Специальный принцип относительности и релятивистский закон сложения скоростей (или вытекающий из него факт, что скорость света во всех инерциальных системах равна c) —два краеугольных камня специальной теории относительности. Исходя из этих положений, мы можем теперь приступить к обсуждению различных конкретных проблем. Рассмотрим прежде всего вопрос о фантастическом полете на космическом корабле, скорость которого больше скорости света, о чем шла речь в начале книги.
Человек совершенно свободно может переносить, например, непрерывное ускорение 14 м/с2 (при таком ускорении изменение скорости за час будет равно 50 км/с). Если бы действовал классический закон сложения скоростей, как мы предполагали в начале книги, то намеченный полет был бы вполне осуществим. Каждый час корабль увеличивал бы скорость на 50 км/с, это значит, что уже через 6 000 часов была бы достигнута скорость совета. После 250 дней полета световому лучу не удалось бы опередить нас. На самом деле все обстоит иначе.
Проследим за воображаемым полетом космического корабля, который в течение каждого часа увеличивает свою скорость на 50 км/с. Пусть на этом корабле есть прибор, измеряющий скорость корабля относительно Земли. Вначале все будет идти по плану. Скорость корабля будет увеличиваться, как и предполагалось. Через 24 часа после старта экипаж корабля будет лететь уже со скоростью 1 200 км/с (относительно Земли). Еще сутки — и скорость достигнет уже 2 400 км/с. Проходит время. Дежурный космонавт измеряет скорость корабля относительно Земли, которая равна 8 000 км/с. Через 24 часа измерения повторяются, и результат будет только 9 199 км/с. Приращение скорости за сутки составит не 1 200 км/с, как это было в начале полета, а только 1199 км/с. В тот день, когда прибор на корабле зафиксирует, что скорость корабля достигла 100000 км/с, приращение скорости за последующие сутки составит только 1 065 км/с. Все ли здесь в порядке? Если из корабля выбросить предмет, который по инерции будет двигаться в пространстве с неизменной скоростью, то по прошествии 24 часов окажется, что скорость космического корабля относительно этого предмета возросла на 1 200 км/с (относительно же Земли скорость корабля увеличилась за это время меньше чем на 1 065 км/с).
Человек совершенно свободно может переносить, например, непрерывное ускорение 14 м/с2 (при таком ускорении изменение скорости за час будет равно 50 км/с). Если бы действовал классический закон сложения скоростей, как мы предполагали в начале книги, то намеченный полет был бы вполне осуществим. Каждый час корабль увеличивал бы скорость на 50 км/с, это значит, что уже через 6 000 часов была бы достигнута скорость совета. После 250 дней полета световому лучу не удалось бы опередить нас. На самом деле все обстоит иначе.
Проследим за воображаемым полетом космического корабля, который в течение каждого часа увеличивает свою скорость на 50 км/с. Пусть на этом корабле есть прибор, измеряющий скорость корабля относительно Земли. Вначале все будет идти по плану. Скорость корабля будет увеличиваться, как и предполагалось. Через 24 часа после старта экипаж корабля будет лететь уже со скоростью 1 200 км/с (относительно Земли). Еще сутки — и скорость достигнет уже 2 400 км/с. Проходит время. Дежурный космонавт измеряет скорость корабля относительно Земли, которая равна 8 000 км/с. Через 24 часа измерения повторяются, и результат будет только 9 199 км/с. Приращение скорости за сутки составит не 1 200 км/с, как это было в начале полета, а только 1199 км/с. В тот день, когда прибор на корабле зафиксирует, что скорость корабля достигла 100000 км/с, приращение скорости за последующие сутки составит только 1 065 км/с. Все ли здесь в порядке? Если из корабля выбросить предмет, который по инерции будет двигаться в пространстве с неизменной скоростью, то по прошествии 24 часов окажется, что скорость космического корабля относительно этого предмета возросла на 1 200 км/с (относительно же Земли скорость корабля увеличилась за это время меньше чем на 1 065 км/с).
Изображение
Так будет продолжаться и дальше. Хотя скорость корабля и будет возрастать на 1 200 км/с за каждые сутки (по отношению к телу, выброшенному из корабля за 24 часа до измерения), относительно Земли приращение скорости корабля будет происходить все медленнее. В табл. 1 представлены значения приращения скорости корабля за сутки при условии, что приращение скорости корабля относительно предмета, выброшенного из корабля за сутки перед измерением, равно 1 200 км/с.
Из таблицы видно, что чем ближе скорость корабля к скорости света, тем меньше суточное приращение скорости корабля относительно Земли. Как бы долго ни летел корабль, ему никогда не достигнуть скорости света. Релятивистский закон сложения скоростей превращает задуманный «сверхсветовой» космический полет в неосуществимую фантазию. Об этом препятствии читатель в начале книги, разумеется, и не мог подозревать.
Из рассмотренного примера следует, что ни одно тело в природе не может двигаться со скоростью, превышающей скорость света. Более того, ни одно тело не может двигаться и со скоростью, равной скорости света. Как бы мы ни ускоряли движение тела, все равно его скорость останется меньше скорости света. Известны только два явления, которые распространяются со скоростью, в точности равной с, и для которых движение с меньшей скоростью невозможно.
Это — распространение света (т. е. распространение электромагнитного поля) в пустоте и распространение гравитационного поля. Если бы, например, по какой-либо причине масса Солнца увеличилась вдвое, то удвоилось бы и притяжение Земли Солнцем. Но это произошло бы не мгновенно; дополнительное влияние Солнца распространялось бы к Земле со скоростью 300 тыс. км/с и достигло бы ее только через 8,3 мин. Имеются основания предполагать, что особенные элементарные частицы, так называемые нейтрино, также движутся в точности с такой же скоростью, как свет.
Из таблицы видно, что чем ближе скорость корабля к скорости света, тем меньше суточное приращение скорости корабля относительно Земли. Как бы долго ни летел корабль, ему никогда не достигнуть скорости света. Релятивистский закон сложения скоростей превращает задуманный «сверхсветовой» космический полет в неосуществимую фантазию. Об этом препятствии читатель в начале книги, разумеется, и не мог подозревать.
Из рассмотренного примера следует, что ни одно тело в природе не может двигаться со скоростью, превышающей скорость света. Более того, ни одно тело не может двигаться и со скоростью, равной скорости света. Как бы мы ни ускоряли движение тела, все равно его скорость останется меньше скорости света. Известны только два явления, которые распространяются со скоростью, в точности равной с, и для которых движение с меньшей скоростью невозможно.
Это — распространение света (т. е. распространение электромагнитного поля) в пустоте и распространение гравитационного поля. Если бы, например, по какой-либо причине масса Солнца увеличилась вдвое, то удвоилось бы и притяжение Земли Солнцем. Но это произошло бы не мгновенно; дополнительное влияние Солнца распространялось бы к Земле со скоростью 300 тыс. км/с и достигло бы ее только через 8,3 мин. Имеются основания предполагать, что особенные элементарные частицы, так называемые нейтрино, также движутся в точности с такой же скоростью, как свет.