Вопрос к астрофизикам
Кто разбирается в этом, объясните пожалуйста:
1) Если в первые мгновения вселенной плотность вещества/энергии была настолько чудовищной, что вмещала всю массу вселенной, то почему сразу же не образовалась одна единственная черная дыра, которая вмещает всю материю и энергию вселенной?
2) Если скорость расширения пространства будет (в начале вселенной или при большом разрыве) на планковских длинах будет выше скорости света, то разорвет ли черную дыру? Если не разорвет, то почему в пункте 1 моего списка это не сработало и не образовалась единая черная дыра несмотря на расширение пространства?
3) Отдельный вопрос - первые мгновения вселенной скорость расширения пространства на планковских расстояниях была выше скорости света, так? Если да, то в какой момент она упала ниже скорости света (на тех же планковских расстояниях)?
Ответ на пост «Эйнштейн»
Шутки-шутками, но я так от штрафа отмазался. У копа на радаре было 78 (миль в час) при ограничении 65. Я нарисовал диаграмму как я перестраивался обходя медленный трак в правой полосе и чтобы не подрезать машину, идущую с 65 пришлось ускориться. Синус/косинус - судья и коп потаращились и я ушел чистым. Геометрия наше все (в США :)
Дело было с мной можно тэг?
Причуды математики Эйнштейна (Veritasium feat. ScienceClic)
В одном из решений уравнений Эйнштейна для гравитационного поля есть место и для чёрных дыр, и для белых дыр и даже параллельной Вселенной. Но это чисто математически, а так ли уж возможны белые дыры и параллельные Вселенные?
Смотреть в вк.
Самое понятное объяснение парадокса близнецов
В комментариях к моей предыдущей статье и в комментариях к ролику было много вопросов и некорректных замечаний по поводу парадокса близнецов. Как оказалось, мое объяснение оказалось не настолько понятным, как я надеялся, поэтому в этой статье я решил максимально наглядно, подробно и последовательно объяснить парадокс близнецов и ответить на некоторые другие вопросы.
Для иллюстраций и анимаций я написал интерактивный браузерный визуализатор, где можно двигать ползунки, менять режимы и наблюдать за преобразованиями Лоренца.
Кратко напомню суть парадокса
Берем двух близнецов, сажаем их на маленькую легкую планету (легкую, чтобы не учитывать влияние гравитации), одного оставляем неподвижным, а второго запускаем на ракете полетать и вернуться обратно. При их встрече оказывается, что летавший близнец постарел меньше, чем неподвижный.
Парадокс заключается в том, что неочевидно почему именно у летавшего время текло медленнее. Ведь, вроде бы, ситуация симметричная: в системе отсчета летавшего это планета с неподвижным близнецом полетала и вернулась, и это у них должно было натикать меньше времени.
Парадокс близнецов очень важен, т.к. это самый наглядный способ увидеть, что релятивистский эффект замедления времени не просто математический артефакт специальной теории относительности или иллюзия, а вполне реальное физическое явление.
Попросим бегущего кота пробежать вправо со скоростью 75% скорости света, потом развернуться и прибежать с той же скоростью назад.
Вот визуализация на диаграмме (по вертикали ось времени, по горизонтали - пространства):
На ней видно, что у бегущего кота натикало меньше времени, чем у неподвижного, но непонятно почему.
Чтобы понять что происходит с каждым из близнецов, нужно посмотреть на ситуацию от лица каждого из них.
Напомню, что в специальной теории относительности при изменении скорости наблюдателя, точки на диаграмме сдвигаются не только вдоль оси пространства, но еще и вдоль оси времени. Отсюда неизбежно вытекают все релятивистские эффекты (замедление времени, сокращения длин, относительность одновременности).
Слева классическое преобразование Галилея, справа - преобразование Лоренца, которое пришло ему на смену. Желтые прямые иллюстрируют скорость света в обоих направлениях.
Подробнее о том, почему так происходит, я рассказывал в предыдущей статье и видео.
Если коротко, то все дело в том, что, согласно экспериментам, один и тот же "пучок" света летит со скоростью 299 792 458 м/с относительно любого наблюдателя. Независимо от того, как быстро и в каком направлении этот наблюдатель движется относительно источника этого света. Иначе говоря, как бы быстро ты ни двигался, свет все равно улетает от тебя со скоростью света.
Этот факт противоречит привычному преобразованию Галилея:
Допустим, мы бежим на коте с огромной скоростью (30% скорости света). Затем мы с поверхности этого кота выбегаем на еще одном коте с такой же скоростью относительно первого кота. Потом делаем так же еще три раза.
В привычном Галилеевском мире получается, что расстояния между котами в каждый момент времени одинаковы, а от первого мы удаляемся быстрее, чем со скоростью света (тут скорость света показана бордовым).
Чтобы примирить факт постоянства скорости света с физикой, пришлось изменить преобразования Галилея (где при изменении скорости наблюдателя, точки на диаграмме смещаются горизонтально) и превратить их в преобразования Лоренца (где точки сдвигаются еще и во времени, ассимптотически приближаясь к линии скорости света). Кстати, математически это является вращением в 4-хмерном пространстве-времени с метрикой Минковского.
Обратите внимание на синие и красные отрезки. В Галилеевском варианте сохраняются их длины, которые считаются как(по теореме Пифагора), а в Лоренцевом - сохраняется интервал, который считается как (метрика Минковского).
Можно сколько угодно раз делать трюк с котом, но первый кот никогда не достигнет бордовой линии. Его линия будет лишь ассимптотически к ней приближаться и растягиваться. Сам свет, при этом, летит со скоростью света относительно любого из котов.
Итак, вернемся к парадоксу близнецов
Представим, что один близнец сидит на Земле, а второго мы попросили слетать в соседнюю галактику и вернуться. Пускай галактика находится на таком расстоянии, чтобы по часам подвижного близнеца на всё путешествие ушло 8 секунд.
Начнем с неподвижного близнеца на Земле:
Тут все просто. Мы ждем 8 секунд и ничего не происходит.
Теперь рассмотрим ситуацию от лица движущегося близнеца.
1) Сначала мы быстро набираем скорость (ускоряемся очень быстро, поэтому мы еще не успели пролететь значимое расстояние).
Видно, что время на галактике сместилось в будущее на 6 с лишним секунд. Но мы этого сразу не заметим, ведь это смещение времени увеличивается постепенно вдоль оси от нас к галактике.
График набега времени:
А еще расстояние до галактики уменьшилось (до ускорения между Землей и галактикой было 7 клеток, а стало ~3.5) и ход времени в галактике для нас замедлился (вертикальное расстояние между соседними изображениями галактики стало больше).
В этот момент летящему близнецу недоступна информация о том, что время на галактике сместилось в будущее и что расстояние уменьшилось. Ведь он видит только то, что непосредственно достигло его глаз.
Чтобы не было сомнений, что все по честному, все сдвиги точек на диаграмме происходят только по формулам преобразований Лоренца (это можно проверить по исходникам визуализатора).
Итак, скорость набрана. Теперь летим с этой скоростью пока не достигнем галактики. На это уйдет 4 секунды (для этого я добавил в визуализатор ползунок "Wait"):
Пока мы летели мы собирали этот ускоренный и сжатый свет от галактики и по ходу движения наблюдали ее эволюцию в быстрой перемотке. В итоге, в точке назначения мы видим, что по нашим часа прошло 4 секунды, а на галактике - 8.
Важный момент: Мы летим к галактике, поэтому ее время для нас замедлено. Но глазами мы видим ее наоборот ускоренной, потому что собираем испущенный от нее сплющенный свет. Иначе говоря, расстояние до галактики скукожилось сильнее, чем замедлилось ее время.
Теперь осталось развернуться, с такой же скоростью полететь обратно на Землю:
И остановиться:
Что мы в итоге видим? Пока подвижный близнец бегал 8 секунд, у неподвижного прошло 16.
Когда подвижный близнец летит без ускорений, ситуация симметричная. Каждый из них считает, что время замедлено у другого. Но именно во время ускорений подвижного близнеца "съедается" время неподвижного, что можно видеть на анимациях.
Итог: Парадокс близнецов разрешен тем, что ускорение одного из котов вносит асимметрию в систему и приводит разнице их возраста. Этот эффект действительно существует, он измерен экспериментально и явно следует из преобразований Лоренца, как и все остальные релятивистские эффекты специальной теории относительности.
Нужна ли общая теория относительности для объяснения парадокса близнецов?
Нет, ОТО нужна там, где нужно учитывать гравитацию. В нашем случае в этом нет необходимости.
Спасибо за внимание!
Логический парадокс времени: почему его может не существовать
Время — неуловимая река, уносящая нас сквозь череду событий. Мы воспринимаем его течение как нечто само собой разумеющееся, но что, если наше представление о времени — всего лишь иллюзия? Эта интригующая идея, рожденная на стыке философии и современной физики, будоражит умы ученых и мыслителей уже более века.
Эйнштейновская революция и статичная Вселенная
Теория относительности Эйнштейна, перевернувшая наши представления о пространстве и времени, рисует картину Вселенной как четырехмерного блока, где прошлое, настоящее и будущее существуют одновременно. В этой статичной картине мира нет выделенного «сейчас», а события не следуют друг за другом в линейной последовательности. То, что для одного наблюдателя является будущим, для другого — уже свершившееся прошлое.
Квантовая механика и стрела времени
Однако в квантовой механике, описывающей микромир, время играет принципиально иную роль. Здесь оно связано с изменением, с ростом энтропии — меры беспорядка в системе. Процессы в квантовом мире необратимы, и стрела времени указывает направление от прошлого к будущему.
Философский лабиринт: в поисках логики времени
В начале XX века английский философ Дж. М. Э. Мак-Таггарт попытался разгадать загадку времени, используя только логику. Он предложил два способа описания временной последовательности событий: «В-серию» и «А-серию».
В-серия: события располагаются в линейном порядке «раньше-позже», образуя статичную картину, лишенную изменений. Но время немыслимо без изменений, поэтому В-серия не может адекватно отразить его сущность.
А-серия: события распределяются по трем категориям: прошлое, настоящее и будущее. Карточки с событиями перемещаются из будущего в настоящее, а затем в прошлое. Однако для выполнения такого расположения уже необходимо существовать во времени, что создает логический парадокс.
Таким образом, ни В-серия, ни А-серия не могут удовлетворительно описать время, что, по мнению Мак-Таггарта, свидетельствует о его иллюзорности.
Современные подходы: попытки осмысления
Современные философы продолжают искать выход из этого лабиринта. «А-теоретики» стремятся переосмыслить А-серию, избегая логических противоречий. «В-теоретики» утверждают, что Мак-Таггарт ошибался, требуя от В-серии изменений, и статичная картина мира вполне допустима. «С-теоретики» идут еще дальше, предполагая, что время лишено направленности, а события можно расположить в любом порядке.
Время покажет?
Пока нет единого ответа на вопрос о природе времени. Возможно, нам потребуется выйти за рамки привычных представлений и найти совершенно новые способы его описания. Но одно остается несомненным: размышления о времени, начатые более века назад, продолжают вдохновлять нас на поиски глубинных тайн Вселенной и нашего места в ней.
Ответ на пост «О практической осуществимости полетов к звездам»
Про замедление времени. Просто факты.
1) Замедление времени на корабле - не кажущееся, как думают некоторые. Если мы попросим космонавта каждую минуту стрелять в нас, сидящих на Земле, лазером, учтём расстояние до корабля и скорость света (т.е. время, пока луч лазера до нас летит), то между вспышками у нас будет проходить больше минуты. Т.е мы учли все эффекты, включая эффект Доплера и время полёта луча до нас, но всё равно между вспышками (теми моментами, в которые луч был выпущен по нашем мнению) будет больше минуты по нашим же часам. Т.е. всё выглядит так, как если бы часы на корабле тикали медленнее. Потому и говорят: часы в движущихся системах идут медленнее и "как бы" здесь скорее лишнее.
2) Пока на корабле выключен двигатель, мы видим, что время на корабле замедлилось, а космонавт "тормозит". Космонавт же видит обратное: с его точки зрения, не он тормозит, а тормозят земляне. Это хоть и выглядит парадоксом, но противоречием не является, т.к. системы отсчёта в данном случае равноправны, каждый видит, что тормозит кто-то другой [Всё как в жизни :)]
3) Жёсткий рассинхрон часов (благодаря которому и возможен парадокс близнецов) происходит тогда, когда корабль ускоряется или замедляется (системы перестают быть равноправными). Для правильных расчётов здесь уже нельзя использовать простые формулы из специальной теории относительности, а нужно применять общую теорию относительности. Если грубо, то часы, которые ускорялись/замедлялись начнут уже очень явно отставать от наших. Поэтому космонавт, полетавший при перегрузках (далеко от нас, расстояние важно), прилетит более молодым, чем его брат-близнец на Земле.