Makaleara.com

Sahne ayarı

Uyanıyorsunuz ve zihniniz temizleniyor. Evet, Hyperion yıldızlararası kargo gemisinde, galaktik girdaptan gelen maddeye karşı madene doğru ilerliyorsunuz. Otomatik sistemler sizi duraklatılmış animasyondan geri döndürdü. Göreviniz geminin periyodik bakımını yapmaktır.

Hazırda bekletme kameranızdan çıktıktan sonra sistemin durumunu artırırsınız. Tüm sistemler nominal olarak okunur, sorun yoktur. Bu iyi. Geminiz 30 kilometre uzanıyor. Sadece rutin bakım yapmak zihni ve bedeni tüketir; Ekstra çalışmaya ihtiyacınız yok.

Yük gemisinin görevini düşünüyorsun. Hyperion ve üç ilgili gemisi sendeleyerek sinek karşıtı formda enerji toplar. Her yolculuk bir milyon terawatt saat toplar ve bu da yıl boyunca güneş sisteminde 35 milyar insanı ve akıllı robotları desteklemek için yeterlidir.

Tarayıcı ekranına baktığınızda, uçuşun ortasında yaklaşık bir saat içinde bir uzay şamandıra görüyorsunuz. İstasyon, kenarına 30 kilometre uzaklıkta bir meydanda düzenlenmiş dört şamandıra içeriyor. Bir dizi on bir istasyon, Dünya’dan iki yıllık yolculuğu sırasında geminizi rotasında tutar.

Geminin hızını şamandıralara göre kontrol edersiniz – ışık hızının yaklaşık yüzde 50’si, ancak sabit, yani hızlanma veya yavaşlama olmadan. Bu mantıklıdır – uçuşun ortasında, kargo gemisi hızlanma ve yavaşlama arasında bir geçiş aşamasına girdi.

İzafiyet teorisi

Kasıtlı çalışma veya genel medyada yer almasından dolayı, muhtemelen Albert Einstein’ın başyapıtı olan Görelilik Teorisi’ni duymuşsunuzdur. Einstein teorisini iki aşamada inşa etti. Birincisi, “Özel Görelilik Teorisi”, hızlanmayan referans sistemlerini ve ikincisi “Genel Görelilik Teorisi”, hızlanma ve yerçekimi sistemlerini ele aldı.

Özel görelilik teorisi bize ünlü ikinci dereceden E = MC denklemini verdi ve ışığın hızına yaklaşan nesnelerin fiziğini kapsıyor. Genel görelilik teorisi, karadeliklerin ortaya çıkma olasılığını ortaya çıkarmaya yardımcı olmuştur ve yerçekimi alanlarındaki veya hızlanma altındaki nesnelerin fiziğini sağlar.

Burada varsayımsal Hyperion gemimizi kullanarak Özel Göreliliği keşfediyoruz. Işığın hızının önemli bir oranı olan yük gemisinin hızı, özel görelilik kullandığımızı gösterir. Örneğin uçaklar ve arabalar için günlük hızlarda hareket yasalarına dayanan hesaplamalar yanlış sonuç verir.

Önemli olan, yük gemimizin hızlanmaması ve yavaşlamamasıdır ve gelecekte uzaya oldukça derin bir şekilde ilerlemiştir, bu nedenle yerçekimi önemsiz hale gelmiştir. Bu nedenle, genel görelilik kuramı ile ilgili hususlar buraya dahil edilmemiştir.

Dalgalar ve vakum içinde ışık

Özel görelilik kuramı, tüm gözlemcilerin, hareketlerinden bağımsız olarak, ışığın hızını eşit olarak ölçeceği temel ve temel ifadeyle başlar. Saatte yüz kilometre, saatte milyon kilometre veya saatte milyar kilometre hızında hareket eden tüm gözlemciler, ışık hızını saatte 1,08 milyar kilometre olarak ölçecek.

Uyarı, gözlemcinin hızlanmayacağı ve güçlü bir yerçekimi alanı altında olmayacağıdır.

Bu uyarı ile bile, neden böyle? Gözlemcinin hızı neden ölçülen ışık hızını etkilemiyor? İki kişi, biri hareketli bir mermi treninde diğeri yerde duran bir beyzbol topu atarsa, mermi trenini hareket ettirmek topun hızını artırır.

Peki bir uzay gemisinin hızı ışık hızını artırmamalı mı? Sen de öyle düşünürdün. Ancak beyzbol topları aksine gözlemcinin hızı ne olursa olsun ışık hızı sabit kalır.

Neden?

Dalgaları düşünelim. Ses dalgaları, su dalgaları, bir keman dizisindeki dalgalar veya katı dünyadan geçen şok dalgaları olsun, çoğu dalga, ortamdaki hareketten oluşur. Ses dalgaları hareketli hava moleküllerinden oluşur, su dalgaları hareketli su paketlerinden oluşur, bir teldeki dalgalar tel hareketinden oluşur ve şok dalgaları taş ve topraktaki titreşimlerden oluşur.

Mutlak kontrastın aksine, ışık dalgaları altta yatan herhangi bir alt tabakanın hareketinden oluşmaz. Kolay seyahat için herhangi bir destekleyici iletim ortamına ihtiyaç yoktur.

Temel fark budur.

Yıldızlararası bir kargo gemisi bağlamında düşünelim. Duraklatılmış animasyondan yükseliyorsunuz. Hızlanma durdu. Bu durumda, yakınlarda şamandıra yoktur.

Hareket ettiğini nereden biliyorsun? Genel olarak hareketi nasıl tanımlıyorsunuz? Derin bir alanda yaşadığınız ve şamandıralardan uzak olduğunuz için, hızınızı ölçebileceğiniz yakınlarda hiçbir nesne yoktur. Ve vakum bir kılavuz sağlamaz.

Einstein ve diğerleri bunu düşündüler. Maxwell’in elektromanyetizma yasalarına, ilk prensibe dayanan, bir boşluktaki ışığın hızını belirleyen yasalara sahiptiler. Şimdi, bir fiziksel nesnenin hızını ölçmek için bir boşlukta referans noktası yoksa, herhangi bir (hızlanmayan) hareket ayrıcalıklı bir hareket olabilir mi? Gözlemcinin “gerçek” ışık hızını aldığı özel bir hareket (veya hız) olurken, farklı bir hızda hareket eden başka bir gözlemci bu gözlemcinin hareketinden etkilenen ışık hızını alacaktır.

Fizikçiler, özellikle Einstein, hayır. Ayrıcalıklı bir referans çerçevesi varsa, ayrıcalıksız hıza sahip gözlemciler ışığın Maxwell yasalarını ihlal ettiğini görecektir. Maxwell yasaları o kadar sağlam görünüyordu ki fizikçiler bu yasaları değiştirmek yerine yeni bir varsayım ortaya koydu – göreceli hız ışığın hızını değiştiremez.

Ahh, diyorsun. Hyperion’un hareket edip etmediğini belirlemenin bir yolunu görüyorsunuz. Hızını şamandıralarla karşılaştırın; hareketsizler, değil mi? Gerçekten mi? Galaksimizin merkezine göre hareket etmeyecekler mi? Galaksimiz diğer galaksilere göre hareket etmiyor mu?

Peki burada kim veya ne hareket etmiyor? Aslında, tüm evrene bakarsak, nesnelerin sahip olduğu “gerçek” hızları, sadece diğer nesnelere göre hızlarını söyleyemeyiz.

Hiçbir kontrol noktası sabit bir çerçeve sağlamazsa ve yalnızca göreceli hızı, Maxwell yasalarını ve gerçekten de evrenin doğasını belirleyebilirsek, tüm gözlemcilere ışığı aynı hızda ölçme talimatı verin.

Zaman azaltma

Işık hızı sabit kalırsa ne değiştirilebilir? Ve bir şeyler değişmeli. Size göre ışık hızına yakın bir hızda hareket edersem (hatırlayın, hızı birbirine göre iletişim kurabiliyoruz; mutlak hızı evrensel olarak sabit bir referanstan ayırt edemeyiz) ve kullanım durumlarından biri olan aynı ışık momentumunu ölçeriz hafif bir nabız yakalamaya çalışıyor olabilir.

Yani boyuttaki bazı boyutlar mevcut olmalıdır.

Yük gemimize geri dönelim. Hyperion’un şamandıralara göre sağdan sola hareket ettiğini düşünün. Daha önce de belirtildiği gibi, şamandıralar her iki tarafta da 30 kilometrelik bir kare oluşturur (şamandıralara göre istirahatte ölçülür).

Hyperion şamandıra konfigürasyonuna girdiğinde, ön ucu iki sağ şamandıra arasında hayali bir çizgi keser. Bu hayali çizgiye dik açılarda girer, ancak merkezden önemli ölçüde, bir sağ şamandıradan sadece birkaç yüz metre, başka bir sağ şamandıradan yaklaşık 30 kilometre.

Yükleyicinin önü çizgiyi geçtiği anda, sağ sağ şamandıra doğrudan yük gemisinin önünden, sağ 30 kilometre uzaklıktaki ikinci sağ şamandıraya bir ışık darbesi gönderir.

Işık söner, ikinci sağ şamandıraya vurur ve ilk sağ şamandıraya 60 km sıçrar. Işığın saniyede 300 bin kilometre yuvarlama veya mikrosaniye başına 0,3 kilometre (saniyenin milyonda biri) ile seyahat ettiği göz önüne alındığında, her iki uçta bir ışık darbesinin geçişi 200 mikrosaniye sürer. Bu, 60 kilometrelik bir gidiş-dönüşün mikrosaniye başına 0,3 kilometreye bölünmesinin sonucudur.

Bu hesaplama şamandıra üzerinde duran bir gözlemci için çalışır. Bu Hyperion’da sizin için geçerli değildir. Neden? Işık ikinci sağ şamandıraya gidip geldiğinde Hyperion hareket eder. Aslında, Hyperion’un şamandıralara göre hızı öyle ki önce ışık darbesi geri döndüğünde yük gemisi ilk sağ şamandıraya gelir.

Hangi bakış açısından, yük gemisinde, ışık ne kadar ileri gitti? İlk başta ışığın bir üçgen boyunca, geminin önünden ikinci sağ şamandıraya ve geminin arkasına geçtiğini anlıyoruz. Üçgen ne kadar büyük? En sağ şamandıralar ilk sağ şamandıradan 30 kilometre uzaklıktadır, bu nedenle üçgen 30 kilometre yüksekliğinde, yani ikinci sağ şamandıra kadar uzanır. Üçgenin tabanı da 30 kilometre uzanır – geminin uzunluğu. Yine, bir ışık yolculuğunu hayal edelim. Hyperion’un referans çerçevesinde ışık geçer ön gemi, ikinci sağ şamandıra düşüyor ve önce yük gemisi.

Bazı geometri (Pisagor teorisi) tabanda 30 yüksek ve 30’luk bir üçgenin eğimli kenarların her biri boyunca 33.5 boyutlara sahip olacağını göstermektedir. Bunu, üçgeni merkeze bölerek, 15 ila 30 arası iki sağ üçgen vererek elde ederiz. Kare, daha sonra 15 ve 30’u toplayarak 1125’i verir ve bunun kare kökü 33.5 verir.

Sonra referans çerçevemizde ışık 67 kilometreyi, yani üçgenin her iki tarafını da dolaşıyor. Mikrosaniye başına 0,3 kilometre hızla, 223 mikrosaniyenin biraz üzerinde bir ışık atımının hareket süresini ölçeriz.

Unutmayın, gözlemcimiz şamandıra üzerinde dururken, 200 mikrosaniyelik bir seyahat süresi ölçtü.

Bu, boyutlardaki ilk dönüşü gösterir. Tüm gözlemciler için sabit bir ışık hızı sağlamak için, birbirine göre hareket eden saatler ölçülecek, aynı olayı ölçmelidir, bu da farklı bir zaman alır. Özellikle, Hyperion’da bizim için şamandıralardaki saatler hareket ediyor ve bu saatler daha az zaman ölçüyor. Böylece, saat sabit saate göre hareket ederek daha yavaş ilerler.

Yine, bu bir bükülme. Bir saat, gözlemcinin işaretine göre, o gözlemciye göre duran bir saatten daha yavaş hareket eder.

Ama bekle. Şamandıradaki bir gözlemciye ne dersin? Hareketsiz olduklarını söylemezler mi? Sonuçlanacaklar sabit saat yavaş ilerliyor.

İnce bir farkımız var. Bekleme halindeki saati bize göre senkronize edebiliriz. Böylece, ışık demetinin geçiş zamanının 223 mikrosaniyesini ölçmek için biri Hyperion’un arkasında ve diğeri önde olmak üzere iki saat kullanabiliriz. Senkronize edemiyoruz veya hareketli bir saatin senkronize olduğunu varsayamıyoruz. Bu nedenle, sabit referans çerçevelerinin hareketli ayetlerindeki ışığın seyahat süresini karşılaştırmak için, aynı saat ile hareketli bir referans çerçevesindeki olayı ölçmeliyiz.

Ve şamandıradaki gözlemcilere, Hyperion taşındı ve Hyperion’da, olay iki farklı saatte ölçüldü. Bu göz önüne alındığında, şamandıralardaki gözlemci iki ölçümümüzü hangi saatin daha yavaş ilerlediğine karar vermek için kullanamaz.

Saati ayırın

Saat frekanslarının bu bağışıklığı, saatin bize göre hareket ettiği, daha yavaş çalıştığı, ikinci bir dönüş yarattığı bir fenomendir: bize göre hareket eden saat zamanımızdan kopar.

Bunu halledelim.

Hyperion kargo uçuşunu tamamlar ve eve güneş sistemine döndüğünde gemi motor güncellemelerine tabi tutulur. Artık uçuştaki ışık hızının üçte ikisine ulaşabilir. Bu yüksek hız, ölçülen zamanlardaki farklılıkları daha da genişletir. Yukarıdaki örneğimizde, ışık hızının yaklaşık yarısında, hareketli bir referans çerçevesi, olayı ölçümümüzün% 89’unda (200 ila 223) ölçtü. Işık hızının üçte ikisi, bu bir yavaşlama, bu zamanın yavaşlaması,% 75’e yükseliyor. Hareketli bir saatte ölçülen 200 mikrosaniye süren bir olay, bir kargo gemisinde yanımızda bulunan saatte 267 mikrosaniye ölçecektir.

Uçuşun ortasına ulaşıyoruz. Doğru şamandırayı geçerek saatini okuduk. Karşılaştırma kolaylığı için, saatler, dakikalar ve saniyelerle değil, elin mikrosaniye saatindeki konumuyla ilgileneceğiz.

Hyperion’un önü şamandırayı geçtiğinde, şamandıradaki saat sıfıra 56 mikrosaniye gösterir. 75 mikrosaniye sıfıra okuyor. Böylece, şimdi şiddet içeren saatler biraz önümüzde.

Şimdi hatırlayın, hareket ettiğimizi düşünüyoruz. Ancak, bizim bakış açımızdan, şiddetli saat bize göre hareket ederken, kargo gemimizdeki saat bize göre hareketsiz duruyor. Bu nedenle, şiddetli bir saat hareketli bir saattir ve bu nedenle daha yavaş çalışan bir saattir.

Hyperion’un şamandıraya göre ışık hızının üçte ikisinde olmasıyla, şamandıra bizi mikrosaniye başına 0.2 kilometre hızla (mikrosaniye başına 0.3 kilometre hız) geçirir. Böylece, saatlerimiz sayesinde şamandıra kargo gemisinin önünden orta miktara 75 mikrosaniyede (15 kilometre bölünmüş mikrosaniyede 0,2 kilometreye) geçer. Yük saatleri senkronize edilir (karmaşık bir işlemdir, ancak yapılabilir) ve bu nedenle saatimizde sıfır mikrosaniyede bir mikrosaniye eli görüyoruz.

Şamandırada ne görüyoruz? Saatlerin daha yavaş olduğunu biliyoruz. Ne kadar yavaş? Karekökün beta katsayısı ile (bir eksi hız karesi). Bu beta faktörü doğrudan yukarıda verilen Pisagor matematiğinden düşmüştür, ancak bu makalenin ayrıntıları kritik değildir. Sadece anahtar nitelikleri hatırlayın, yani hareketli bir saat daha yavaştır ve ne kadar yavaş olduğunu hesaplamak için (nispeten) basit Pisagor teoremiyle ilişkili bir denklem vardır.

Işık hızının üçte ikisi için beta faktörü yaklaşık% 75’tir. Böylece, şamandıra önden ortaya doğru hareket ettiğinde saatimiz 75 mikrosaniye hareket ederse, şamandıra saati 75 veya 56 mikrosaniyenin% 75’ini geliştirdi. Şamandıra saati, saat Hyperion’un önünden geçtiğinde sıfıra 56 mikrosaniye gösterdi, bu yüzden şimdi sıfır gösteriyor.

Şamandıra şimdi daha uzağa gidiyor ve Hyperion’un arkasından geçiyor. Bu da 15 kilometre daha. Saatlerimiz 75 mikrosaniyeye yükselirken, şiddetli bir saat sadece 56 mikrosaniyeye kadar hareket eder.

Bu ilerleme önemli bir fenomeni ortaya çıkarır – saatin hareketi sadece yavaşlamakla kalmaz, bu saat farklı zamanlarda okunur. Bazı noktalarda, bu hareketli saatler önümüzdeki saatten daha erken zaman okur ve bazen önümüzdeki saatten daha sonra zaman okurlar.

Bu nedenle, hareketli nesneleri geçmişimiz veya geleceğimiz olarak gördüğümüz şeyde görüyoruz. Çok ürkütücü

Gelecek için herhangi bir vizyonumuz var mı? Bir şekilde hareketli bir referans çerçevesi hakkında bilgi toplayabilir ve onlara ne olacağını açıklayabilir miyiz? Yoksa bizi aydınlatıyorlar mı?

Hayır. Geleceğimizde şamandırayı görebiliriz (şamandıra Hyperion’un önünden geçtiğinde, saati 56 mikrosaniye sıfıra veya 19 mikrosaniyeyi saatimizden önce gösterir). Ancak, biz de aynı zamanda Şimdiki şamandıraya, yani sıfıra 75 mikrosaniye bakın. Zamanı aldatmak, şamandırayı geleceği hakkında anlatmak için, bir andan itibaren bilgi almalı ve bu bilgiyi başka bir ana aktarmalıyız.

Ve bu asla olmaz. Şamandırayı geleceğimizde, sonra şimdimizde ve sonra geçmişimizde görüyoruz, ancak bu olduğunda, şamandırayı başka bir noktada görmüyoruz. Bu nedenle, gelecekteki bilgileri şamandıraya aktaramayız.

Uzunluk azaltma

Hızlı bir şekilde stok alalım. Doğa yasaları, hareketten bağımsız olarak tüm gözlemcilerin ışığı aynı hızda ölçmesini gerektirir. Bu dikte, gözlemciye göre hareket eden saatin daha yavaş işlediğini ima eder ve gerektirir ve ayrıca hareket eden saat üzerindeki zaman kaydının önümüzdeki sabit saat üzerindeki zaman kaydından kesileceğini varsayar.

Daha fazla sonucumuz var mı? Evet.

Işık hızının sabit olması, hareketli nesnelerin uzunluğunun azaltılmasını gerektirir ve belirler.

Şamandıraların hızı belli bir noktada olduğundan, Hyperion şamandıralarla hizalanmalıdır. 30 kilometrelik uzunluğumuz şamandıralar arasındaki 30 kilometrelik mesafeye eşittir. Böylece, gemimiz şamandıraların yanına hizalandığında, Hyperion’un önündeki ve arkasındaki gözlemciler zorunluluk şamandıraları gör

Ancak bu gerçekleşmez. Hyperion’daki gözlemcilerimiz, Hyperion’un orta noktası şamandıralar arasındaki orta nokta ile çakıştığında şamandıralar görmezler. Aslında, bu hizalama ile Hyperion gözlemcileri şamandıraları görmek için gemiye bakmalıdır. Hyperion gemisinin ortasını şamandıralar arasında bir orta noktada hizalarken, bu şamandıraların her biri Hyperion’un uçlarından 3 kilometreden fazladır.

Ne oldu Neden şamandıraları birbirinden 30 kilometre uzaklıkta ölçmüyoruz? Что привело к сокращению расстояния 30 километров почти на 7 километров?

То, что произошло, и то, с чем мы столкнулись, представляет собой еще одно проявление постоянства скорости света, в частности то, что мы измеряем движущийся объект как более короткий, чем когда мы измеряем объект в состоянии покоя.

Как это происходит? Давайте раскроем это, предполагая, что мы было измерял движущиеся буи как на расстоянии 30 километров друг от друга, а затем вычислил это предположение. Мы обнаружим, что столкнемся прямо с противоречием. Это будет означать, что наше предположение не может быть правильным.

Давайте запустим расчеты. Как отмечалось выше, мы будем считать, что мы измеряем буи на расстоянии 30 километров друг от друга. При этом предположении буи будут выровнены с концами Гипериона. Для нашего эксперимента, в этот момент выравнивания, мы запускаем световые лучи от концов Гипериона к середине.

Чтобы все было ровно, нам нужны дистанционные маркеры на Гиперионе и на буях. Мы пометим два конца Гипериона плюс 15 километров (правый конец) и минус 15 километров (левый конец), и, соответственно, середина корабля будет равна нулю. Часы Hyperion будут показывать ноль микросекунд при запуске световых лучей.

Мы также будем отмечать буи как минус 15 и плюс 15 километров, и, соответственно, точку, равноудаленную между буями, как нулевое расстояние. Часы будут установлены в нулевой точке буя. Эти часы будут показывать ноль микросекунд, когда средняя часть корабля на Гиперионе совпадает со средней точкой буев.

Теперь давайте следовать световым лучам. Они, конечно, мчатся навстречу друг другу, пока не сходятся. На Гиперионе эта конвергенция происходит прямо посередине, на нулевом маркере расстояния. Каждый луч света проходит 15 километров. Учитывая, что свет проходит со скоростью 0,3 километра в микросекунду, лучи света сходятся за 50 микросекунд.

Буя движутся мимо Гипериона со скоростью две трети скорости света, или 0,2 километра в микросекунду. За 50 микросекунд, пока свет не сойдет, буи двигаются. Сколько? Мы умножаем их скорость на 0,2 километра в микросекунду на 50 микросекунд, чтобы получить 10 километров. С этим 10-километровым сдвигом, когда лучи света сходятся, наша нулевая точка выравнивается с их минус 10-километровой точкой. Помните, что если Гиперион движется справа налево, то на Гиперионе мы видим, что буи движутся слева направо.

На Гиперионе мы видим, что каждый луч света проходит одно и то же расстояние. Как насчет наблюдателей в движущейся системе, то есть движущихся с буями?

Они видят, как лучи света путешествуют на разные расстояния.

Луч света, начинающийся справа, в точке плюс 15, проходит до минус 10 километров в системе отсчета буя. Это представляет собой расстояние в 25 километров. Свет, начинающийся слева, в минус 15, проходит всего 5 километров, то есть от минус 15 километров до минус 10 километров. Конечно, эти неравные расстояния перемещения возникают из-за того, что буи движутся во время движения светового луча.

В системе координат буя один луч света проходит на 20 километров дальше, чем другой. Чтобы они встретились в одно и то же время, луч, проходящий меньшее расстояние, должен подождать, пока другой луч света пройдет эти дополнительные 20 километров. Сколько ждать? При 0,3 километрах в микросекунду, что составляет 66,7 микросекунды.

Давайте рассмотрим это. В нашей стационарной системе отсчета каждый луч света начинается в момент времени равный нулю на часах на обоих концах Гипериона. Для буев, однако, свет покидает один буй, буй на расстоянии плюс 15, на 66,7 микросекунд раньше, чем тот, который покидает буй на расстоянии минус 15.

В начале этого эксперимента мы установили часы в средней точке между буями в момент времени, равный нулю. По симметрии с этой разницей в 66,7 микросекунды часы в точке минус 15 должны показывать плюс 33,3 микросекунды, а часы в точке плюс 15 должны показывать минус 33,3, когда световые лучи уходят.

Как насчет точки встречи, в минус 10 в системе отсчета буя? Сколько времени было в точке встречи в системе отсчета буев, когда лучи света уходили? Помните, что точка встречи в системе координат буя минус 10 километров. Если точка минус 15 составляет 33,3 микросекунды, точка минус 10 составляет 22,2 микросекунды.

Теперь мы понимаем, что часы движутся медленнее в движущемся кадре. При скорости света в две трети часы работают со скоростью 75% (или, точнее, 74,5%) со скоростью часов в нашей стационарной раме. Учитывая, что наши часы измеряют время прохождения света 50 микросекунд, часы на буях измеряют время прохождения света 37,3 микросекунды.

Небольшое дополнение дает нам время встречи в системе координат буя. Часы в точке встречи показывали плюс 22,2 микросекунды, когда включался свет, и опережали 37,3 микросекунды во время движения света. Таким образом, у нас есть время встречи 59,5 микросекунд в движущейся системе отсчета, то есть в системе отсчета буя.

Теперь приходит противоречие.

Освещение началось с минус 15 точек на 33,3 микросекунды и достигло минус 10 точек на 59,5 микросекунд. Давайте назовем это время прохождения 26 микросекунд. Расстояние было 5 километров. Предполагаемая скорость, то есть 5 километров, деленная на время прохождения 26 микросекунд, составляет 0,19 километра в микросекунду.

С другого конца свет прошел 25 километров за 92,8 микросекунды (от минус 33,3 до плюс 59,5). Предполагаемая скорость, то есть 25 километров, деленная на время прохождения 93 микросекунды, составляет 0,27 километра в микросекунду.

Не хорошо. Свет движется со скоростью 0,3 километра в микросекунду. Когда мы предположили, что мы будем измерять буи на расстоянии 30 километров друг от друга, и скорректировали часы, чтобы соответствовать этому предположению, мы НЕ получили скорость света.

Помните критически, что все наблюдатели должны измерять скорость света одинаково. Для этого должны быть скорректированы тактовые частоты, относительные показания времени и даже измеренные расстояния.

Как далеко друг от друга ДОЛЖНЫ быть буи, чтобы буи совмещались с концами Гипериона? Они должны быть на расстоянии 40,2 километра. Если расстояние между буями составляет 40,2 километра, то передняя и задняя часть Гипериона будут совмещены с буями, когда средняя часть корабля (Гипериона) и средняя точка (буев) совпадают.

Удивительно, почти непостижимо. Потребность всех наблюдателей измерять одинаковую скорость света диктует, что мы измеряем движущиеся объекты короче, значительно короче, чем мы бы измеряли их в покое.

Что будут читать часы, если мы примем интервал в 40,2 километра? При выравнивании корабля и буев часы на левом буе будут показывать плюс 44,7 микросекунды, а часы на правом буе показывать минус 44,7 микросекунды. Поскольку лучи света срабатывают при выравнивании кораблей и буев, луч света справа уходит за 89,4 микросекунды перед лучом света слева в системе координат буя.

Эта разница во времени приравнивается к правому лучу, проходящему за 26,8 километра до начала движения левого луча, как видно из системы координат буя. Затем оба луча проходят 6,7 километра, пока не встретятся. 26,8 плюс 6,7 дважды составляют 40,2 километра между буями.

Левый луч начинается в точке минус 20,1, в момент времени плюс 44,7 микросекунды и проходит 6,7 километра. Свету требуется 22,4 микросекунды (6,7, деленные на 0,3), чтобы проехать 6,7 километра. Таким образом, часы в точке минус 13,4 (минус 20,2 км плюс 6,7 км пройденного левого светового луча) должны показывать 67,1 микросекунды, когда левый световой луч попадает туда.

Является ли?

По пропорциям, когда буи и Гиперион совпадают, часы в точке минус 13,4 будут показывать плюс 44,7 минус одна шестая из 89,4. Одна шестая из 89,4 составляет 14,9, а 44,7 минус 14,9 – 29,8 микросекунды.

Помните теперь, что часы буя должны продвинуться 37,3 микросекунды во время движения лучей света. Это происходит потому, что на Гиперионе перемещение светового луча требует 50 микросекунд, а часы с буйками должны работать медленно с коэффициентом 75 процентов (или, точнее, 74,5 процента).

Добавьте 29,8 и 37,3, и мы получим 67,1 микросекунды. Ранее мы заявляли, что часы с минус 13,4 километра должны показывать 67,1 микросекунды, когда прибывает левый луч света. И это так. Таким образом, разделение буев на 40,2 километра выравнивает часы и расстояния на буях так, чтобы они измеряли правильную скорость света.

Что на самом деле происходит

Но делать движущиеся объекты действительно сокращаться, сжиматься? Атомы объектов искажаются, чтобы заставить объект укорачиваться?

Точно нет. Подумайте о том, что мы читали на часах. В то время как часы на Гиперионе все читают в одно и то же время, часы в движущейся системе отсчета готовы в разное время. Движущиеся расстояния сокращаются, потому что мы видим разные части движущегося объекта в разное время. С разнесенными буями в 40,2 километра (в состоянии покоя) мы увидели левый буй со скоростью 44,7 микросекунды (в системе отсчета) и правый буй со скоростью минус 44,7 микросекунды.

Давайте рассмотрим другой способ представить сокращение длины в более приземленном примере.

Представьте себе длинный грузовой поезд длиной четыре километра, движущийся со скоростью 40 километров в час. Вы и другой экспериментатор стоите вдоль дорожек в трех километрах друг от друга. Когда перед вами проходит поезд, вы сигнализируете своему партнеру. Ваш партнер ждет 89 секунд и отмечает, какая часть поезда сейчас проходит перед ним. Что он видит? Конец поезда.

Четырехкилометровый поезд вписывается в трехкилометровое расстояние между вами и вашим коллегой-экспериментатором. Это произошло потому, что ваш партнер посмотрел на поезд позже, чем вы.

Это не совсем то, как быстро движущиеся объекты влияют на измерения. В нашем примере с поездом мы создали два разных момента наблюдения в ожидании. В ситуации с Гиперионом нам не нужно было ждать – скорость прохождения буев в ближнем свете создавала разницу во времени наблюдения за часами.

Хотя это и не точная аналогия, пример упрощенного поезда мотивирует то, как измерение длины чего-либо в два разных момента может исказить измерение. Пример поезда также демонстрирует, что мы можем сократить измеренную длину объекта без физического сокращения объекта.

Хотя в действительности усадка не происходит, различия в метках времени реальны. В нашем примере с Hyperion, при использовании световых лучей, если мы вернемся назад и возьмем часы на буях, эти часы будут записывать, что световые лучи, которые мы выпустили, действительно начинали с интервалом 89,4 микросекунды. Мы бы посмотрели на наши часы Hyperion, и наши часы Hyperion действительно показали бы, что в нашей системе отсчета лучи света начинались одновременно.

Часы умны?

Как часы «знают», как себя настроить? Чувствуют ли они относительную скорость и используют какой-то тип интеллекта, чтобы перестроиться?

Несмотря на то, что часы выглядят иначе, часы не чувствуют движения и не выполняют никаких настроек. Если вы стоите рядом с часами, а объекты проносятся мимо вас со скоростью, близкой к скорости света, с часами рядом с вами ничего не случится. Он не вносит никаких корректировок, изменений или компенсаций ради проходящих объектов.

Скорее, геометрия пространства и времени заставляет наблюдателя видеть, что движущиеся часы тикают медленнее, а движущиеся объекты – короче.

Если вы отойдете от меня, и я измерю вас по отношению к линейке, которая держится в моей руке, ваш измеренный рост уменьшается пропорционально вашему расстоянию от меня. Вы выглядите меньше из-за меньшего угла между светом от вашей головы и светом от ваших ног, когда вы уходите. Свет не должен был знать, что делать, и правитель не приспособился. Скорее, геометрия нашего мира диктует, что по мере удаления вы будете измерять короче.

Точно так же, если я помещу линзу между вами и экраном, я могу увеличить или уменьшить ваш рост с помощью настроек линз. Свет не должен знать, как отрегулировать; свет просто следует законам физики.

Поэтому, используя расстояние и объектив, я могу измерить изменение вашего роста. Я мог бы легко написать формулы для этих изменений измерений.

Точно так же движущиеся часы читают медленнее, чем природа времени. Мы думаем, что часы должны «знать», как их настраивать, поскольку наш универсальный опыт на низких скоростях показывает, что часы работают с той же скоростью. Но если бы мы родились на Гиперионе и жили своей жизнью, путешествуя на скоростях, близких к скорости света, замедление часов из-за относительного движения было бы нам знакомо так же, как изгиб световых лучей, когда они проходят через линзу.

Все наблюдатели должны измерять скорость света одинаково. Этот атрибут природы, этот факт геометрии пространства и времени создает противоречивые, но, тем не менее, реальные корректировки в наблюдениях времени и пространства. Движущиеся часы работают медленнее, они отстают от нашего времени, и любые объекты, движущиеся с этими часами, имеют меньшую длину.