Растяжение Времени

Han Erim

7 мая 2012

РАСТЯЖЕНИЕ ВРЕМЕНИ

С включением темы «Изображение и Источник» в Закон Alice в 2009 году, Теория Относительности Закона Alice получила мощный импульс и достигла своей окончательной формы. Тема «Изображение и Источник» действительно была очень важной и принесла с собой множество новых знаний. Особенно такие темы, как «Растяжение Времени» и «Деформация Длины», стали возможны для понимания именно благодаря ей. 

Одной из самых обсуждаемых тем в физике является Растяжение Времени. Потому что оно часто встречается в различных ситуациях. Именно поэтому важно хорошо понять эту тему и знать механизм её возникновения. В этом разделе мы подробно рассмотрим, как и почему возникает растяжение времени. 

Растяжение Времени возникает как результат электромагнитного взаимодействия между системами отсчёта, движущимися друг относительно друга. Как и все остальные эффекты относительности, оно описывается с помощью математики (c+v)(c−v).

Фигура 1, Давайте представим себе два приближающихся друг к другу часов. Пусть на стрелках этих часов установлены выступы, а Alice сидит на перекладине, положенной поверх этих выступов. Мы предполагаем, что положение Alice всегда остаётся ровно посередине между двумя часами.

Будут ли эти часы всегда синхронизированы по мнению Alice? Это не такой уж сложный вопрос. Поскольку оба часа приближаются и удаляются от Alice с одинаковой скоростью и всегда находятся на равном расстоянии от неё, с её точки зрения часы будут всегда идти синхронно.

Фигура 2, Остановка одних часов и движение других не меняет ситуацию для Alice. Поскольку и в этом случае оба часа приближаются и удаляются от неё одинаково и расстояние до них остаётся равным, часы с её точки зрения будут идти синхронно.

На самом деле, Alice наблюдает растяжение времени на этих часах. Но поскольку растяжение одинаково для обоих, то с точки зрения Alice они идут с одинаковой скоростью. Однако давайте двигаться медленно. Растяжение времени — это тема, к которой нужно относиться внимательно, и она не так проста. 

Фигура 3, Теперь давайте поместим второго наблюдателя на левые часы. Здесь нам будет помогать один из героев «Алисы в Стране Чудес» — Gryphon.

Ситуация интересная: Gryphon, сравнивая интервалы тикающих часов, движущихся справа, с интервалами часов, на которых он сам сидит, обнаруживает явное растяжение времени на движущихся часах. Он замечает, что интервалы между тиками двух часов различны. Но для Alice такой ситуации не существует. С её точки зрения оба часа идут синхронно и интервалы между тиками равны. Как может быть такое расхождение? Это и есть наш главный вопрос.

Чтобы ответить на него, нам нужно сначала понять: является ли наблюдаемое Gryphon растяжение времени реальным эффектом или это всего лишь результат восприятия?

Если растяжение времени на движущихся часах представляет собой реальный эффект (то есть действительно влияет на скорость работы часов), то по мнению Gryphon стрелки обоих часов должны вращаться с разной скоростью. В таком случае наклон перекладины, на которой сидит Alice, должен измениться. 

Однако мы видим, что Alice находится в таком положении, которое не допускает такого вывода. Потому что для Alice синхронная работа обоих часов — это первоочередная и надёжная информация. По её мнению перекладина всегда должна оставаться параллельной земле. 

Фигура 4, Давайте дадим окончательный ответ на вопрос, изменяется ли наклон перекладины с точки зрения Gryphon. Если мы проясним этот момент, большая часть задачи будет решена. 

Прикрепим карандаш к правому краю перекладины. Пока перекладина находится в движении, карандаш будет отмечать своё положение. Линия, которую он нарисует, будет определяющей как для системы координат Alice, так и для системы Gryphon.

Очевидно, если наклон перекладины изменяется, карандаш нарисует искажённую синусоиду. Если наклон не меняется — получится правильная синусоида. Мы уже знаем, что в системе отсчёта Alice наклон не меняется. Значит, карандаш обязательно нарисует правильную синусоиду. Карандаш, рисуя эту линию для Alice, не может одновременно рисовать иную для Gryphon. Он не может рисовать две линии одновременно. Следовательно, та же правильная синусоида будет справедлива и для Gryphon.

Из этого делаем вывод: для Gryphon также наклон перекладины не изменяется.

Если наклон не меняется, это означает, что оба часа идут синхронно как для Alice, так и для Gryphon. Отсюда мы приходим к важному выводу: растяжение времени — не реальный эффект. Двигающиеся часы механически не замедляются. 

Самую сложную часть темы «Растяжение Времени» мы прошли. Дальше будет проще. Раз мы установили, что оба часа идут синхронно, теперь можем с помощью математики (c+v)(c−v) и знаний из раздела «Изображение и Источник» перейти к объяснению, как и почему возникает растяжение времени.

Здесь хочу вставить несколько слов. Если вы читали Закон Alice версии 5 и более ранние версии, вы могли заметить, что до этой точки уже тогда доходили. То есть было показано, что часы идут синхронно. Но поскольку тема «Изображение и Источник» тогда ещё не была оформлена, дальше этого продвинуться было невозможно. Теперь же мы движемся вперёд.

Фигура 5, Поскольку представился случай, давайте сначала рассмотрим, как Gryphon видит перекладину. Поскольку её края находятся на разном расстоянии от него и перекладина двигается вверх-вниз по вертикали, Gryphon никогда не увидит её прямой. 

Из-за движения перекладины происходит искажение её изображения, и Gryphon видит её как изогнутую. То, что он видит, — это не Источник перекладины, а её Призрак. То же относится и к часам — Призрак часов находится в другой позиции. Мы уже обсуждали это в разделе «Деформация Длины».

Конечно, здесь мы говорим о принципах. Свет, движущийся со скоростью 300 000 км/с, обычно не даёт нам возможности заметить такие эффекты. Но поскольку здесь мы изображаем свет на гораздо меньших скоростях, мы можем увидеть все возникающие эффекты в деталях. Как бы ни была велика скорость света, эти эффекты всегда возникают — пусть и в минимальной степени.

Фигура 6, Теперь давайте рассмотрим, как Gryphon видит часы. Gryphon не видит сами часы, а их изображение. Сигнал, излучаемый часами, достигает Gryphon в соответствии с ранее описанными правилами. (Под словом «сигнал» подразумеваются электромагнитные волны.)

В этой анимации рассматривается одиночный сигнал часов. После излучения сигнала часы продолжают движение. Когда сигнал достигает Gryphon, он видит изображение часов в том месте, где они излучили этот сигнал. Стрелки на циферблате этих часов укажут момент излучения.

Фигура 7, Очевидно, чтобы определить наличие растяжения времени на часах, необходимо учитывать последовательные сигналы. Растяжение времени можно обнаружить, только измерив интервал между двумя последовательными сигналами. Как вы, наверное, догадались, причина, по которой Gryphon наблюдает растяжение времени, связана с изменением времени между последовательными сигналами, достигающими его.

Эта анимация сделана для предварительного представления. Предположим, что часы излучают по одному сигналу каждую секунду. Когда сигнал достигает Gryphon, он увидит изображение часов в новом положении, с новым значением на циферблате. Но обратите внимание: Gryphon видит не Источник часов, а их Призрак.

ПРИНЦИП

Эта основная анимация содержит в себе всю необходимую информацию по теме растяжения времени. С этого момента мы будем подробно изучать её элементы. Прежде всего хочу объяснить принцип, на котором основана эта анимация.

Принцип:

Давайте запустим анимацию.

Часы, на которых сидит Alice, движутся по направлению к Gryphon или от него. При этом они излучают сигналы с равными временными интервалами. Красные стрелки (часовая и минутная) показывают место и момент излучения каждого сигнала. Сигналы пронумерованы. Мы можем видеть, где и когда был излучен каждый сигнал, какие находятся в пути и какие уже достигли Gryphon. 

Часы, отображающие Призрак Alice, движутся, следуя за сигналами, излучаемыми Источником Alice. Их движение соответствует правилу, которое мы уже видели на предыдущей странице. Например, когда 4-й сигнал достигает Gryphon, Призрак находится в координате, где был излучен этот сигнал, и его циферблат показывает момент излучения. Повторюсь: Gryphon видит часы Призрака, но не Источник часов. 

Чтобы не перегружать анимацию, отображается только один из каждых 25 сигналов. С помощью числового шага (Numeric Stepper) внизу можно изменить интервал отображаемых сигналов. Невидимые сигналы работают в фоновом режиме и обеспечивают плавность анимации.

Прозрачная серая перекладина, колеблющаяся вверх-вниз, показывает, что часы на Источниках Alice и Gryphon работают синхронно. (Та самая перекладина, на которой сидела Alice в начале раздела.) 

Скорость Alice можно изменить с помощью ползунка слева. Для световой скорости в анимации используется значение 5 пикселей/кадр. Скорость Alice может изменяться от 0 до 5 пикселей/кадр. Таким образом, анимация может моделировать движения даже при скоростях, близких к скорости света. 

Здесь мы рассматриваем только тему растяжения времени. Хотя с ним также происходит деформация длины, в этой анимации деформация длины не включена.

ИНТЕРВАЛ

Сигналы, излучаемые часами Alice, достигают Gryphon, распространяясь по его полю со скоростью c. Для Gryphon растяжение времени определяется промежутком между двумя последовательными сигналами, приходящими к нему. Во второй таблице слева внизу мы видим длительности этих интервалов. 

Поскольку часы на Источниках работают синхронно, интервалы между сигналами от обоих Источников равны. Однако движение Alice меняет расстояние между сигналами на поле Gryphon. В результате Gryphon наблюдает растяжение времени. В таблице также показано, какие интервалы сигналов он измеряет.

Если Alice удаляется от Gryphon — интервалы увеличиваются; 
если приближается — интервалы уменьшаются;
только если Alice находится в покое — интервалы становятся равными.

МАТЕМАТИКА РАСТЯЖЕНИЯ ВРЕМЕНИ

Нажмём на кнопку «Math». Как увидим, растяжение времени выражается и рассчитывается с помощью формулы (c+v)(c−v). В открывшемся окне можно увидеть, как изменяется временная разница между двумя сигналами.

СКОРОСТЬ ПРИЗРАКА

Не знаю, обратили ли вы внимание, но теперь давайте сосредоточимся на скорости Призрака. Когда Alice удаляется от Gryphon, Призрак движется медленнее, а когда приближается — быстрее.

Чтобы лучше это увидеть, установите скорость Alice близкой к световой и следите за значением в окне, отображающем скорость Призрака. Мы увидим, что Призрак может двигаться гораздо быстрее скорости света. Изображение не является материальным телом, и это не электромагнитная волна. Призрак — это виртуальная реальность, созданная электромагнитными волнами. Поэтому для него не существует ограничения скорости света. Он может легко её превысить.

Нажав кнопку «Hız» (Скорость), в появившемся окне можно увидеть, как изменяется скорость Призрака. Она также выражается с помощью математики (c+v)(c−v). 

СРАВНЕНИЕ

На этой странице мы будем сравнивать часы. После запуска анимации нажмите кнопку «Сравнить (Compare)». В появившемся окне вы увидите часы рядом друг с другом. На фоне при этом анимация продолжится. Сравнение того, как Gryphon сопоставляет свои часы с часами Alice (Призрак), станет гораздо нагляднее.

Gryphon видит, что, когда Alice приближается к нему, её часы идут быстрее обычного, а когда удаляется — медленнее. Конечно, Gryphon видит часы Призрака, а не Источник. Мы уже знаем, что Источники часов работают синхронно. 

В итоге можно сказать, что растяжение времени проявляется в обоих направлениях: в виде замедления и ускорения. Это не реальный эффект, а результат восприятия. 

Несмотря на то, что растяжение времени является восприятием, оно имеет для нас реальное значение. Потому что мы живём в пространстве, которое воспринимаем. Растяжение времени — часть нашей виртуальной реальности.

GRYPHON

На предыдущих страницах мы поэтапно рассмотрели все важные моменты, касающиеся растяжения времени. Здесь вы можете изучить растяжение времени для Gryphon как единое целое. 

ПРИНЦИП ДЛЯ ALICE

До сих пор мы рассматривали события с точки зрения обеих систем отсчёта. Здесь мы продолжим в том же духе. Мы уже видели, как растяжение времени происходит для Gryphon. Теперь посмотрим, как оно проявляется для Alice. Потому что Alice также наблюдает, фиксирует и измеряет растяжение времени на часах Gryphon. Принципы, рассмотренные ранее для Gryphon, теперь будут рассмотрены для Alice. Поскольку Alice и Gryphon — это две движущиеся относительно друг друга системы отсчёта, событие, происходящее в одной из них, будет происходить и в другой — синхронно. 

Часы Gryphon передают сигналы Alice через равные временные интервалы. Красные стрелки показывают координаты и моменты излучения сигналов.

Поскольку система Alice движется, а сигналы направлены к ней, координаты сигналов определяются относительно её системы (её поля). Поэтому эти координаты движутся вместе с системой Alice. Мы уже подробно обсуждали это в разделе «Деформация длины». Здесь применяем те же принципы.

Движение Призрака Gryphon будет происходить в соответствии с сигналами. Например: когда пятый сигнал достигает Alice, Призрак часов Gryphon окажется в месте излучения этого сигнала, а стрелки покажут момент излучения. Призрак Gryphon будет следовать сигналам в соответствии с этим правилом, совершая своё характерное движение.

Если у вас есть свободное место по бокам окна программы, максимально расширьте его по горизонтали. Так вы сможете лучше наблюдать за движением Призрака Gryphon. 

ФИНАЛ

Наконец, здесь мы видим событие, происходящее одновременно в обеих системах отсчёта. Все элементы управления открыты — вы можете управлять анимацией, как захотите.

Представьте себе ось симметрии, которая всегда находится на равном расстоянии между Alice и Gryphon (между их Источниками). События по обе стороны этой оси должны быть равными. Эта ось служит инструментом проверки точности анимации.

О РАСТЯЖЕНИИ ВРЕМЕНИ

Если честно, этот раздел оказался самым сложным из всего, что я писал. Я знал, что именно нужно изложить, но всё равно было непросто. Надеюсь, мне удалось объяснить вам, что такое растяжение времени.

Конечно, этот раздел вызовет много шума в физике. Потому что он многое меняет. Он затронет все существующие теории времени, потребует переписывания и пересмотра уже опубликованных исследований, а также пересмотра практических приложений. То, что я здесь изложил, рано или поздно попадёт в учебные программы. Когда это случится — не знаю, но рассказывать об этом было очень приятно.

Ах, Alice, ты села в такое прекрасное место, что весь мир смотрел на тебя.