Які відчуття під час подорожі зі швидкістю світла? Частина 1: Спотворений погляд

Уявіть, що ви мандруєте зі швидкістю світла, мчачи поряд з окремим фотоном — найшвидшим об'єктом у всесвіті. Що б ви побачили? Як би виглядав всесвіт для вас? Альберт Ейнштейн також задавався цими питаннями. У підлітковому віці він уявляв, як мчить на велосипеді поряд із світлом (зверніть увагу, у нас ще не було ракет, тому велосипед був найкращим варіантом).

Після десятиліть роздумів він знайшов відповідь. Які відчуття від подорожі зі світлом? Ви не можете цього зробити. Ви ніколи не дізнаєтеся, як виглядає всесвіт з точки зору фотона. Це не погане питання, і не дурне. Просто воно неправильно сформульоване.

Це усвідомлення відкриває щось дійсно дивне про всесвіт: ваш досвід реальності формується вашою швидкістю. Фотон має інше сприйняття реальності, яке просто не узгоджується з нашим. І найцікавіше, що нам навіть не потрібно досягати швидкості світла, щоб побачити, як це дивне сприйняття починає проявлятися.

Дозвольте мені спочатку пояснити один момент. У спеціальній теорії відносності, яка насправді є моїм улюбленим аспектом відносності, коли ми говоримо про перспективи та погляди, ми насправді говоримо про системи відліку. Найпростіший спосіб думати про систему відліку — це ваша власна точка зору. У відносності немає ідеальної, абсолютної нерухомості. Всі рухи відносні до інших об'єктів. Ви бачите, як бейсбольний м'яч пролетів повз вас, і з вашої точки зору ви абсолютно нерухомі, а м'яч рухається. Ви перебуваєте у своїй власній системі відліку. Ви завжди в ній, адже ви завжди — це ви.

Але бейсбольний м'яч також має свою систему відліку, яка є його власною точкою зору. З його перспективи він абсолютно нерухомий, а ви — той, хто мчить у протилежному напрямку. Хто правий? Хто винен? Яка з точок зору — ваша чи бейсбольного м'яча — є правильною? Відповідь відносності: все відносно. Обидві перспективи абсолютно дійсні, і жодна з них не є більш правильною за іншу. Це просто означає, що коли ми говоримо про рух, ми спочатку повинні вказати, з якої системи відліку ми працюємо. Я нерухомий, а бейсбольний м'яч рухається швидко з моєї системи відліку.

Те саме стосується і нерухомості. Якщо ви і я стоїмо поруч, я можу сказати, що ви нерухомі відносно моєї системи відліку. Тож, коли ми запитуємо про точку зору якогось конкретного об'єкта, будь то ви, я, бейсбольний м'яч або фотон, насправді ми запитуємо, як виглядає всесвіт з системи відліку, яка нерухома щодо цього об'єкта. Ви знаєте. Як мчати на велосипеді, щоб наздогнати промінь світла.

Я усвідомлюю, що глибоко занурююся у відносність, і роблю це навмисно, з двох причин. По-перше, це цікаві речі. По-друге, мені потрібна ця термінологія, щоб пояснити, що відбувається зі світлом. Коли ми запитуємо, як виглядає всесвіт для фотона, ми насправді запитуємо, яка перспектива з системи відліку, яка нерухома щодо фотона.

І відповідь така: світло не має системи відліку.

Світло не має системи відліку. Не існує системи відліку, яка була б нерухомою щодо променя світла. Її просто немає. Вся механіка відносності побудована на цій одній ідеї. Ейнштейн усвідомив, що неможливо наздогнати світло. Ось один з аргументів, які він використовував: світло — це хвиля електрики та магнетизму, і якщо ви наздоженете його, хвиля здаватиметься замороженою на місці. Але заморожена хвиля не хвилюється, а якщо вона не хвилюється, то це вже не світло, що фактично підриває сенс самого процесу.

Отже, ми не можемо говорити про те, яким є всесвіт з точки зору фотона, оскільки, строго кажучи, фотон не має точки зору. У нього немає відчуття часу, простору, тривалості, довжини, вимірювання, швидкості чи чогось іншого, що ми зазвичай об'єднуємо в поняття перспективи.

Я розумію, що це дивно. Але все, що стосується відносності, є дивним. Деякі речі ми просто звикаємо. Ціна відносності полягає в тому, що вимірювання часу і простору стають відносними до вашої швидкості та вашої точки зору. Рухомі годинники йдуть повільніше. Рухомі лінійки стискаються. Все це є платою, яку ми сплачуємо, щоб реалізувати справжню нагороду: закони фізики залишаються однаковими для всіх.

Я вже зробив багато епізодів про відносність, тому ми вже досить знайомі з цим. Звісно, це цікаво: якщо один близнюк вирушає в космічну подорож на ракеті, він повернеться молодшим, ніж близнюк, який залишився. Чудово. Але ми набагато менш звикли слідкувати за відносністю до її висновків. Ефекти, такі як уповільнення часу і стиснення довжини, посилюються, чим ближче ви підходите до швидкості світла. Це означає, що на самій швидкості світла ці ефекти зникають. Час і простір перестають мати сенс, оскільки наша сама ідея простору-часу базується на годинниках і лінійках, які підкоряються законам відносності, а ці закони були створені для роботи на швидкостях нижче швидкості світла.

Але жодна з цих обставин не заважає нам наближатися до швидкості світла і спостерігати, що відбувається. І приємно, що майже на швидкості світла я не повинен витрачати весь залишок цієї серії, говорячи вам, що питання не має відповіді, що швидко набридне.

О, і ваша швидкість не просто змінює ваші вимірювання часу і простору. Вона буквально редагує всесвіт, який ви спостерігаєте.

У Частині 2 ми почнемо спотворювати цей погляд, оскільки весь космос стискається в палаючий конус світла, спрямований прямо на ваше обличчя.