Якщо ви цікавитеся космічними подорожами і шукаєте спосіб покинути нашу планету, вам прийдеться управляти швидкістю, простором і часом. Проблема в тому, що для світла час не існує: він зупиняється, коли ви досягаєте швидкості світла.
Який у цьому сенс?
Насправді ідея про те, що час існує поза світлом — лише одна з інтерпретацій спеціальної теорії відносності. До того ж загальна теорія говорить нам про те, що час - це координата, яка має бути об'єднана з трьома просторовими вимірами. Інакше кажучи, простір-час — це математична модель на папері. Не фізична реальність!
Водночас ми знаємо, що швидкість світла у вакуумі завжди однакова.
Ключ до розуміння теорій Ейнштейна полягає в тому, що насправді використовуються два визначення часу. Одне - це координатний час. Інше - особистий час, тобто час окремого спостерігача. Найпростіший спосіб побачити різницю - намалювати діаграму. Але ми знаємо, як відображати одночасно чотири координати. Ми дотепер малюємо плоский світ.
Тому ми представляємо простір на горизонтальній осі, а час - на вертикальній. Це називається просторово-часовою діаграмою. На такій просторово-часовій діаграмі рух спостерігача, який просто сидить на місці, описується вертикальною лінією.
Рух спостерігача, який рухається з постійною швидкістю, - пряма лінія під деяким кутом до вертикалі. Умовно кажучи, швидкість світла становить кут 45 градусів. Крива, по якій рухається спостерігач на просторово-часовій діаграмі, називається його світовою лінією.
Вісь часу вимірює те, що ми називаємо координатним часом. Це може бути, наприклад, час у вашій кімнаті з нульовою відміткою опівночі. Ми отримуємо дуже умовне вимірювання, - спробуйте визначити власне місцеперебування на Землі за допомогою широти й довготи, знаючи, що нульова довгота знаходиться в місці під назвою Гринвіч. Координатний час, таким чином, фізично безглуздий, - адже не існує конкретної точки нульового відліку.
Ніщо не заважає вам обрати довільну часову координату. Ви поступаєте так, як вам зручно. Але фізично значущий час - це час, який минає для спостерігача, і цей час вимірюється довжиною світової лінії, яка позначається кривою на діаграмі простору-часу.
Фізично значущий час називається власним часом спостерігача. Отже, власний час - це довжина світової лінії, яка є кривою спостерігача у просторі-часі. Щоб побачити різницю між координатним часом і власним часом, уявіть, що я даю вам координати Кейптауна за довготою і широтою. Ви можете сказати про 18,4 градуса на схід від Гринвіча. Але як туди потрапити? Для цього потрібно виміряти довжину шляху від Гринвіча до Кейптауна, а вона однакова у просторі-часі. Якщо ви хочете знайти час, ви маєте виміряти довжину шляху.
Тут все стає трохи складніше, бо довжина шляху в часі обчислюється не так, як ми обчислюємо довжину шляху в просторі. Лише координатами x та y не обійдешся.
У просторі-часі ви берете за основу квадрат відстані в часі, але віднімаєте відстань у просторі — тобто вимірюєте за допомогою відстані Лоренца. Після чого добираємось до світла.
Питання: скільки часу проходить між двома моментами координатного часу з точки зору спостерігача? Два випадки координатного часу - це ті дві паралельні лінії. Існує багато способів дістатися від однієї до іншої, залежно від того, як швидко ви рухаєтесь. Чим швидше ви рухаєтесь, тим ближче кут вашої світової лінії до 45 градусів, що дорівнює швидкості світла.
Якщо ви обчислите довжину цієї кривої за допомогою правильної лоренцевої відстані, то побачите, що вона стає коротшою, коли наближаєтесь до швидкості світла. І справді, якщо обчислити правильний час для будь-чого, хто рухається точно зі швидкістю світла, результат завжди буде нульовим.
Так працює простір-час. І саме звідси походить ідея, що для світла час не минає. Тому що світло не має внутрішнього часу.
Належний час для світла завжди дорівнює нулю. Питання в тому, що це означає. Як це зробити? Спробувати інтерпретувати математику. Наприклад: якщо ви рухаєтесь зі швидкістю світла, то все на вашому шляху відбувається в одну мить. Якби ви перетнули весь всесвіт, то вся подорож зайняла б нуль секунд. Все відбувається одночасно.
Можливо, саме тому світло не так багато говорить. Але ми не можемо рухатися зі швидкістю світла. Наскільки нам відомо, єдине, що може рухатися зі швидкістю світла - саме світло. Фотони не відчувають часу, бо квантові частинки взагалі нічого не відчувають. Отже, математичне питання стає філософським.
Люди звикли говорити про власний, фізично значущий час спостерігача. Координатний час, про який йде мова і який описує всесвіт, - зовсім інша річ. Саме координатний час не зупиняється для світла.
Для вас також може бути цікаво:
Пол Стейнхардт: всесвіт припинить розширюватися через 65 млн років
Час не фундаментальний, а переривчастий і дискретний, стверджують фізики
