Закон Alice и Теория Относительности

Глава 4

Что такое замедление времени и как оно возникает?

Han Erim

19 мая 2011

Серия «Закон Alice и Теория Относительности» состоит из тем, следующих одна за другой. Начиная отсюда, мы переходим к результатам математики (c+v)(c-v). Если вы не читали предыдущие главы серии, я настоятельно рекомендую вернуться сюда позже.

Что такое замедление времени?

Электромагнитные волны, исходящие от движущихся тел, как следствие относительности неизбежно подвергаются деформации. Мы будем сейчас и в следующих главах поэтапно и подробно рассматривать, как возникают эти деформации и к каким результатам они приводят.

Одним из важнейших результатов деформаций, возникающих на электромагнитных волнах, без сомнения является наблюдение и измерение того, что движущиеся часы работают с другой скоростью. В физике это явление назвали «замедлением времени». Однако правильнее было бы называть это «деформацией времени», потому что можно наблюдать и ситуацию, когда движущиеся часы работают быстрее обычного. (Под движущимися часами я подразумеваю часы, движущиеся относительно системы отсчёта.)

Сам факт движения часов не оказывает влияния на их собственный темп работы (интервалы тик-так). Если два одинаковых часов, поставленных рядом на столе, идут синхронно, то какие бы из них мы ни перемещали, они продолжат идти синхронно. Но несмотря на это, когда мы измеряем интервалы тик-так у часов, которые движутся относительно нас, мы неизбежно увидим, что появляется различие. Обратите внимание: мы сравниваем тик-таки часов, движущихся относительно нас, с интервалами тик-так часов, стоящих рядом. Причина того, что мы измеряем отличающийся интервал тик-так у движущихся часов, заключается в том, что мы вынуждены взаимодействовать с сигналами (электромагнитными волнами), приходящими от часов.

Очевидно, что говорить об интервалах тик-так движущихся часов мы можем только после взаимодействия с сигналами, которые доходят до нас от часов. Если между двумя системами отсчёта есть разница скоростей, в дело вмешивается относительность. Именно это нам и нужно понять. Относительность приводит к деформации сигналов, приходящих к нам от часов. В результате мы наблюдаем и измеряем, что интервалы тик-так у движущихся часов отличаются. «Деформация времени» — неизбежное следствие относительности.

В этой главе мы увидим механизм возникновения деформации времени.

Влияние силы на часы:

Прежде чем перейти к теме, нужно кратко коснуться влияния силы. Для часов, находящихся под действием силы, независимо от того, движутся они или нет, изменение интервала тик-так, разумеется, вполне естественно, поскольку сила в той или иной степени влияет на темп работы механизма часов. Влияние силы может как замедлять, так и ускорять ход часов.

Рассмотрим маятниковые часы, которые чрезвычайно чувствительны к влиянию силы. Одни и те же маятниковые часы будут идти с разной скоростью на Луне, Земле и Юпитере, где гравитационные силы различны (Animated Figure 1). В итоге темп хода часов под действием силы зависит от того, как сила влияет на механизм часов. Изменение темпа хода часов из-за силы — это не тема, относящаяся к относительности.

Связь влияния силы с относительностью такова: поскольку часы, движущиеся под действием силы, будут ускоряться (или замедляться), интенсивность деформации, возникающей из-за относительности, меняется. Деформация усиливается при ускорении и ослабевает при замедлении. Относительность возникает, если между системами отсчёта есть разница скоростей.

Как возникает деформация времени?

На рисунке ниже есть часы, движущиеся относительно наблюдателя. Мы рассмотрим сигнал, отправленный часами, когда часы находятся в точке P. Давайте по пунктам запишем события, происходящие после отправки сигнала, по порядку. (Animated Figure 2)

1) Когда часы находятся в точке P, они отправляют сигнал. Пусть в этот момент циферблат часов показывает 8:00.

2) Сигнал, направляющийся к наблюдателю, будет распространяться в поле наблюдателя.

3) Время прихода сигнала к наблюдателю будет следующим:

Расстояние между точкой P и наблюдателем (d)
время прихода = d / c (постоянная скорости света)

Скорость сигнала всегда равна c (постоянная скорости света) относительно поля, в котором он распространяется. Поэтому, чтобы найти время прихода сигнала, мы делим расстояние между точкой входа сигнала в поле и точкой прибытия сигнала на скорость света.

Обратим внимание, что точка P определена относительно системы отсчёта наблюдателя. Чтобы яснее провести это различие, мы используем линейку, представляющую поле наблюдателя. Точка P — это точка на поле наблюдателя. Даже если наблюдатель движется, для наблюдателя координата точки P остаётся неизменной.

4) В момент, когда сигнал достигает наблюдателя, наблюдатель увидит изображение часов (Ghost) в точке, где сигнал вошёл в поле, то есть в точке P. Поскольку сигнал вышел, когда часы показывали 8:00, наблюдатель увидит, что часы (Ghost) показывают 8:00. (В предыдущей главе была изложена тема «Hayalet и Pınar»: Принципы зрения и восприятия при электромагнитном взаимодействии. HAYALET и PINAR.)

5) За время прихода сигнала, поскольку часы (Hayalet, англ.: Ghost) продолжают своё движение, в момент наблюдения они будут находиться в другой точке, например P′. Так как за время до прихода сигнала к наблюдателю часы продолжают работать, значение, которое показывают часы (Pınar, англ.: Spring) в момент прихода сигнала, будет следующим:

Наблюдатель видит не реальные часы (Spring), а их изображение (Ghost). Давайте всегда помнить о существовании этого правила.

До этого места мы рассмотрели ход акта наблюдения для одного сигнала.

В природе события носят непрерывный характер. В норме наблюдатель взаимодействует с сигналами, которые непрерывно достигают его от часов. Если сделать ситуацию, рассмотренную для одного сигнала, непрерывной, то мы увидим, как происходит деформация времени. (Animated Figure 3)

В анимации маятниковые часы работают с постоянной скоростью. Мы предполагаем, что для возвращения маятника из вертикального положения снова в вертикальное должно пройти 1 секунда. Каждый раз, когда маятник приходит в вертикальное положение, часы излучают сигнал. Сигналы движутся к наблюдателю внутри поля наблюдателя. Ясно видно, что если наблюдатель и часы неподвижны, то наблюдатель будет наблюдать и измерять, что сигналы приходят с интервалом 1 секунда.

Теперь заставим двигаться наблюдателя или часы.

Закон Alice Обратите внимание в анимации: кто бы ни двигался, скорости сигналов никогда не меняются относительно поля наблюдателя. Скорость электромагнитных волн относительно поля, в котором они распространяются, постоянна и всегда равна c (постоянная скорости света). Скорость сигнала не обязана быть c относительно другой системы отсчёта. В этом и заключается суть математики (c+v)(c-v).

Рассмотрим случай, когда наблюдатель движется, а часы неподвижны; в зависимости от скорости и направления наблюдателя мы видим, что расстояние между двумя соседними сигналами, движущимися по полю, изменяется. Если наблюдатель движется к часам, интервалы между сигналами сокращаются; если удаляется — увеличиваются. В результате изменения расстояния между сигналами интервалы сигналов, приходящих к наблюдателю, не равны 1 секунде. Поэтому, когда наблюдатель измеряет темп работы часов, он измерит, что они идут с другой скоростью, поскольку у наблюдателя есть возможность измерять только те сигналы, которые до него доходят.

Будет ли наблюдатель только измерять? Нет — он также УВИДИТ, что часы идут иначе, потому что вместе с тик-так сигналами до него доходят и сигналы, несущие изображение часов. Что происходит с тик-так сигналами, то же происходит и с сигналами, несущими изображение часов.

Сигналы, приходящие к наблюдателю, несут также информацию о том, где будет видно изображение часов (Ghost). В какой точке сигнал входит в поле наблюдателя, там наблюдатель и увидит Ghost. Поскольку наблюдатель и часы находятся в относительном движении и поскольку сигналу нужно определённое время, чтобы достичь наблюдателя, положение Ghost всегда отличается от Spring.

Если рассмотреть случай, когда наблюдатель неподвижен, а часы движутся, мы увидим, что события происходят полностью аналогично описанному выше. Если часы движутся к наблюдателю, интервалы между сигналами сокращаются; если удаляются — увеличиваются. В результате наблюдатель наблюдает и измеряет, что часы идут быстрее или медленнее.

Мы видим, что не важно, кто движется, или движутся ли оба. Если наблюдатель и часы находятся в относительном движении, деформация времени неизбежно возникает, и наблюдатель увидит и измерит, что часы идут с другой скоростью. Деформация времени — это ВОСПРИЯТИЕ.

Здесь мы увидели правило возникновения деформации на электромагнитных волнах. Разница скоростей между системами отсчёта изменяет нормальный порядок распределения электромагнитных волн в поле. Деформация возникает именно так. И в результате, как мы здесь видим, происходит «замедление времени» или, в терминологии Закона Alice, Деформация Времени.

Animated Figure 4 – Чтобы разница между тик-таками часов, находящихся в GHOST и SPRING, была видна более отчётливо, в этой анимации время излучения сигналов было сделано очень коротким. В качестве итога запишем результаты, которые мы видим в анимации:

Деформация времени, возникающая при относительном движении часов и наблюдателя;

• Когда часы приближаются к наблюдателю, наблюдатель видит, что часы идут быстрее.
• Когда часы удаляются от наблюдателя, наблюдатель видит, что часы идут медленнее.
• Наблюдатель видит изображение часов (Ghost) в месте, отличном от самих часов (Spring).
• Не важно, движется ли наблюдатель или часы.
• Механизм часов (атомные, цифровые, заводные, маятниковые и т.п.) не важен.
• Движущиеся часы (Spring) будут идти синхронно с любыми другими часами. Синхронность между часами может нарушиться только если в событие вмешается сила.
• Разумеется, если механизм часов работает неправильно, синхронность между часами также нарушится. Мы вряд ли ожидаем, что атомные часы в Гринвиче будут идти синхронно с заводными часами на нашем столе :)

Исходные коды анимации можно download отсюда. Анимация подготовлена в Flash CS3 ActionScript 3.0.

Здесь мы ясно видим, насколько важна тема “Ghost And Spring”. Ghost And Spring — в некотором смысле суть относительности. Эффекты относительности всегда наблюдаются на GHOST.

Доказательство того, что движущиеся часы (Spring) будут идти синхронно, вы можете найти в моих работах Манифест Закона Alice и Оловянные солдатики. (Закон Alice Version 5) также демонстрирует эту ситуацию, хотя тогда я ещё не дошёл до знания Ghost and Spring.)

Закон Alice То, что мы видим и измеряем, не означает, что в действительности всё именно так.

Другие последствия деформации времени

Поскольку они связаны с этой главой, я хочу затронуть два вопроса.

1) Изменение скорости восприятия:

Ещё одним важным следствием относительности является изменение скорости нашего восприятия. Представим, что вместо маятниковых часов выше находится телевизор. Для наблюдателя скорость смены изображений на телевизоре будет разной, если наблюдатель приближается к телевизору, и разной, если наблюдатель удаляется от него.

Представим, что наблюдатель движется к яблоне и в это время яблоко отрывается от ветки и падает. Для наблюдателя скорость падения яблока будет быстрее обычного. Если наблюдатель удаляется от дерева, скорость падения яблока будет медленнее. Относительность приводит к действительно интересным результатам. (Animated Figure 5)

Закон Alice Мы видим, что события по направлению движения (приближение) происходят быстрее, а события в противоположном направлении движения (удаление) — медленнее.

Чем ближе разница скоростей между системами отсчёта к скорости света, тем сильнее проявляются эффекты относительности. В разделе о одновременности я рассмотрю это более подробно. Информацию по этому вопросу можно найти в программе Закон Alice Version 5.

2) Связь эффекта Допплера с деформацией времени

Эффект Допплера, наблюдаемый в электромагнитных волнах, напрямую связан с математикой (c+v)(c-v) Закона Alice; он является её следствием. Эффекты относительности (деформация времени, скорость восприятия, деформация пространства и т.д.) можно легко вычислять, используя уравнения Допплера. Величина изменения длины волны или частоты электромагнитных волн является мерой того, в какой степени проявляются эффекты относительности.

Закон Alice Эффект Допплера, наблюдаемый в электромагнитных волнах, является прямым доказательством Закона Alice и математики (c+v)(c-v).

Механизм возникновения эффекта Допплера в Законе Alice виден со всей ясностью. Информацию по Допплеру вы можете найти в моих публикациях “DOPPLER EFFECT и ОСОБАЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТЬ” и “СВЯЗЬ МЕЖДУ ЭФФЕКТОМ ДОППЛЕРА И ОСОБОЙ ОТНОСИТЕЛЬНОСТЬЮ”. К теме Допплера я вернусь в одной из следующих частей этой серии.

19 мая 1919 Дата публикации этой статьи пришлась на 19 мая. Турецкая молодёжь, поздравляю вас здесь с «Днём памяти Ататюрка, молодёжи и спорта». С возрастом человек всё лучше понимает, что Мустафа Кемаль Ататюрк был великим лидером и мировым лидером. Дорогая молодёжь, ваша молодость будет красивее с ним, ваш ум ярче, а ваши мысли намного глубже.

Публикации на Aliceinphysics.com, связанные с этой главой:

• Особая относительность и синхронизация времени
• Причина под особой относительностью
• Закон Alice – манифест
• Hayalet и Pınar (изображение и источник)
• Doppler effect и особая относительность
• Связь эффекта Допплера и особой относительности
• Alice Law Version 5
  
  

Han Erim