fonzeppelin: (Default)
[personal profile] fonzeppelin
После небольшой паузы (отпуска), еще одна моя статья для журнала Warhead:



Хорошо жить в космоопере! Если нужно долететь до соседней звезды, то просто включаешь сверхсветовой двигатель, летишь себе — и вскоре уже на месте. Вот только физики от такого начинают кривиться и плеваться. В чём же дело?


В упрощённой форме всё сводится к следующему выражению: «Сверхсвет, причинность, относительность — выберите любые два».

И похоже, что выбор этот, увы, уже сделан за нас.

Всё дело в том, что во Вселенной не существует абсолютной системы отсчёта времени. Нет единой шкалы, по которой можно было бы точно сказать, когда произошло одно, а когда — другое событие.

Течение времени зависит от массы и скорости.

В обыденной жизни мы этого не замечаем. Для сравнительно медленных, массивных тел, не слишком удалённых друг от друга, различия в наблюдаемом ходе времени не играют особой роли. Но вот чем ближе к скорости света, тем явственнее они становятся. Для наблюдателя на Земле и для пассажира летящей на околосветовой скорости ракеты время течёт по-разному. Чем ближе к скорости света, тем сильнее замедляется время.

И что же с этим делает сверхсвет (также известный как FTL — Faster Than Light)?

ОТНОСИТЕЛЬНОСТЬ:

Для начала разберёмся с относительностью. Каким образом ход событий зависит от точки зрения наблюдателя?



Предположим, что в космосе движется конвой из трёх кораблей — A, B и C, организованных как на рисунке. Все три движутся в одном направлении с равной скоростью, на равном удалении друг от друга. То есть относительно друг друга они неподвижны. Летательные аппараты вооружены лазерными орудиями, стреляющими со скоростью света, а также оснащены системой FTL-связи, действующей мгновенно вне зависимости от расстояния. Этакое сверхсветовое радио.

Теперь добавим немного драмы. Корабль B был захвачен пиратами с А и С и принуждён следовать между ними. В какой-то момент экипажу В удаётся застать врасплох призовую команду и восстановить контроль над своим кораблём. Однако они прекрасно понимают, что если попробуют бежать, то А и С это заметят и немедленно их расстреляют. Если B атакует какой-то из кораблей, то «мишень» успеет сообщить об этом по FTL-связи коллеге. Поэтому команда B решает стрелять из своих лазерных орудий по A и C одновременно.



Как выглядит ситуация с корабля B?

В его системе отсчёта как сам корабль В, так и корабли А и С, неподвижны — ибо точка отсчёта всегда может быть принята за неподвижную. Лазерные лучи, выпущенные B, достигают А и С одновременно, поскольку им нужно преодолеть одинаковое расстояние ВА и ВС. Корабли A и С поражены одновременно. Перед гибелью (уничтожение всё-таки не мгновенно) каждый из них успевает послать другому FTL-сигнал с сообщением об атаке, но так как оба корабля атакованы сразу, то предупреждение пропадает впустую.

Кажется, всё стройно? Только на первый взгляд.

Добавляем ещё один корабль — D, который движется параллельно конвою, но в противоположном направлении. В системе отсчёта корабля D он сам неподвижен, а A, B и С летят ему навстречу.



Как будет выглядеть описанная выше лазерная атака с точки зрения корабля D?

В какой-то момент корабль B выпускает лазерные лучи по A и С. Но теперь ситуация выглядит иначе: корабль А «убегает» от лазерного луча, а корабль C движется ему навстречу!

Напомним ещё раз: скорость света — константа. То есть движение корабля B не играет никакой роли, его собственная скорость не добавляется к скорости луча и не отнимается от неё. Лазерный луч всегда двигается с постоянной скоростью.

Что получается? Лазерный луч быстрее настигает корабль C (летящий ему навстречу), чем догоняет корабль А (летящий от луча). И тут включается в игру FTL-радио. Перед своей гибелью С успевает сообщить об опасности А. Корабль А, получив предупреждение, успевает сманеврировать, и лазерный луч проходит мимо.

Мы имеем довольно… странную ситуацию. Если мы смотрим на сражение с точки зрения корабля B, то корабли А и С уничтожены. Если же мы смотрим с точки зрения корабля D — то уничтожен только С, корабль А уцелел. И как это согласовать?

Может быть, какая-то из точек зрения истинная, а какая-то — иллюзорная?

К сожалению, нет. Для понимания проблемы добавим корабль E, который движется в том же направлении, что и конвой, но быстрее, и постепенно его перегоняет. В системе отсчёта корабля E он сам, понятное дело, неподвижен, а C, B и A летят ему навстречу, но в обратном порядке — первым С, вторым B, последним А.



С точки зрения корабля E, сражение развёрнуто зеркально: теперь С «убегает» от луча, а А движется ему навстречу. То есть А погибает первым, но успевает по FTL-радио предупредить С об атаке. И корабль С успевает уклониться.

В результате получается следующая ситуация: если мы смотрим с точки зрения корабля B — то A и С уничтожены одновременно; если с точки зрения корабля D — то С уничтожен, А успел сманеврировать и уцелел; с точки зрения E корабль А уничтожен, С успел сманеврировать и уцелел.

Так какие всё-таки корабли были уничтожены, а какие ещё существуют? Кто может связаться с кем по FTL-связи и кто кому ответит? Можно ли в этом всём разобраться? Увы, нет.

Причина всей этой суматохи в том, что системы отсчёта каждого корабля относительны и не учитывают другие. Наше фантастическое FTL-радио внезапно соединяет эти системы отсчёта и создаёт парадоксы. Если бы FTL-радио не было, то ситуация выглядела бы куда проще: с точки зрения корабля B корабли А и С погибают одновременно; с точки зрения кораблей D и E — один раньше, а другой позже. Но сам факт их гибели остаётся неизменным.

Сверхсвет, таким образом, нарушает принцип относительности и приводит — в комбинации с постоянной скоростью света — к невразумительным парадоксам, которые просто нельзя уложить в единую систему отсчёта.

ПРИЧИННОСТЬ:

Итак, предположим, что в 2100 году с Земли запущен пилотируемый космический корабль, движущийся со скоростью 80% скорости света. За время его полёта, однако, на Земле происходит технический прорыв, и — вуаля! — сверхсветовой FTL-двигатель изобретён! Правительства Земли решают вернуть астронавтов с досветового корабля обратно, и в 2110 году к ним запускается FTL-корабль, способный мгновенно преодолеть разделяющее их расстояние.



Тут-то и выскакивает из засады относительность.

Так как космический корабль двигался со скоростью 0,8 С (С — скорость света. — Прим.ред), то время для него текло медленнее, чем на Земле.

На момент запуска FTL-корабля в 2110 земном году на борту досветового корабля лишь 2106 год!

Поэтому FTL-корабль, состыковавшись с досветовым, вынужденно перейдёт в его систему отсчёта. И в какой год тогда вернутся астронавты, прилетевшие с Земли? В 2106-й, что ли?

Казалось бы, ну и что? Прилетят в прошлое! Но нет, тут раскрывает свою жадную пасть парадокс. Если астронавты вернулись на Землю в 2106 году, то зачем посылать FTL-корабль в 2110-м, чтобы вернуть их? Они же уже здесь. Даже если земные правительства решат-таки сделать это, просто чтобы избежать парадокса, то им придётся вступить в бой с ещё одним хтоническим монстром — эффектом бабочки.

Предположим, что на торжествах по случаю прибытия астронавтов в 2106 году один из разработчиков будущего FTL-корабля хватил лишнего и из-за этого допустил ошибку в расчётах. В результате при запуске в 2110 году FTL-корабль взрывается на старте. Следующий FTL-корабль не будет готов раньше 2112 года, и поэтому полететь и привезти астронавтов в 2106-й некому. То есть астронавты никогда в 2106 год не возвращались. То есть разработчик не хватил лишку на торжествах и не допустил ошибку. То есть FTL-корабль в 2110 не взорвался при запуске, а полетел и вернул астронавтов в 2106-й. А значит, разработчик хватил лишку и допустил ошибку… и так до бесконечности.

Перемещённые в прошлое астронавты по определению будут оказывать непрерывное возмущающее воздействие на историю. Просто потому, что исходно их в ней не должно было быть. Любое их взаимодействие с прошлым приводит к нарушению прежнего хода истории. И откровенно говоря, мы понятия не имеем, как именно история на это отреагирует.



ВОЗМОЖНОЕ РЕШЕНИЕ:

Так что же, сверхсветовое перемещение вообще невозможно? Не совсем.

Главная проблема в том, как бы избежать нарушения причинности и относительности — то есть не построить случайно машину времени. До тех пор, пока нам удаётся при каждом FTL-переходе перемещаться только в будущее, ситуация остаётся — в рамках приличия по крайней мере — в плане причинности.

Хорошим подходом к решению проблемы могут быть способы FTL, использующие некую «трассу». Например, червоточины (они же кротовьи норы), гипотетические «проходы насквозь» через искривлённое пространство. Если они существуют, проходимы и могут быть стабилизированы — строго говоря, по каждому из этих пунктов есть сомнения, — то их можно использовать для более-менее «непротиворечивого» FTL-перемещения.

Допустим, в 2100 году учёные сумели создать такую червоточину. Оставили один её конец на Земле, а другой на 80% скорости света запустили в систему Терранова на удалении в десять световых лет. С точки зрения земного наблюдателя, другой конец червоточины достигнет цели 20 лет спустя (с учётом разгона и торможения) — в 2120 году. Но с точки зрения зонда, несущего конец червоточины, пройдёт всего 13 лет, и прибудет к цели он в 2113 году.

Путешественник, отправившийся по червоточине с Земли в 2120 году, прибудет на Терранову в 2113 год. Казалось бы, машина времени? Нет. Поскольку сама по себе червоточина — вполне релятивистский объект, она соединяет не точки во времени, а интервалы. Оба её конца продолжают двигаться из прошлого в будущее, пускай даже с разной скоростью, а перемещение по самой червоточине тоже не мгновенно. Если тот же самый путешественник по червоточине вернётся с Террановы на Землю, то вернётся он в 2120-й год. Причём (путешествие не мгновенно) позже времени отправления. Нарушить причинность и вернуться раньше отправления у него не выйдет: за время путешествия земной конец червоточины сместится в будущее. И с относительностью все (относительно) в порядке: путешественник не может обогнать движущийся через ту же червоточину свет.

Конечно, если мы попытаемся построить вторую червоточину параллельно первой, ситуация станет более… сложной. И потенциально мы можем получить-таки машину времени (хотя есть основания считать, что в этом случае одна из червоточин немедленно коллапсирует — Вселенная не любит машины времени). Но до тех пор, пока мы пользуемся только одной, мы в относительном порядке и мире как с причинностью, так и с относительностью.

Хотя, может, и нет.
Page 2 of 2 << [1] [2] >>

Date: 2020-07-03 06:21 am (UTC)
From: [identity profile] snickser.livejournal.com
Мне кажется в рассуждениях есть существенная ошибка, как только свет (фотон) вышел из источника он живёт сам по себе невзирая на объекты вокруг.
То есть фонарик летящий на скорости света просто не сможет светить вперёд.

Date: 2020-07-04 02:47 pm (UTC)
From: [identity profile] karpion.livejournal.com
Начнём с того, что фонарик невозможно разогнать до скорости света.

Date: 2020-07-04 02:58 pm (UTC)
From: [identity profile] snickser.livejournal.com
Это мысленный эксперимент.

Date: 2020-07-08 01:52 pm (UTC)
From: [identity profile] karpion.livejournal.com
Это немыслимо. Нельзя так думать!

Date: 2020-07-03 11:57 am (UTC)
From: [identity profile] nik-pog.livejournal.com
Ситуация с кораблями очень напоминает ситуацию с котом Шредингера. При этом, корабли А и С рассматривают происходящее с точки зрения самого кота, корабли D и E являются двумя независимыми наблюдателями, а вся остальная Вселенная выступает в роли "друзей". Гипотетическая БЧС связь является квантовым процессом, проявления которого наблюдаются в макромире. И вопрос о том "а что же произошло в действительности" превращается в давно известный вопрос "когда именно происходит коллапс волновой функции". Все существующие мнения на этот счет, считая многомировую интерпретацию, вам наверняка известны. Что теория относительности и квантовая механика обе хорошо объясняют явления в своей "зоне ответственности", но между собой не дружат, тоже не новость.

Но, ктати, есть нюанс...

Date: 2020-07-03 08:00 pm (UTC)
From: [identity profile] doktorkurgan.livejournal.com
размеры видимой Метагалактики составляют 46 млрд. световых лет в диаметре, в то же время возраст Вселенной оценивают в 13,8 млрд. лет.
В общем, есть какая-то загогулина в системе пространство/время, что, чисто теоретически,может обеспечить сверхбыстрое перемещение в пространстве...
Хучь варпом, хучь при помощи реакции Танева...

Re: Но, ктати, есть нюанс...

Date: 2020-07-04 02:48 pm (UTC)
From: [identity profile] karpion.livejournal.com
Как это можно видеть то, что должно было светить до БВ?

Re: Но, ктати, есть нюанс...

Date: 2020-07-04 05:32 pm (UTC)
From: [identity profile] doktorkurgan.livejournal.com
Х/З, но наука говорит, шо так оно и есть.
Если интересует - вот кратенькая статья:
https://habr.com/ru/post/397063/

Date: 2020-07-04 08:02 pm (UTC)
From: [identity profile] bodeh.livejournal.com
93, а не 46.

И никакой загогулины нет, просто за то время, пока свет шёл от А к Б, Вселенная успела расшириться до столь циклопических размеров.

Понятно.

Date: 2020-07-05 06:58 am (UTC)
From: [identity profile] doktorkurgan.livejournal.com
По величине красного смещения расчитали дистанцию, на которую должны удалится обьекты.
Но, кстати, все равно загогулина получается - поскольку за то время, пока свет шел до нас, обьекты удалились (в теории, не факт, что они вообще продолжают существовать) на расстояние, большее (имеется в виду, на бОльший отрезок), чем было на момент испускания света.
Edited Date: 2020-07-05 07:02 am (UTC)

Date: 2020-07-05 07:08 am (UTC)
From: [identity profile] bodeh.livejournal.com
Тут есть одна тонкость.

Не обьект удалился на расстояние, а Вселенная расширилась.

Угу...

Date: 2020-07-05 05:00 pm (UTC)
From: [identity profile] doktorkurgan.livejournal.com
Вот я и говорю - вся надежда на варп. Или на реакцию аннигиляции Танеева (это из трилогии Снегова "Люди как боги"). Там как раз с пространством хулиганят.

Date: 2020-07-05 05:23 pm (UTC)
From: [identity profile] bodeh.livejournal.com
А как быть с нарушениями причинно-следственных связей? Думается мне, что единственный вариант — это путешествие за пределы наблюдаемой вселенной.

Но это будет шаг в неизвестность, т.к. координаты точки прибытия неопределимы и возвращение по той же причине невозможно.

Re: Понятно.

Date: 2020-07-08 01:55 pm (UTC)
From: [identity profile] karpion.livejournal.com
По величине красного смещения можно рассчитать только положение объекта в момент излучения света, который мы видим. Понятие "видимая Вселенная" оказывается немного странным...

Re: Но, ктати, есть нюанс...

Date: 2020-07-04 09:10 pm (UTC)
From: [identity profile] karpion.livejournal.com
А-а-а, я понял: речь про объекты, которые были относительно близко в тот момент, когда испускали тот свет, который мы видим. Но с тех пор они успели провалиться за инфляционный горизонт.

Re: Но, ктати, есть нюанс...

Date: 2020-07-20 07:32 am (UTC)
From: [identity profile] misha-makferson.livejournal.com
Вселенная может расширяться с любой сколь угодно большой скоростью. Метрика пространства не материальная величина. Собственно по инфляционной модели в первые секунды после Большого Взрыва она и расширилась как неимоверно.

Date: 2020-07-04 09:08 am (UTC)
From: [identity profile] lx-photos.livejournal.com
Ничего не понял, но тут явно много херни.

Date: 2020-07-06 01:06 pm (UTC)
From: [identity profile] Михаил Салтыков (from livejournal.com)
Классическая статья https://arxiv.org/pdf/gr-qc/0009013.pdf в журнале по физике входящем Q1 и 641 цитированием. Понятным английским языком говориться что временная линия звездолета с варпдрайвом времениподобна.

Date: 2020-07-25 07:09 pm (UTC)
From: [identity profile] flover3.livejournal.com
Вывод напоминает известный вердикт французской академии наук что «камни с неба падать не могут».
:)
На настоящий момент мы имеем относительно непротиворечивую теорию относительности, которая постулирует невозможность движения со скоростью выше скорости света. В ней есть возможность различного течения времени, но нет возможности обратного течения времени – то есть указанное в примере «возвращение в прошлое» ей прямо противоречит.
Однако подчеркну – ОТНОСИТЕЛЬНО непротиворечивую. Несколько более логичную, чем остальные, и подтверждаемую НЕКОТОРЫМИ наблюдаемыми эффектами. Но буксующую на ряде вопросов. Как раз на квантовых эффектах, и на вопросах причинности. Что как бы говорит нам о ее неполноте.
Так что зарекаться тут не стоит. Да, на современном уровне знаний такое движение не представимо. Но…

Date: 2020-09-07 05:53 pm (UTC)
From: [identity profile] gcugreyarea.livejournal.com
Ваш пример с захваченным кораблём и двумя конвоирами, кстати, выдающийся - вы смогли обеспечить парадокс с минимальным числом акторов.
В моей простейшей модели требовалось ЧЕТЫРЕ точки отсчёта, попарно соединённых червоточинами.
У вас тоже четыре точки отсчёта (корабль-стрелок, два корабля-конвоира и корабль-наблюдатель), но червоточиной соединены из них только две (два корабля-конвоира). Существенно упрощает понимание сути парадокса.

Date: 2020-09-07 06:26 pm (UTC)
From: [identity profile] fonzeppelin.livejournal.com
Честно признаюсь, что он не исходно мой - взял с Baen сайта.

Date: 2020-09-07 06:28 pm (UTC)
From: [identity profile] gcugreyarea.livejournal.com
Ага.
Кстати, корабль B даже не нужен.
Для минимального эксперимента достаточно, чтобы A и C одновременно выстрелили друг в друга.
ЗЫ.
Хотя нет, вру, с кораблём B таки проще, ведь для одновременного выстрела им надо как-то сверить часы, а со сверкой часов и начинаются все приколы.
Edited Date: 2020-09-07 09:21 pm (UTC)

Date: 2021-11-07 05:55 pm (UTC)
From: [identity profile] mechnik.livejournal.com
"Поэтому FTL-корабль, состыковавшись с досветовым, вынужденно перейдёт в его систему отсчёта. И в какой год тогда вернутся астронавты, прилетевшие с Земли? В 2106-й, что ли?"
Логика говорит, что течение времени, в данном случае, условная шкала. Астронавты выйдут в систему временных координат основной системы. То есть, в то время, когда стартовал и летел сверхсветовик.

Date: 2021-11-07 06:01 pm (UTC)
From: [identity profile] fonzeppelin.livejournal.com
А почему в нее? :) Почему эта шкала должна считаться основной?

Date: 2021-11-08 02:57 pm (UTC)
From: [identity profile] mechnik.livejournal.com
Потому что шкалы — условны. И чем больше носителей одной и той де шкалы, тем она "инстиннее".
Page 2 of 2 << [1] [2] >>

Profile

fonzeppelin: (Default)
fonzeppelin

January 2026

S M T W T F S
     12 3
4 56 78910
1112131415 1617
18192021222324
25262728293031

Style Credit

Expand Cut Tags

No cut tags
Page generated Jan. 18th, 2026 08:26 pm
Powered by Dreamwidth Studios