Александр Чирцов: замедление времени и изменение длин

Я дико извиняюсь, но у Вас - спина белая!

Когда речь заходит о масштабах вселенной и невозможности перемещений макрообъектов с околосветовыми скоростями, меня смущает один момент. Насколько правомерно привязывать к себе релятивистской веревочкой объекты находящиеся на невообразимом от нас расстоянии?

Помнится, на одной из вводных лекций мы решали задачку о пьяном матросе, который все время бредет в случайном направлении. Если я правильно помню, получилось, что расстояние от начала движения пропорционально корню от времени.
Давайте представим, что тело летит от нас в космос с третьей космической и с некоторой вероятностью на своей траектории получает ускорения (от столкновений, гравитационных маневров и любых других причин). Получается, что скорость этого объекта относительно нас будет пропорциональна корню от пройденного расстояния с неким коэффициентом и где-то там вполне может устремиться к скорости света.

Модераторам.
Прошу прошения, я случайно вставил комментарий в беседу "Никита Попов про познавательные приложения и гаджеты" вместо лекции "Александр Чирцов: замедление времени и изменение длин". Можно ли переставить?

Кому: GrUm, #2

Когда французская академия наук приняла решение не рассматривать проекты вечных двигателей, дополнительно была специальная принята оговорка, что с телом вида "пьяный матрос" нельзя ассоциировать инерциальную систему отсчета. Следовательно, пьяным матросам никакой постулат не указ, в том числе и постулат о предельной скорости.

Кому: Lexa, #1

Да ен нужно извиняться-это продукция толтовко-дизанеров с Большого Адронного Коллайдера.

Кому: GrUm, #2

И что из того?

Кому: alex_chirtsov, #6

Хм. Из этого, например, вопрос, как отличить эффект допплера от эффекта замедления времени если объект слишком далек для измерения годовым параллаксом?

Про мюон.
Понятное: С точки зрения мюона земные часы идут медленнее, предположим в 10 раз. Предположим что мюон попил чаю и распался. Пока земной наблюдатель пьет чай мюон пролетит в 10 раз дальше.
Непонятное: Пробег альфа частиц в воздухе - сантиметры. Мюон заряженная частица. В атмосфере он должен терять энергию и замедляться. А дальше перестает работать релятивизм. А как он долетает до поверхности земли?

Кому: Kuka, #8

Так альфа частица - это ядро гелия. Она ж огромная по сравнению с мюоном. Вот и не может в воздухе пролезть далеко.

Про мюон, я так понимаю, это намек на то, что Земля должна для него стать существенно полощще (привет, плоскоземельцы!).
Примем, что пространство изотропно и часы не должны расходиться в зависимости от поворота. Пусть наблюдаемый летит со скоростью v и двумя часами. Одни он традиционно расположил поперек скорости, а вторые положил на бок вдоль вектора скорости. Т.к. мы не можем иметь двух исключающих состояний системы, эта пара часов не должна разойтись как для наблюдателя, так и для наблюдаемого. То есть свет должен совершать колебание в обоих часах с одинаковой скоростью. Тривиально посчитаем время, которое свет проходит в "продольных" часах, сравним его со временем "поперечных" часов из лекции выше. После несложных вычислений получим, что продольная версия часов должна быть в 1/sqrt(1 - v^2/c^2) раз короче поперечной.
Следовательно для условного наездника на мюоне Земля и мы станем в указанное количество раз короче вдоль вектора скорости. Из этого же получается, что время жизни мюона для наездника будет столь же малым, но так же уменьшится и толщина атмосферы Земли, что позволит ему пролететь эти 50 километров.

Кому: GrUm, #10

Две важных поправки. Речь идет о световой модели часов, описанной в лекции. И свет в часах совершает колебания с одинаковой частотой (а не только скоростью, что очевидно).

Наблюдателю на месте мизона будет казаться, что время жизни составит 10е-6, хотя со стороны земли времени пройдет больше, по крайней мере так отсчитают часы.

Да, забыл - при учёте скорости в открытой системе, мизон может сделать вывод, что он проживёт дольше в Земной системе отсчёта - но это будет САМООБМАН!!!

разочарован, расстроен. )))

Кому: GrUm, #2

> Получается, что скорость этого объекта относительно нас будет пропорциональна корню от пройденного расстояния с неким коэффициентом и где-то там вполне может устремиться к скорости света.

я тебе больше скажу, далёкие далёкие объекты удаляются от нас быстрее скорости света
потому что вселенная расширяется

Корректировку в примере с вагоном можно выразить нагляднее - через прямоугольный треугольник: первый катет - это время (сигнала) от вагона к наблюдателю, второй катет - время наблюдения по направлению движения вагона (с условием движения по прямой), а гипотенуза и будет корректировкой - замедлением времени и искривлением пространства.

Кому: alex_chirtsov, #5

Спасибо за лекции.

Про мион. На мой взгляд, с точки зрения наблюдателя всё выглядит печально. Сначала он думает, что находится в состоянии покоя, и рядом с ним находится протон. А мимо него на огромных скоростях пролетают элементарные частицы. Через какое-то время, при попадании в ионосферу, он осознаёт, что находится рядом уже не со стабильным протоном, а с нестабильным мионом, и к нему приближается Земля. При этом, если верить его часам, делает это она со скоростью большей чем скорость света, поэтому Земля успеет до него долететь. Хотя, скорее всего, он не успеет что-либо заметить. Возможно я не прав. Кстати, откуда мы знаем что на Земле мы регистрируем именно тот мион, который появился в верхних слоях атмосферы? Понятно что протоны "разбились" об ионосферу, но почему мюон не мог столкнуться с другим элементарными частицами и образовать протон, который тут же распадётся на мюон и нейтрино?

Действительно, ждал 2 года и вот - проще некуда - скорость и расстояние выкинули, причём скорость света - это как выкинуть нашу ГАЛАКТИКУ, ну да, тут не только время замедлится ...!!!

Честно скажу, ожидал гораздо большего и чего-то интереснее от терминов "искривление пространства" и "замедление времени".

Для мизона как наблюдателя, если он не видит (пренебрегает) скоростью света, ничего не изменится - ни время, ни расстояние - а вот если видит (откроет окно в вагоне) - скорректирует на неё расстояние и оно получится больше - охренительно больше, а конкретно: скорость на время жизни в замкнутой + скорость на время жизни в открытой - и да, это не он к земле с таким временем, расстоянием и скоростью, а Земля к нему (для него, конечно, для нас - наоборот).

Кому: НЕ..РЫЧИ, #17

Про искривление пространства погоди, это уже ОТО, мы пока на этапе СТО )

Кому: Alex_Swan, #12

Мезон, Алекс, запомните: мезон.

Нота "ми" тут совершенно неуместна...

Кому: НЕ..РЫЧИ, #17

Мезон, уважаемый, мЕзон, а не "мИзон". Наверное еще про искривление пространства немного рановато... Давайте пока попробуем выучить: мЕзон....

Александр Сергеевич, спасибо огромное за лекции. Можно вас попросить рассказать хоть немного про свет. Иначе не получается некоторые вещи в голове соединить.
Например, если (примерно с ваших слов) свет бежит по "рельсам", то тогда с точки зрения внешнего наблюдателя в вагоне меняется геометрия этих "рельс". А если меняется геометрия "рельс", то почему не меняется геометрия всего? Или меняется? Или это и есть искривление пространства о котором позже?

1) Анри Пуанкаре указывал на то, что физические явления, происходящие в разных инерциальных системах, описанные на языке собственных метрик, принципиально нельзя сравнивать между собой (что делал Эйнштейн), поскольку преобразования Лоренца, вместе с переходом от одной инерциальной системы отсчета к другой, автоматически реализуют и перевод их собственных пространственно-временных метрик друг в друга. Это отличает их от преобразований Галилея, сохраняющих пространственно-временную метрику при таких переходах неизменной. Таким образом, инвариантность законов природы относительно преобразований Лоренца не означает, что явления, которые описываются ими, протекают одинаково в разных инерциальных системах (как считал Эйнштейн). Принцип относительности Пуанкаре-Лоренца осуществляется на основе подобия кинематических соотношений, а не их тождества (по Эйнштейну), поэтому различия в протекании физических процессов в разных системах отсчета не нарушает их равноправности. Субъекты равноправны, но воспринимают Реальность не тождественно. Можно сказать, что они «живут» в подобных мирах. Т.о., реальный процесс, рассматриваемый разными наблюдателями, описывается в рамках собственной модели, и эти модели связаны отношениями подобия, но не являются тождественными. (см. Пуанкаре А. Принцип относительности. М.: Атомиздат, 1973, с. 118-161).
2) Изотропность пространства экспериментально не доказывается, поскольку мы всегда измеряем среднюю скорость света (прямого + отраженного). Поэтому в движущейся системе мы можем считать, что скорость к зеркалу будет C-V, а обратно: C+V. Поэтому средняя скорость при любом V равна С, и аксиома о неизменности скорости света в этом случае не нужна. Поэтому утверждение о постоянстве скорости света в прямом и обратном направлении является предметом соглашения. Отсюда вытекает условность любого процесса синхронизации часов, разнесенных в пространстве, даже в пределах одной системы отсчета. Все это является прямым следствием запрета — невозможности определить абсолютное значение скорости инерциальной системы отсчета.

Вопрос отличный, но ответить на него можно только установив на мю-мезоне регистратор Земли

Кому: zaharov_av, #21

> Например, если (примерно с ваших слов) свет бежит по "рельсам"

Свет не бежит по рельсам. Света как такового вообще не существует.

Просто в одной точке пространства (назовём её источник) электрон в атоме перескочил с высокой орбиты на более низкую, потеряв при этом часть энергии. А через некоторое время в другой точке пространства (назовём её приёмник), электрон внезапно приобрёл энергию и перескочил на более высокую орбиту. Наблюдая этот процесс много раз, мы понимаем, что события эти связаны не случайно. Что время, проходящее между скачком электрона на источнике и на приёмнике равно расстоянию между ними, делённому на некоторую константу С. Также мы замечаем, что энергия, потерянная электроном источника равна энергии, приобретённой электроном приёмника.

Нам удобно объяснить данный эффект тем, что в источнике рождается и вылетает некая частица, которую мы называем фотон, летит по прямой со скоростью С до приёмника, а там исчезает и отдаёт всю свою энергию электрону. Если таких фотонов от источника к приёмнику летит много, нам удобно направление, вдоль которого они летят, назвать лучом света. И такая простая модель позволяет нам отказаться от электронов и фотонов для решения целого класса задач геометрической оптики, где мы можем рассматривать только лучи, которые чертятся по прямой от источника к приёмнику, отражаются по определённым законам от зеркал, и исчезают, попав в непрозрачную чёрную стенку. Точно так же, когда на пути наших воображаемых фотонов появляются полупрозрачные стенки и небольшие отверстия нам часто становится удобнее отказаться от концепции лучей или потоков фотонов и переменить концепцию волн, чтобы описывать наблюдаемые явления более простыми формулами.

Ну а на самом деле никаких летящих в пространстве фотонов, или, распространяющихся во все стороны электромагнитных волн, нет. Это лишь наши попытки удобно описать, почему электроны прыгают на одинаковые энергетические уровни синхронно. Впрочем "электрон" и "энергетический уровень" это тоже лишь наши попытки удобно описать некие наблюдения. И пространства с временем тоже нет. И фраза "на самом деле" на самом деле ругательная. Но нам очень приятно держаться за все эти мысленные костыли, чтобы не скатиться в откровенный солипсизм.

Кому: alex_chirtsov, #19

Спасибо. Запомню. Так услышал в разведопросе.
А мой ответ был не верен?

Кому: alex_chirtsov, #20

> Наверное еще про искривление пространства немного рановато...

С нетерпением буду ждать! Физики совсем не знаю, но про магнитные поля очень понравилось, там, действительно, есть загадка.

Про пространство это очень математический подход. Правда, насколько я знаю, в математике нет понятия пространства. То, о чем речь это скорей многообразие. Либо уже упомянутое ранее пространство Миньковского. Для геометрии важно уметь его описывать, например, знать группу движений, касательное пространство, локальную аффинность или проективность.

В качестве небольшого вброса: многие стороники эфира (который умеет пускать эфирные ветра) ссылаются на опыт Майкельсона и Морли, а также последующий опыт Миллера, который якобы нашел этот самый ветер. Возможно, вы захотите уделить этому немного времени.

Кому: alex_chirtsov, #20

> Мезон, уважаемый, мЕзон, а не "мИзон".

Догадался, в начале был неправ в примере с мезоном. Вспомнил про магнитные поля, как раз хотел вопрос задать на эту тему, и всё стало ясно. Мезон однозначно почувствует замедление времени - дело во взаимодействии с атмосферой, через это он почувствует скорость, с которой летит, а отсюда и замедление процессов внутри себя выраженное в увеличении времени его жизни.
А вопрос такой: создаст ли объект запущенный нами с некой скоростью в абсолютную пустоту магнитное поле, если считать, что абсолютная пустота - это пространство, где нет объектов для взаимодействия?
По-моему, секрет в этом - во взаимодействии объектов.

Кому: НЕ..РЫЧИ, #28

Не знаю, как вас ответить, поскольку весьма скоро окажется, что магнитного поля скорее нет вообще, чем оно есть :)

Кому: zaharov_av, #21
К сожалению физика - это не математика, где можно говорить про все последовательно, step-by-step. Так происходит из-за того, что физика пытается опиат реальный, а не выдуманный человеком (математический) мир. А реальный мир очень сложен. «Рельсы" для света - плохой образ. Я использовал это выражение лишь для того, чтобы притормозить высказывания типа "луч сета бежит" – луч света не «бежит», вдоль луча в некотором смысле кое-что «бежит». Далее Вы говорите о том, что «геометрия меняется»… Я, по-моему, ничего подобного пока не произносил. И, если и произнесу, то весьма нескоро…
Про свет на языке фотонов я рассказываю здесь:
https://www.youtube.com/playlist?list=PLqdhXM8ko4WEFhN5uw8lFnR1jM9MfZgzm ,

но для слушателей канала Гоблина, на мой взгляд, этот рассказ преждевременен…

Кому: alex_chirtsov, #30

Полагаю, что физика всё-таки пытается [описать]... мир.

Кому: Kalibr, #22

Мне кажется было бы лучше не приводи цитаты, вырванные из контекста, а выбрать какой-нибудь простой примерчик и на нем простенькой математикой на какой-либо конкретике продемонстрировать отсутствие тождественности явлений и преимущества употребления понятий «подобия». Ссылка, несомненно, придает солидности, но примеры увеличивают «понимаемость». Кстати, сами понятия тождественности и подобия требуют, на мой взгляд, пояснений.