжения можно обнаружить, измеряя градиент этого поля с помощью системы гравиметров. Конечно, даже минуя такого "хищника", следует учитывать, что его гравитационное поле может изменить траекторию и скорость полета.

 

Читать дальше:

 
 

Добавить комментарий

6 + 7 =
Решите эту простую математическую задачу и введите результат. Например, для 1+3, введите 4.