История повествует о космическом пирате по имени Сильвер, который провёл несколько месяцев в одиночном заключении на небольшой орбитальной станции. Его камера представляла собой кубическое помещение со стороной всего два метра, с единственным иллюминатором, открывавшим вид на звёздное небо. Станция находилась вдали от планет и не вращалась, поэтому картина за окном оставалась неизменной. Системы жизнеобеспечения обеспечивали его всем необходимым, оставляя много времени для размышлений.
Наблюдая за небом, Сильвер заметил, что среди неподвижных звёзд некоторые светящиеся точки двигались — это были космические корабли. Его внимание привлекли две закономерности. Во-первых, скорость перемещения этих точек по стеклу иллюминатора никогда не превышала некоего предела, который он обозначил как Скорость С. Некоторые объекты двигались медленнее, а иные и вовсе казались неподвижными. Во-вторых, яркость этих «звёзд» менялась: быстрее всего — у тех, что не двигались, а у объектов, летящих со скоростью С, яркость оставалась постоянной.
На снимке изображён вид из камеры Сильвера, который стал для него целой вселенной для изучения.
Разгадка космической головоломки
От скуки Сильвер начал строить гипотезы, пытаясь вспомнить туманные объяснения своего друга Блокнота, данные на сложном бетельгейзийском научном жаргоне. Он отверг версию о разных крейсерских скоростях кораблей, так как в этом регионе космоса не действовали ограничивающие правила Хиггса. Статистика показала, что движение происходит равномерно во всех направлениях.
Тогда ему пришла в голову идея рассматривать иллюминатор как двумерную проекцию трёхмерного пространства.
Кстати, интересный факт: Космический аппарат «Кассини» обнаружил гигантские пыльные бури, бушующие на Титане.
Он предположил, что все корабли на галактической трассе движутся с одной и той же скоростью, но в разных направлениях. Те, что летят параллельно плоскости окна, проецируются на него с максимальной скоростью С. Корабли, движущиеся перпендикулярно (прямо на станцию или от неё), на стекле кажутся неподвижными, но их яркость меняется быстрее всего из-за быстрого изменения расстояния. Это элегантно объяснило оба наблюдаемых феномена.От окна к пространству-времени
Сильвер осознал, что изменение яркости можно использовать как своеобразные «часы». Для кораблей, движущихся под углом, эти «часы» тикают медленнее. Это навело его на мысль о более глубоком принципе: всё во Вселенной движется с постоянной скоростью в четырёхмерном пространстве-времени. Если объект неподвижен в пространстве, вся его «скорость» направлена во времени, и время для него течёт максимально быстро. Чем быстрее объект движется в пространстве, тем медленнее для него идёт время — его «вектор скорости» как бы поворачивается из временнóй оси в пространственные.
Он размышлял, что, командуя кораблями, мог бы «ускорять» или «замедлять» точки на своём окне, меняя их курс. Однако разогнать точку быстрее скорости С было бы невозможно, а при достижении этой скорости яркость (а значит, и его модельное «время») перестала бы меняться вовсе.
Комментарий старого Блокнота: границы аналогии
Двумерная модель окна, придуманная Сильвером, — это блестящая аналогия для понимания основ теории относительности, но у неё есть свои ограничения.
Во-первых, в этой модели не соблюдается принцип относительности. У Сильвера нет возможности сверить свои «часы» (яркость) с реальными часами на борту кораблей. Для полной аналогии все наблюдатели должны использовать для отсчёта времени яркость объектов, неподвижных относительно их собственного окна.
Во-вторых, не выполняется ключевой постулат о постоянстве скорости света во всех системах отсчёта. В модели Сильвера существует лишь одна привилегированная система отсчёта — его собственная.
В-третьих, геометрия в его модели евклидова, а не та, что описывается метрикой пространства-времени в специальной теории относительности. Поэтому на основе этой аналогии нельзя сделать все выводы релятивистской физики.
Дополнительные материалы
Оглавление рубрики
Путеводитель по каналу
Для дальнейшего чтения: Новости науки и техники.
Источник: Как космический пират Сильвер сидел на космической станции.