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.

Date: 2020-07-20 08:36 am (UTC)
From: [identity profile] hemdall.livejournal.com
Потому что алгоритм поиска научного знания основан только на логике и ее правилах известных как "правила научного вывода".

Интуиция и логика - не одно и тоже. Логические выводы не обязаны соответствовать интуиции и на оборот.

ПРо принципы Гейзенберга - мы слишком мало знаем и потому не можем утверждать что этот принцип не есть локальное искажение каких либо физических явлений.

Ваше утверждение о том что все везде одинаково - ничем не доказано. Это гипотеза и не разу не факт.

Date: 2020-07-20 08:52 am (UTC)
From: [identity profile] misha-makferson.livejournal.com
>Потому что алгоритм поиска научного знания основан только на логике и ее правилах известных как "правила научного вывода".
Неверно. Наука начинается до логики, логика просто инструмент.

>ПРо принципы Гейзенберга - мы слишком мало знаем и потому не можем утверждать что этот принцип не есть локальное искажение каких либо физических явлений.
Что значит мало знаем? Что значит локальное искажение физических явлений? Прнцип неопределенности очень фундаментальная концепция квантовой механики.

Date: 2020-07-20 09:09 am (UTC)
From: [identity profile] hemdall.livejournal.com
Нет. Науки без логики нет и быть не может - потому что то тогда невозможно проверить правильность вывода. Это уже тогда не наука а религиозная вера.

Мы ничего не знаем и физическое знание сейчас противоречиво. И требует веры а не знаний.
Фундаментальное знание меняется - когда то все считали что Земля центр мира и все крутится вокруг.
А квантовая теория по большому счету - не научная чушь и пока находится в стадии накопления эмпирических знаний и опытов.
Edited Date: 2020-07-20 09:09 am (UTC)

Date: 2020-07-20 09:31 am (UTC)
From: [identity profile] misha-makferson.livejournal.com
> Науки без логики нет и быть не может - потому что то тогда невозможно проверить правильность вывода.
Щито? Эксперимент? Нет, не слышал.

>А квантовая теория по большому счету - не научная чушь и пока находится в стадии накопления эмпирических знаний и опытов.
Щито?

Date: 2020-07-20 09:56 am (UTC)
From: [identity profile] hemdall.livejournal.com
=) Какой такой "экперимент"? Кто его - измерит, проверит и повторит? А если не возможно - то это и не эксперимент вовсе.
У вас "мамой клянусЬ"(с) будет - наукой? Библия - у вас тоже поди наука?

Ничего - противоречий в ней столько что никто не знает что с ними сделать. И потому результаты экспериментов дают не тот результат который бы был ожидаем.
Следите за новостями по теме - там периодически вылазит что получили то что даже понять не могут.
Edited Date: 2020-07-20 09:57 am (UTC)

Date: 2020-07-20 11:16 am (UTC)
From: [identity profile] misha-makferson.livejournal.com
Вы я смотрю даже азов не понимаете. Что значит кто повторит? Кто захочет, тот и повторит. Важна принципиальная возможность воспроизводимости.

Date: 2020-07-20 11:32 am (UTC)
From: [identity profile] hemdall.livejournal.com
Боюсь я понимаю не только азы =)

Вы жжете как дуговая сварка - а как воспроизвести то?
Вы же обязаны в эксперименте описать и окружение как среду где это проводится, и собственно сам эксперимент и сделать какой то вывод из оного.

Типа "изменение количества движения пропорционально приложенной движущей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует." Этот вывод ПОЧТИ соответствует требования логического вывода а в полной форме: "в инерциальных системах отсчёта ускорение, приобретаемое материальной точкой, прямо пропорционально вызывающей его силе, совпадает с ней по направлению и обратно пропорционально массе материальной точки".

Принципиальная возможность воспроизводимости не имеет никакого смысла если другие будут делать этот эксперимент иначе и выводы делать на его основе по другому. Типа - на кончике иглы миллион ангелов. Любой же может проверить. Так надо просто - верить. "Мамой клянусЬ"
Edited Date: 2020-07-20 11:34 am (UTC)

Date: 2020-07-20 11:40 am (UTC)
From: [identity profile] misha-makferson.livejournal.com
У меня такое ощущение что вы бредите. Какое окружение? Какую среду? Если эксперимент показывает одинаковые результаты с заданной точностью, то причем здесь окружение и среда? Опыты Майкельсона например и сейчас повторяют с большей точностью. Скорость света инвариантна вот хоть ты тресни. Эквивалентность гравитационной и инерционный масс меряли со все большей точностью. Они эквивалентны вот хоть ты тресни.

Date: 2020-07-20 11:45 am (UTC)
From: [identity profile] hemdall.livejournal.com
Перекреститесь что ли =) Уверен это вам поможет.

Как он может показать одинаковый результат если другие люди не могут его вопроизвести по причине отсутствия логики и правил проведения эксперимента?

Повторю мысль - вы делаете утверждения никак не проверяемые без правил логики то есть рассуждения и научного вывода.
Edited Date: 2020-07-20 11:46 am (UTC)

Date: 2020-07-20 12:01 pm (UTC)
From: [identity profile] misha-makferson.livejournal.com
Опыты Майкельсона воспроизводимы. И неоднократно воспроизводились. Вы можете спорить с фактами, но это как правило плохой признак. :-)

Date: 2020-07-20 12:07 pm (UTC)
From: [identity profile] hemdall.livejournal.com
Я повторюсь - вы утверждаете что наука в логике не нуждается.

Давайте как гипотезу рассмотрим пример некого воображаемого мира где нет логики. Как без оной проверить чужое наблюдение и эксперимент? Ну вот - что он значит и зачем его вообще проверять?
Повторюсь - воспрозводство любых экспериментов возможно только при использовании логики а выводы из результатов без нее вообще не возможны.

Собственно заслуга Аристотеля - в формализации законов мышления как науки логики. Собствено все развитие науки и абсолютные все физические теории, это прикладные результаты логики - в приложении к результатам и трактовке физических экспериментов.
Edited Date: 2020-07-20 12:25 pm (UTC)

Date: 2020-07-20 12:41 pm (UTC)
From: [identity profile] misha-makferson.livejournal.com
Наука начинается до логики. Логика инструмент. Что логичного в том, что масса электрона такая какая она есть? А что логичного в постоянной Планка?

Date: 2020-07-20 12:55 pm (UTC)
From: [identity profile] hemdall.livejournal.com
=) Повторюсь - вы жжете как дуговая сварка.

До логики - никакой науки быть не может. Потому что науку наукой - делает логика.
Да это инструмент, но инструмент мышления и "наука" только небольшая часть ее примения.

Date: 2020-07-20 01:56 pm (UTC)
From: [identity profile] misha-makferson.livejournal.com
Что логичного в постоянной Планка?

Date: 2020-07-20 02:06 pm (UTC)
From: [identity profile] hemdall.livejournal.com
Это - просто значение. Как и любая физическая величина.

Но что бы понять и применять и мало того - хотя бы извлечь из результатов экспериментов, то есть отделить правильные результаты от неправильных нужна - логика.

Date: 2020-07-20 02:14 pm (UTC)
From: [identity profile] misha-makferson.livejournal.com
> то есть отделить правильные результаты от неправильных нужна - логика.
Логика не может отделить правильные результаты от неправильных. Она может гарантировать, что вывод произошел в соответствии с определенными правилами . Истинность самих предпосылок устананавливается вне логики. Это же азы. Из чего следует постоянная Планка?

Date: 2020-07-20 02:22 pm (UTC)
From: [identity profile] hemdall.livejournal.com
=) Логика - это правила мышления и научного вывода. И ученые придерживаясь этих единых правил получают одинаковый результат.

И именно это позволяет вообще понимать результаты любого эксперимента, трактовать выводы из них и получать производные результаты - константы как частный пример.

>Из чего следует постоянная Планка?

Из границы между макромиром, где действуют законы механики Ньютона, и микромиром, где действуют законы квантовой механики.
И это логический вывод - из частоты излучения и элементарного кванта действия.

Как ликбез:

Макс Планк — один из основоположников квантовой механики — пришел к идеям квантования энергии, пытаясь теоретически объяснить процесс взаимодействия между недавно открытыми электромагнитными волнами (см. Уравнения Максвелла) и атомами и, тем самым, разрешить проблему излучения черного тела. Он понял, что для объяснения наблюдаемого спектра излучения атомов нужно принять за данность, что атомы излучают и поглощают энергию порциями (которые ученый назвал квантами) и лишь на отдельных волновых частотах. Энергия, переносимая одним квантом, равна:

E = hv
Edited Date: 2020-07-20 02:24 pm (UTC)

Date: 2020-07-21 04:38 am (UTC)
From: [identity profile] misha-makferson.livejournal.com
>И это логический вывод - из частоты излучения и элементарного кванта действия.
И что в этом логичного? А в коте Шредингера что логичного?

Date: 2020-07-21 04:58 am (UTC)
From: [identity profile] hemdall.livejournal.com
Вы видимо не поняли - и константа и логическая конструкция "кота Шредингера" это умозрительные конструкции в воображении и скорее всего они ошибочные.

Мы типа нашли - "если в шаманский бубен постучать то духи помогут". Мы только сейчас открыли и пройдут века и поколения учены пока что то мы поймем как оно на самом деле.

Date: 2020-07-21 05:36 am (UTC)
From: [identity profile] misha-makferson.livejournal.com
Да вы прикалываетесь. Постоянная Планка ошибочная? А те кто делали атомную бомбу об этом не знали. И что логичного в коте Шредингера? С вашим определением логики она антилогичная. Кот Шредингера демонстрирует некоторые нетривиальные и контринтуитивные свойства квантового мира.

>Мы только сейчас открыли и пройдут века и поколения учены пока что то мы поймем как оно на самом деле.
В современной интерпретации нет никакого "на самом деле". Есть модели как то описывающие реальность.

Date: 2020-07-21 06:08 am (UTC)
From: [identity profile] hemdall.livejournal.com
Скорее всего да. Повторюсь если вы не понимаете - все эти константы только умозаключения в головах люей. А в действительности - все может быть сильно иначе. Смотрите на геоцентрическую систему или законы физики Аристотеля они тысячи лет были верны а потом раз - и ошибочны.

Кот Шредингера никогда не существовал в реальности =) Это умственная воображаемая логическая констукция в попытке объяснить нечто не понятное. И скорее всего тоже - ошибочно.

Есть к сожалению, с развитием науки и накоплением знаний геоцентрическая система например оказывается глупой и наивной и ниразу не соответствующей действительности...


Date: 2020-07-21 06:14 am (UTC)
From: [identity profile] misha-makferson.livejournal.com
> А в действительности - все может быть сильно иначе
В какой действительности? Мир устроен не по Ньютону, но расчеты по Ньютону очень даже работают. Космические полеты по Ньютону считают потому, что релятивисткие эффекты в данном случае не важны.

Date: 2020-07-21 06:17 am (UTC)
From: [identity profile] hemdall.livejournal.com
В той которая нам дана как данность - мы существуем в окружающем реальном мире с его законами которые нам по большому счету пока не известны. Мы эти законы "извлекаем" экспериментами и пытаемся понять - в меру собственного развития. А поскольку у нас развитие только начинается то и выводы глупые и наивные и противоречащие друг другу.

Date: 2020-07-21 06:25 am (UTC)
From: [identity profile] misha-makferson.livejournal.com
> А поскольку у нас развитие только начинается то и выводы глупые и наивные и противоречащие друг другу.
Но они работают.

Date: 2020-07-21 06:29 am (UTC)
From: [identity profile] hemdall.livejournal.com
Геоцентрическая система тоже работает и вполне сносно предсказывает положение планет и затмения.
Мало того и физика Аристотеля тоже работает и даже дает приемлемые в поределенных пределах результ.

Но - является ли то и другое истиным? =)

(no subject)

From: [identity profile] misha-makferson.livejournal.com - Date: 2020-07-21 06:35 am (UTC) - Expand

(no subject)

From: [identity profile] hemdall.livejournal.com - Date: 2020-07-21 06:37 am (UTC) - Expand

(no subject)

From: [identity profile] misha-makferson.livejournal.com - Date: 2020-07-21 07:08 am (UTC) - Expand

(no subject)

From: [identity profile] hemdall.livejournal.com - Date: 2020-07-21 07:26 am (UTC) - Expand

(no subject)

From: [identity profile] misha-makferson.livejournal.com - Date: 2020-07-21 08:38 am (UTC) - Expand

(no subject)

From: [identity profile] hemdall.livejournal.com - Date: 2020-07-21 10:51 am (UTC) - Expand

(no subject)

From: [identity profile] misha-makferson.livejournal.com - Date: 2020-07-21 12:26 pm (UTC) - Expand

(no subject)

From: [identity profile] hemdall.livejournal.com - Date: 2020-07-21 01:24 pm (UTC) - Expand

(no subject)

From: [identity profile] misha-makferson.livejournal.com - Date: 2020-07-21 02:44 pm (UTC) - Expand

(no subject)

From: [identity profile] hemdall.livejournal.com - Date: 2020-07-21 04:59 pm (UTC) - Expand

(no subject)

From: [identity profile] y-a-noname.livejournal.com - Date: 2020-07-22 05:04 pm (UTC) - Expand

(no subject)

From: [identity profile] hemdall.livejournal.com - Date: 2020-07-22 05:11 pm (UTC) - Expand

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 07:59 pm
Powered by Dreamwidth Studios