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 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? =)

Date: 2020-07-21 06:35 am (UTC)
From: [identity profile] misha-makferson.livejournal.com
>Геоцентрическая система тоже работает и вполне сносно предсказывает положение планет и затмения.
Ну да. И что?

>Мало того и физика Аристотеля тоже работает
Нет, не работает. Импетуса не существует. Собственно при конструировании механизмов умозрительной физикой Аристотеля и не пользовались никогда.

Date: 2020-07-21 06:37 am (UTC)
From: [identity profile] hemdall.livejournal.com
>Ну да. И что?

Что с современных знаний - она ошибочна. Но работает =)

>Нет, не работает.

Она ошибочна но для расчетов какой нибудь телеги с лошадью вполне работает =)

УПД. Вот кстати до появления огнестрельного оружия все эти требушеты-баллисты они как по вашему расчитывались? По какой физике кроме Аристотелевской? Ньютон тогда еще не родился если что =)
Edited Date: 2020-07-21 06:46 am (UTC)

Date: 2020-07-21 07:08 am (UTC)
From: [identity profile] misha-makferson.livejournal.com
> Вот кстати до появления огнестрельного оружия все эти требушеты-баллисты они как по вашему расчитывались?
эмпирически, то есть на глазок.
И вообще наука это модерновая штука, она с Галлилея где то начинается. Аристотель не занимался наукой и ученым не был.

Date: 2020-07-21 07:26 am (UTC)
From: [identity profile] hemdall.livejournal.com
Инженерия римлян была на очень серьезной высоте и невозможна без расчетов.
Вы в Рим съездите на Колизей и Парфенон посмотрите если он постороены "на глазок" то это какой глазок мега-гениев. Ровно тоже самое с военными машинами - только инженерные расчеты могут давать возможность строить онагры, баллисты и требушеты.
Никакой "на глазок" на метательном оружии больше рогатки не работает.

Да вы просто жжете - это у вас Аристотель не ученый??? 8-0
Замечу - вся современная наука за пределы идей оного вышла только в конце 20 века. А так то да =)

Edited Date: 2020-07-21 07:27 am (UTC)

Date: 2020-07-21 08:38 am (UTC)
From: [identity profile] misha-makferson.livejournal.com
А какое отношение инженерные расчеты относятся к физике Аристотеля? Ответ никак.

Ещё раз, наука модерновая штука. Аристотель не ученый, а философ рассуждающий в том числе и о природе.

Date: 2020-07-21 10:51 am (UTC)
From: [identity profile] hemdall.livejournal.com
Инженерный расчет - чистое и дистиллированое научное знание. Самое прикладное и самое объективное. И его делали на законах той физики какая была в наличии - конкретно Аристотеля.

Вы я так понимаю школьник, изучите биографию и труды Аристотеля дошедшие до нас и поймете что он больший ученый чем 90% идиотов с научными степенями сейчас...
Edited Date: 2020-07-21 10:51 am (UTC)

(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 08:01 pm
Powered by Dreamwidth Studios