Каково это — путешествовать на скорости света? Часть 1: Исказившийся взгляд

Представьте себе, что вы движетесь со скоростью света, мчитесь рядом с фотоном, самым быстрым объектом во вселенной. Как бы вы видели окружающий мир? Как бы выглядела вселенная с вашей точки зрения? Альберт Эйнштейн также задавался этим вопросом в подростковом возрасте, представляя, как он гонится на велосипеде за лучом света (в то время у нас не было ракет, так что велосипед был его единственным вариантом).

После многих лет размышлений он пришел к выводу: невозможно узнать, как выглядит вселенная с точки зрения фотона. Это не глупый вопрос, это просто вопрос, который не имеет правильной формы.

Это осознание открывает удивительные аспекты нашей реальности: восприятие мира зависит от вашей скорости. У фотона совершенно иное представление о реальности, которое не соответствует нашему. И самое интересное, что нам не нужно достигать скорости света, чтобы увидеть, как странности начинают проявляться.

Сначала давайте разберемся с основами специальной теории относительности, которая является моим любимым аспектом относительности и тем, как мы будем подходить к сегодняшнему вопросу. Когда мы говорим о перспективах и взглядах, на самом деле речь идет о системах отсчета. Легче всего представить систему отсчета как вашу собственную точку зрения. В относительности не существует абсолютного покоя. Все движение определяется относительно других объектов. Например, вы видите, как бейсбольный мяч пролетает мимо вас, и с вашей точки зрения вы находитесь в покое, а мяч движется. Вы находитесь в своей системе отсчета.

Но у бейсбольного мяча тоже есть своя система отсчета, и с его точки зрения он абсолютно неподвижен, а вы — тот, кто мчится в противоположном направлении. Кто прав? Кто виноват? Какой взгляд на вселенную, ваш или мяча, является правильным? Ответ относительности: все относительно. Оба взгляда абсолютно валидны, и ни один из них не является более правильным. Это означает, что, говоря о движении, мы должны сначала уточнить, из какой системы отсчета мы исходим. Я неподвижен, а мяч движется быстро — это моя система отсчета.

То же самое касается и покоя. Если вы и я стоим рядом, я могу сказать, что вы находитесь в состоянии покоя относительно моей системы отсчета. Таким образом, когда мы спрашиваем о точке зрения какого-либо объекта, будь то вы, я, бейсбольный мяч или фотон, мы на самом деле спрашиваем, как выглядит вселенная из системы отсчета, которая находится в покое относительно этого объекта. Например, как если бы вы пытались догнать луч света на велосипеде.

Я понимаю, что углубляюсь в детали относительности, и делаю это намеренно, по двум причинам. Во-первых, это интересные вещи. Во-вторых, мне нужен этот язык, чтобы объяснить, что происходит со светом. Когда мы спрашиваем, как выглядит вселенная для фотона, мы на самом деле спрашиваем, какова перспектива из системы отсчета, находящейся в покое относительно фотона.

И ответ таков: свет не имеет своей системы отсчета.

Свет не имеет системы отсчета. Не существует системы, которая была бы в покое относительно луча света. Это невозможно. Вся структура относительности построена на этом единственном понимании. Эйнштейн осознал, что невозможно догнать свет. Вот один из его аргументов: свет — это волна электричества и магнетизма, и если бы вы смогли его догнать, волна выглядела бы замороженной. Но замороженная волна не колеблется, и если она не колеблется, то это уже не свет, что сводит на нет саму идею.

Поэтому мы не можем говорить о том, каким образом вселенная выглядит с точки зрения фотона, потому что, строго говоря, у фотона нет точки зрения. У него нет ощущения времени, пространства, продолжительности, длины, измерения, скорости или чего-либо еще, что мы обычно связываем с понятием перспективы.

Я понимаю, что это странно. Но всё, что связано с относительностью, странно. Некоторые вещи мы просто привыкаем. Цена относительности в том, что измерения времени и пространства становятся относительными к вашей скорости и вашей точке зрения. Двигающиеся часы идут медленнее. Двигающиеся линейки сжимаются. Все это — плата, которую мы платим, чтобы сделать так, чтобы законы физики оставались одинаковыми для всех.

Я уже много раз обсуждал относительность, так что мы уже привыкли к этому. Да, это забавно: если один из близнецов отправится в космос на ракете и вернется, он будет моложе близнеца, который остался. Но мы гораздо меньше привыкли следовать относительности до самого конца. Эффекты, такие как замедление времени и сокращение длины, усиливаются по мере приближения к скорости света. Это означает, что на самой скорости света они ломаются. Они перестают иметь смысл, потому что наша идея о пространственно-временном континууме основана на часах и линейках, которые подчиняются законам относительности, а эти законы были созданы для работы на скоростях ниже скорости света.

Но это не мешает нам приближаться к скорости света и наблюдать, что происходит. И приятная сторона почти световой скорости в том, что мне не придется всю оставшуюся часть этой серии говорить, что вопрос не имеет ответа, что быстро надоест.

О, и ваша скорость не просто изменяет ваши измерения времени и пространства. Она буквально редактирует вселенную, которую вы воспринимаете.

Во второй части мы начнем искажать этот взгляд, когда вся вселенная сжимается в ослепительный конус света, направленный прямо на ваше лицо.