Спеціальний принцип відносності й релятивістський закон додавання швидкостей (або факт, що випливає з нього, — швидкість світла в усіх інерціальних системах дорівнює c) — два наріжні камені спеціальної теорії відносності. Виходячи з цих положень, ми можемо тепер приступити до обговорення різних конкретних проблем. Розглянемо насамперед питання про фантастичний політ на космічному кораблі, швидкість якого більша за швидкість світла, про що йшлося на початку книги.
Людина цілком вільно може переносити, наприклад, безперервне прискорення 14 м/с2 (за такого прискорення зміна швидкості за годину дорівнюватиме 50 км/с). Якби діяв класичний закон додавання швидкостей, як ми припускали на початку книги, то намічений політ був би цілком здійсненний. Щогодини корабель збільшував би швидкість на 50 км/с, це означає, що вже через 6 000 годин було б досягнуто швидкості світла. Після 250 днів польоту світловий промінь не зміг би випередити нас. Насправді все відбувається інакше.
Простежимо за уявним польотом космічного корабля, який протягом кожної години збільшує свою швидкість на 50 км/с. Нехай на цьому кораблі є прилад, що вимірює швидкість корабля відносно Землі. Спочатку все йтиме за планом. Швидкість корабля збільшуватиметься, як і передбачалося. Через 24 години після старту екіпаж корабля летітиме вже зі швидкістю 1 200 км/с (відносно Землі). Ще доба — і швидкість досягне вже 2 400 км/с. Минає час. Черговий космонавт вимірює швидкість корабля відносно Землі, яка дорівнює 8 000 км/с. Через 24 години вимірювання повторюються, і результат буде лише 9 199 км/с. Приріст швидкості за добу становитиме не 1 200 км/с, як це було на початку польоту, а лише 1199 км/с. Того дня, коли прилад на кораблі зафіксує, що швидкість корабля досягла 100000 км/с, приріст швидкості за наступну добу становитиме лише 1 065 км/с. Чи все тут гаразд? Якщо з корабля викинути предмет, який за інерцією рухатиметься в просторі з незмінною швидкістю, то через 24 години виявиться, що швидкість космічного корабля відносно цього предмета зросла на 1 200 км/с (відносно ж Землі швидкість корабля збільшилася за цей час менше ніж на 1 065 км/с).
Людина цілком вільно може переносити, наприклад, безперервне прискорення 14 м/с2 (за такого прискорення зміна швидкості за годину дорівнюватиме 50 км/с). Якби діяв класичний закон додавання швидкостей, як ми припускали на початку книги, то намічений політ був би цілком здійсненний. Щогодини корабель збільшував би швидкість на 50 км/с, це означає, що вже через 6 000 годин було б досягнуто швидкості світла. Після 250 днів польоту світловий промінь не зміг би випередити нас. Насправді все відбувається інакше.
Простежимо за уявним польотом космічного корабля, який протягом кожної години збільшує свою швидкість на 50 км/с. Нехай на цьому кораблі є прилад, що вимірює швидкість корабля відносно Землі. Спочатку все йтиме за планом. Швидкість корабля збільшуватиметься, як і передбачалося. Через 24 години після старту екіпаж корабля летітиме вже зі швидкістю 1 200 км/с (відносно Землі). Ще доба — і швидкість досягне вже 2 400 км/с. Минає час. Черговий космонавт вимірює швидкість корабля відносно Землі, яка дорівнює 8 000 км/с. Через 24 години вимірювання повторюються, і результат буде лише 9 199 км/с. Приріст швидкості за добу становитиме не 1 200 км/с, як це було на початку польоту, а лише 1199 км/с. Того дня, коли прилад на кораблі зафіксує, що швидкість корабля досягла 100000 км/с, приріст швидкості за наступну добу становитиме лише 1 065 км/с. Чи все тут гаразд? Якщо з корабля викинути предмет, який за інерцією рухатиметься в просторі з незмінною швидкістю, то через 24 години виявиться, що швидкість космічного корабля відносно цього предмета зросла на 1 200 км/с (відносно ж Землі швидкість корабля збільшилася за цей час менше ніж на 1 065 км/с).
Зображення
Так буде й далі. Хоча швидкість корабля й зростатиме на 1 200 км/с за кожну добу (стосовно тіла, викинутого з корабля за 24 години до вимірювання), відносно Землі приріст швидкості корабля відбуватиметься дедалі повільніше. У табл. 1 подано значення приросту швидкості корабля за добу за умови, що приріст швидкості корабля відносно предмета, викинутого з корабля за добу перед вимірюванням, дорівнює 1 200 км/с.
Із таблиці видно, що чим ближча швидкість корабля до швидкості світла, тим менший добовий приріст швидкості корабля відносно Землі. Як би довго не летів корабель, йому ніколи не досягти швидкості світла. Релятивістський закон додавання швидкостей перетворює задуманий «надсвітловий» космічний політ на нездійсненну фантазію. Про цю перешкоду читач на початку книги, звісно, і не міг підозрювати.
З розглянутого прикладу випливає, що жодне тіло в природі не може рухатися зі швидкістю, яка перевищує швидкість світла. Більше того, жодне тіло не може рухатися і зі швидкістю, що дорівнює швидкості світла. Як би ми не прискорювали рух тіла, все одно його швидкість залишиться меншою від швидкості світла. Відомі лише два явища, які поширюються зі швидкістю, точно рівною с, і для яких рух із меншою швидкістю неможливий.
Це — поширення світла (тобто поширення електромагнітного поля) в порожнечі та поширення гравітаційного поля. Якби, наприклад, з якоїсь причини маса Сонця збільшилася вдвічі, то подвоїлося б і тяжіння Землі до Сонця. Але це сталося б не миттєво; додатковий вплив Сонця поширювався б до Землі зі швидкістю 300 тис. км/с і досяг би її лише через 8,3 хв. Є підстави припускати, що особливі елементарні частинки, так звані нейтрино, також рухаються точно з такою самою швидкістю, як світло.
Із таблиці видно, що чим ближча швидкість корабля до швидкості світла, тим менший добовий приріст швидкості корабля відносно Землі. Як би довго не летів корабель, йому ніколи не досягти швидкості світла. Релятивістський закон додавання швидкостей перетворює задуманий «надсвітловий» космічний політ на нездійсненну фантазію. Про цю перешкоду читач на початку книги, звісно, і не міг підозрювати.
З розглянутого прикладу випливає, що жодне тіло в природі не може рухатися зі швидкістю, яка перевищує швидкість світла. Більше того, жодне тіло не може рухатися і зі швидкістю, що дорівнює швидкості світла. Як би ми не прискорювали рух тіла, все одно його швидкість залишиться меншою від швидкості світла. Відомі лише два явища, які поширюються зі швидкістю, точно рівною с, і для яких рух із меншою швидкістю неможливий.
Це — поширення світла (тобто поширення електромагнітного поля) в порожнечі та поширення гравітаційного поля. Якби, наприклад, з якоїсь причини маса Сонця збільшилася вдвічі, то подвоїлося б і тяжіння Землі до Сонця. Але це сталося б не миттєво; додатковий вплив Сонця поширювався б до Землі зі швидкістю 300 тис. км/с і досяг би її лише через 8,3 хв. Є підстави припускати, що особливі елементарні частинки, так звані нейтрино, також рухаються точно з такою самою швидкістю, як світло.