Физики утверждают, что скорость света — это максимальная скорость, а космологи — что нет. Кто-то врет, или есть более общая теория, которая их примиряет?

Ответить
Ответить
Комментировать
2
Подписаться
4
1 ответ
Поделиться

Это описывает общая теория относительности. Космологи (а также астрофизики), конечно, тоже физики =) Но от всех остальных они отличаются тем, что постоянно работают в общей теории относительности, которая и описывает то самое сверхсветовое движение. Остальным обычно хватает более узкой специальной (нем. spezielle — частная) теории относительности, которая не описывает гравитации, и поэтому там сверхсветового движения нет.

Что запрещает специальная теория относительности? Движение материальных объектов со скоростью больше скорости света. Тут все слова важны:

Движение материальных объектов — при этом, скажем, расстояние между двумя объектами в системе третьего может увеличиваться быстрее скорости света. В специальной теории относительности такая скорость не равна скорости одного из объектов в системе отсчёта другого. (Первая получается простым сложением, как и положено геометрически, а вторая — по релятивистской «формуле сложения скоростей».)

Движение материальных объектов — при этом, например, тень или солнечный зайчик могут двигаться быстрее скорости света, как это и предписывает геометрическая оптика.

[Комар на Земле движется со скоростью 5 мм/сек — тень комара на Луне движется со скоростью 12.7 км/сек.] Иллюстрация: Prof Gregory J Gbur / skullsinthestars.com

Другое дело, что свет распространяется не мгновенно, и поэтому положение тени будет соответствовать чуть более раннему положению объекта.

Есть ещё запрет на передачу информации быстрее скорости света, но нам он сейчас не нужен.

Что к этому добавляет общая теория относительности? Расширение Вселенной. Запрет на сверхсветовое движение, который мы только что разобрали, по-прежнему выполняется — но только в малом.

Что это значит? Представьте себе, что вы муравей и живёте на воздушном шарике. У вас есть муравьиный дом, муравьиная работа и максимальная муравьиная скорость. Если вы идёте с работы домой, то ваше расстояние от работы не может увеличиваться быстрее, чем ваша максимальная скорость.

А теперь представьте, что шарик начали надувать. Тогда вы можете даже стоять, а расстояние до работы всё равно будет увеличиваться; а уж если пойти, то оно может увеличиваться даже быстрее вашей максимальной скорости. Правда, если шарик надувают совсем быстро, то и до дома вы не дойдёте, как бы ни бежали.

Почти буквально то же самое происходит при расширении Вселенной, только максимальная скорость ограничена не вами, а физическими законами, на месте двумерной поверхности шарика оказывается наше трёхмерное пространство, и у нас нет возможности посмотреть на происходящее снаружи (может, никакого «снаружи» и нет).

Мечты об окончательной теории. То, что всех примиряет общая теория относительности, на самом деле не совсем правда. Заметная часть физиков работает не с классическими объектами (как в моём описании), а с квантовыми. Их можно поселить в общую теорию относительности, но в таком гибриде ужа с ежом будут логические противоречия — их не видно во всех реальных физических экспериментах, но чтобы их исправить, нужно саму гравитацию описать квантовым образом, а этого мы не умеем. (Если бы эти противоречия было видно, построить квантовую теорию гравитации было бы гораздо проще!)

14
0
Прокомментировать
Ответить