если поезд двигается со скоростью света и я включаю фонарик что произойдёт? вырвяться ли фотоны впереди поезда?
скажем по другому если один фотон выпускает другой фотон, то фотон 1 относительно фотона 2 движутся со скоростью =с и фотон 1 относительно планеты земля движется со скоростью тоже = с это белиберда получается если фотон вообще сможет выйти из другого фотона (тот-же фонарик) то он будет мчаться со скоростью =с + v
С ЧЬЕЙ точки зрения?
Того кто в поезде? — ещё как вырвУтся
С точки зрения того, ОТНОСИТЕЛЬНО кого у поезда скорость света ? -нет, он их почти догонит.. .
ВСЕ поколения непроходимых тупиц, постоянно задающих этот вопрос, забывают самое главное: НЕ БЫВАЕТ ВООБЩЕ СКОРОСТИ, любая скорость относительно чего-то
И если поезд Москва-Петушки ОТНОСИТЕЛЬНО ЗЕМЛИ тащится как удав по стекловате, со скорость. 40 км/час, то вот ОТНОСИТЕЛЬНО КВАЗАРА ULAS J1120 тот же поезд летит со скоростью всего на 3 процента меньше скорости света.
И что? Вырывается вперёд луч его фар, или нет?
В этом поезде нельзя включить фонарик. Для этого потребуется бесконечное время. Не говоря уже о том, что сам поезд должен состоять из света — частицы с ненулевой массой покоя не могут двигаться со скоростью света.
Если уж поезд движется со скоростью света, то он пролетит любое наперед загаданное расстояние за нулевое время. (Как это происходит, другой вопрос) . Соответственно, вопрос о том, с какой скоростью будет двигаться луч фонарика в его системе отсчета, теряет смысл — это неопределенность вида 0/0.
А как будет происходить движение такого поезда — могу пояснить. Пока поезд разгоняется до световой скорости, Вселенная вдоль направления движения поезда будет неограниченно сжиматься и приобретет нулевой размер, когда он достигнет скорости света. Как только поезд начнет тормозить, Вселенная начнет разжиматься обратно, но только наш поезд окажется не на том конце, откуда начинал движение, а на противоположном. Если уж вы хотели доходчивое объяснение на бытовом уровне.
В теории относительности другой закон сложения скоростей, не арифметическое сложение, как в классической механике. На основе преобразований Лоренца. Есть много популярных изложений. Например,
Что произойдет при путешествии со скоростью света
Задумывались ли вы о том, можно ли путешествовать со световой скоростью? Вероятно, при наличии необходимых технологий, которые помогли бы нам достичь такой скорости, мы смогли бы однажды полететь к краю Вселенной и увидеть, что находится за ее пределами?
Немного теории
Скорость света в вакууме — это постоянная величина, известная нам достаточно точно: так, свет движется со скоростью 299 792 458 метров в секунду. Это скорость распространения всех электромагнитных полей в вакууме, включая радиоволны, инфракрасное, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение.
Согласно Специальной теории относительности Эйнштейна, ничто не может двигаться быстрее света. В обычных условиях свет для нас действительно движется мгновенно. Например, мы не успеваем увидеть, как фотоны отражаются от предметов и абсорбируются поверхностями в комнате, когда выключается свет, — настолько быстро это происходит.
Скорость света в пустом пространстве (вакууме) не зависит от относительной скорости между его источником и наблюдателем. Некоторые считают, что это утверждение противоречит здравому смыслу, тем не менее именно это было продемонстрировано экспериментально. Самый известный такой эксперимент был проведен физиками Альбертом Майкельсоном и Эдвардом Морли в конце XIX века. Они обнаружили, что скорость света одинакова во всех направлениях, вне зависимости от того факта, что Земля сама движется через пространство.
Человек и скорость
Люди определенно любят скорость. С тех пор как было изобретено колесо, а скорость уже не определялась силой наших ног, нам хотелось передвигаться быстрее и быстрее. Чем быстрее человек движется, тем в больший восторг он приходит (хотя, стоит заметить, что для некоторых высокие скорости — пугающая вещь). На сегодня человечество успело разработать невероятно быстрые самолеты, ультрабыстрые истребители, сверхбыстрые скоростные поезда и так далее. Однако у Вселенной в рукаве есть кое-что быстрее, чем что-либо нами достигнутое, — свет.
Итак, возможно, некоторые из вас как-то вечером после тяжелого дня, сидя с бутылкой пива или кружкой чая, задумывались о том, каково это — двигаться со скоростью света.
Что произойдет, если мы будем двигаться со скоростью света
Человек, движущийся со скоростью света, испытает замедление времени. Для него время будет протекать медленнее по сравнению с человеком, который стоит на месте. Кроме того, сильно изменится их поле зрения. Для человека, движущегося со скоростью света, Вселенная предстанет в форме туннеля перед аппаратом, на котором он путешествует. Рассмотрим эту увлекательную идею.
До XX века мир был уверен в правильности взглядов Исаака Ньютона на объекты и гравитацию. Однако в 1900-х не кто иной, как Альберт Эйнштейн, взял и навсегда изменил мир.
Теория относительности, предложенная им, прояснила множество вопросов, связанных с массой и энергией. Уравнение эквивалентности массы и энергии доказало, что масса и энергия взаимозаменяемы, то есть одно можно преобразовать в другое — и наоборот. Он также предположил, что не существует единственной стандартной системы отсчета. Все относительно, даже время. Тогда к нему и пришло понимание, что скорость света постоянна и не зависит от наблюдателя. Таким образом, если человек движется на 50% от скорости света в том же направлении, что и свет, то луч света будет выглядеть для него так же, как и для человека, стоящего на месте.
Что же касается эквивалентности массы и энергии, то в двух словах это означает, что, если объект движется на 10% от скорости света, его масса увеличится на 0,5% от изначальной массы. В то же время, если объект движется на 90% от скорости света, его масса увеличится вдвое.
Можем ли мы путешествовать со скоростью света
Нет, мы не можем двигаться со световой скоростью. Все дело в том, что при движении со скоростью света масса объекта экспоненциально увеличится. Представьте себе следующее: скорость света составляет почти 300 тысяч километров в секунду, и, когда объект движется с этой скоростью, его масса становится бесконечной. Следовательно, чтобы сдвинуть этот объект, потребуется бесконечная энергия (вспоминаем эквивалентность массы и энергии), что крайне непрактично.
Грубо говоря, именно по этой причине ни один объект не может двигаться со скоростью света (кроме самого света) или быстрее.
Что касается движения почти со скоростью света, скажем на 90% от нее, то нас ждут любопытные наблюдения.
Двигаясь (почти) со скоростью света
Прежде всего, движущийся с такой скоростью человек испытает замедление времени. Время для него будет протекать медленнее, чем для кого-то, стоящего на месте. Например, если человек движется на 90% от скорости света, то, когда для него пройдут 10 минут, для человека, стоящего на месте, пройдут 20 минут.
Стоит упомянуть и о серьезных изменениях в поле зрения. Для человека, движущегося — куда бы то ни было — на 90% от скорости света, как уже было упомянуто выше, Вселенная будет выглядеть так, будто он смотрит на нее через иллюминатор перед своим космическим аппаратом. Звезды, к которым он приближается, будут выглядеть синими, а остающиеся позади — красными. Это обусловлено тем, что световые волны от звезд перед ним будут скапливаться вместе, из-за чего объект будет выглядеть синим, а световые волны от звезд, остающихся позади, будут растягиваться и приобретать красный цвет, вызывая экстремальный эффект Доплера.
После преодоления определенной отметки человек погрузился бы во тьму, так как длины волн, попадающие ему в глаза, были бы вне видимого спектра.
Конечно, даже учитывая всю непрактичность и препятствия, связанные с путешествием со скоростью света (или почти), это определенно было бы то еще приключение.
Садимся в поезд
Представьте поезд длиной в 5 400 000 километров, который движется прямолинейно и равномерно со скоростью в 240 000 километров в секунду.
Пусть в некоторый момент времени в середине поезда зажглась лампочка. В переднем и заднем вагонах устроены автоматические двери, которые открываются в тот момент, когда на них падает свет. Что увидят люди в поезде и что увидят люди на платформе?
Отвечая на этот вопрос, будем, как условлено, придерживаться только опытных фактов.
Люди, сидящие в середине поезда, увидят следующее. Так как, согласно опыту Майкельсона, свет распространяется относительно поезда с одинаковой по всем направлениям скоростью — 300 000 километров в секунду, то через 9 секунд (2 700 000: 300 000) он дойдет одновременно до заднего и по переднего вагонов и обе двери откроются одновременно.
Что же увидят люди на платформе? Относительно станции свет также распространяется со скоростью 300 000 километров в секунду. Но задний вагон идет навстречу лучу света. Поэтому свет встретится с задним вагоном через 2 700 000 / (300 000 + 240 000) = 5 секунд. Передний же вагон луч света должен догонять, и поэтому достигнет его лишь спустя 2 700 000 / (300 000–240 000) = 45 секунд.
Итак, людям на платформе покажется, что двери в поезде откроются не одновременно. Сначала откроются задние двери и лишь спустя 45 — 5 = 40 секунд откроются передние[1].
Таким образом, два совершенно сходных события — открытие передних и задних дверей поезда — окажутся для людей в поезде одновременными, а для людей на платформе — разделенными промежутком времени в 40 секунд.
Читайте также
Движется ли поезд?
Движется ли поезд? После того как мы установили, что в движущихся лабораториях движение протекает по другим законам, нежели в покоящейся, понятие движения, казалось бы, потеряло свой относительный характер: в дальнейшем, говоря о движении, мы должны лишь подразумевать
Снова садимся в поезд
Снова садимся в поезд Перед нами очень длинная железная дорога, по которой движется поезд Эйнштейна. На расстоянии 864 000 000 километров друг от друга находятся две станции. При скорости 240 000 километров в секунду поезду Эйнштейна понадобится час, чтобы пройти это
12. Ученик чародея. Непокорная плазма. Династия Токамаков. Подземный склад энергии. Необычное озеро. Летающий поезд. Новейший ускоритель
12. Ученик чародея. Непокорная плазма. Династия Токамаков. Подземный склад энергии. Необычное озеро. Летающий поезд. Новейший ускоритель Можно смело утверждать: «кораблю» сверхпроводимости уготовано большое плавание в безбрежном море технического прогресса.Уже
Почему нельзя двигаться быстрее света?
Вы наверняка хотя бы раз слышали о том, что скорость света – максимальная из возможных, и во Вселенной не существует ничего и никого, кто мог бы двигаться быстрее. Кроме, пожалуй, Барри Аллена. Ему можно. Если быть точным, то ничто не может превысить скорость света в вакууме. Но мы уловить разницу между перемещением света в воздухе и космическом пространстве попросту не сможем. Поэтому, если вы будете опускать слово «вакуум», вас не осудят.
Так почему нельзя двигаться быстрее скорости света? Потому что, согласно Общей теории относительности, при приближении к околосветовой скорости масса объекта стремится к бесконечности, а энергию он получает такую, что она его попросту разрушит. В противном случае все это будет противоречить основным законам физики. И пусть люди постоянно ищут способы обойти эти ограничения, например, с помощью квантовой телепортации или создания варп-двигателей из Звездного пути, переместиться из точки А в точку Б быстрее света мы все еще не можем.
Почему нельзя двигаться быстрее света
«Потому что это противоречит законам физики» – достаточно точный и емкий ответ. Но всегда ведь хочется знать, почему это противоречит законам физики. В большинстве ссылок, которые Гугл выдаст вам по этому вопросу, будет написано что-то подобное:
Скорость света в вакууме (299 792 км/с) — это абсолютный предел, превысить который невозможно, что следует из законов физики.
Представьте себе космический корабль, летящий со скоростью, равной половине скорости света. Если находящийся на его борту космонавт посветит прожектором в направлении движения, то не будет ли для неподвижного наблюдателя скорость луча прожектора в 1,5 раза больше скорости света? Как ни странно, нет. Скорость света всегда одна и та же, независимо от того, измеряется она неподвижным наблюдателем или человеком на борту звездолета. Это кажущееся противоречие устраняется только в специальной теории относительности Эйнштейна, согласно которой с точки зрения неподвижного наблюдателя время на быстро движущемся корабле замедляется, а расстояние укорачивается. Из-за релятивистского изменения промежутков времени и расстояний на борту быстро летящего корабля измеренная астронавтом скорость света будет такой же, как и скорость света, измеренная внешним неподвижным наблюдателем. Другое следствие теории относительности — увеличение массы движущегося объекта с увеличением его скорости. Так, с приближением скорости корабля к скорости света его масса стремится к бесконечности.
Скорость света
Если такого объяснения вам было достаточно, дальше можете статью не читать, потому что не увидите в ней ничего нового для себя. Но многие пользователи интернета с физикой на «вы», поэтому жонглирование понятиями типа «релятивистская масса» не объяснит им всей сути и будет очень скучным. К тому же, как объяснить такое детям, которые только что столкнулись со скоростью света в курсе школьной физики? Они точно не смогут углубиться в вопрос настолько серьезно. Поэтому давайте попытаемся объяснить, почему скорость света максимальна, более простым языком.
Порассуждаем на эту тему с помощью старой доброй геометрии. Не спешите расстраиваться, она не сложнее, чем рисование графиков и позволяет более наглядно понять рассматриваемую тему, заменяя все сложные термины более простыми аналогиями.
Итак, фундаментальная геометрия Вселенной описывается восемью направлениями: шестью пространственными и двумя временными. Все они вам прекрасно известны. Во-первых, это четыре стороны: юг, север, запад, восток. Во-вторых – понятия «вверх» и «вниз». Вместе данные направления составляют так называемый ортогональный базис, но сейчас не о нем. Эти направления существуют в каждой точке пространства, где мы находимся. Да, в космосе нет верха и низа, но поместите себя в космический корабль, и они тут же появятся. Поэтому просто будем считать все эти стороны абсолютными.
Осталось добавить лишь два временных направления, которые вам также хорошо известны: в будущее и в прошлое. Если с пространственным перемещением у нас обычно проблем не бывает, то с временными есть одна небольшая заминка – мы не можем двигаться назад. Будущее нам еще предстоит пережить, поэтому мы постоянно движемся к нему, а вот прошлое уже пережито, и вернуться туда нельзя.
Будущее и прошлое
Эти восемь направлений не просто так названы фундаментальными. Они образуют четыре пары измерений: влево-вправо, вверх-вниз, вперед-назад и от прошлого к будущему. Это четыре измерения, в которых мы с вами живем, из которых «состоит» наша Вселенная, пространство-время. Насчет того, насколько корректно такое приравнивание, можно спорить долго, но в рамках этой статьи пусть данные термины будут синонимами. Так всем будет проще.
Теперь, когда введение наконец закончилось, можно приступать к объяснениям. В данный момент, независимо от того, где вы находитесь, и что делаете, вы пребываете в движении. Движетесь вы не только в пространстве вместе со все планетой и даже галактикой, но и во времени – в будущее.
Проще всего понять это, представив себя в самолете. Современные аппараты летают так мягко, что вы можете даже не почувствовать никакого перемещения. Даже если вы выглянете в иллюминатор, скорее всего, не сможете наблюдать меняющиеся внизу пейзажи из-за большой высоты. А если еще и погода облачная, то подавно.
Перемещение на самолете
Как тогда узнать, что вы действительно движетесь? Очень просто – подождать. Когда самолет приземлится, вы окажетесь совершенно в другом месте, отличном от того, в которым вы были несколько часов назад. В реальной жизни вы, конечно же, будете осознавать, что самолет не может просто висеть в воздухе, да и увидите новые пейзажи при посадке. Но давайте отбросим все это для чистоты эксперимента.
Эта метафора отлично описывает вас прямо сейчас. Самолет – это все, что вас окружает в данный момент, весь мир. Даже сидя на одном месте, вы все равно пребываете в движении, потому что движетесь в новый день. И если конечная цель – долететь до «Завтра», вы никогда не сможете этого сделать, потому что каждый день – это сегодня. Каждый день мы пытаемся достичь этого мифического «завтра», но все наши попытки тщетны. И даже при этом мы останавливаемся и упорно продолжаем движение во времени вперед.
Даже если вы будете сидеть в своем кресле, а люди вокруг вас будут двигаться, вы прибудете в новый день в одно и то же время. Почему? Потому что для вас, ваших соседей, кота, попугая и любого другого существа время движется с одинаковой скоростью. Двигаться быстрее вы не сможете, потому что чем быстрее движетесь вы, тем медленнее – все вокруг вас. Даже будь вы Барри Алленом, вы и ваши окружающие все равно встречали бы следующий час одновременно. Просто вы за этот час могли бы сделать гораздо больше, и он показался бы вам намного длиннее, чем обычно.
Если вам все это понятно, давайте представлять дальше. Движение во времени можно сравнить какой-нибудь гоночной игрой, где вы управляете автомобилем, движущемся по дороге вперед. Он имеет автоматическое ускорение, поэтому вы не можете никак повлиять на скорость – вам остается лишь рулить.
Движение во времени
В игре вы, конечно, можете врезаться в препятствие и тем самым замедлиться или подобрать бонус ускорения, чтобы прийти к финишу быстрее. В жизни так, естественно, не получится. Вы можете рулить своей жизнью во Вселенной как хотите, но она все равно доставит вас в будущее одновременно со всеми. Ускорить или замедлить этот процесс вы не в состоянии.
Неважно, продолжите вы сейчас читать эту статью или закроете ее и станете заниматься другими делами. В каком бы направлении вы ни пошли, что бы ни делали, Самолет Вселенной прибудет в новый день точно по расписанию. Вы можете изменить свою скорость движения в пространстве, но никак не во времени.
Но как все это вообще относится к скорости света и тому, почему быстрее нее двигаться нельзя? Уже скоро все поймете. Давайте мысленно (или на бумаге, если хотите) нарисуем еще одну простую ассоциацию – график. Не беспокойтесь, он будет очень простым. Нарисуйте две стандартные оси, где ось X – это скорость движения в пространстве, а Y – во времени.
Теперь поставьте карандаш на пересечении двух осей и проведите линию ровно вертикально вверх (да, ровно по оси Y). Когда остановитесь, нарисуйте стрелочку. Полученный отрезок, а точнее луч, в физике называется 4-вектор или 4-скорость. Он определяет вашу текущую скорость движения в пространстве-времени. Сейчас, пока вы сидите на месте и рисуете этот график, вы движетесь именно так, только во времени, не перемещаясь в пространстве (опустим движение вместе с планетой). Сейчас вы неподвижны, значит относительно оси X ваша координата не меняется, так как ваша скорость в пространстве – 0 км/ч. А относительно Y вы все равно продолжаете двигаться вперед с равномерной скоростью, потому что во времени иначе нельзя. То есть, продолжая в том же духе, то есть ничего не делая, каждый новый час вы будете проходить за час. Логично правда?
График движения в пространстве и времени
Но что если вы начнете двигаться в пространстве? Тогда ваш 4-вектор начнет поворачиваться вправо. Эта стрелка по естественным причинам никогда не повернется вниз и влево от оси Y (потому что отрицательной скорости не бывает), однако она может быстрее или медленнее наклоняться к оси X в зависимости от того, насколько быстро вы движетесь.
Сейчас вы наверняка заметили, что стрелка уже не совпадает с игреком, а смотрит вбок, хотя все еще направлена вверх. Значит ли это, что скорость вашего передвижения во времени изменилась? Специальная теория относительности говорит, что да. Это эффект «замедления времени», который ощущается тем сильнее, чем быстрее вы движетесь. То есть, если вы будете бежать, почти как Флэш, ваш 4-вектор практически ляжет на ось X, замедлив ваше движение во времени чуть ли не до нуля. 4-вектор – индивидуален для каждого, поэтому все остальные вокруг этого не почувствуют. Они лишь увидят, что вы очень и очень быстро перемещаетесь из точки А в точку Б.
Вот теперь пришло время ответить на вопрос, почему «быстрее света» невозможно в принципе. Помните, что чем быстрее вы перемещаетесь, тем больше ваш 4-вектор наклоняется к оси X. Максимальное значение здесь – это скорость света. Когда вы достигнете ее, вектор полностью ляжет пространственную ось и вам покажется, будто время вокруг полностью остановилось. Что же будет, если продолжать наращивать скорость? 4-вектор не может стать больше или меньше, он всегда имеет одинаковый размер, а также он не может повернуться вниз, так движение назад во времени невозможно. Но, если вы продолжите увеличивать скорость и обгоните свет, вектор будет вынужден продолжать поворачиваться и все-таки зайдет за ось X, тем самым устремившись вниз по отношению к Y. То есть, если развить скорость быстрее света, вы начнете двигаться назад во времени, что в принципе невозможно, так как это, неожиданно, противоречит законам физики.
Даже если предположить, что вам удастся пересечь эту границу и двигаться быстрее света, вы все равно не сможете достичь точки Б быстрее него, так как начнете идти назад во времени. В итоге вы и свет прибудете в разные точки Б в разном времени. Ни одно событие во Вселенной не может произойти быстрее, чем движется свет. И это даже не говоря о том, что, опережая свет, вы не будете видеть ничего перед собой и станете практически бесконечно тяжелым. Как думаете, насколько длинным был бы ваш тормозной путь в этом случае?
Естественно, все эти сравнения и ассоциации не претендуют на звание «истинной истины», потому что даже самая ОТО все еще является теорией. Однако в рамках общепринятой школьной физики ваши познания только что стали чуточку больше.