Физика пространства - времени

б) Как можно заключить по наблюдению света, испускаемого звёздами, что Вселенная расширяется? Обсуждение: В раскалённых звёздах атомы испускают свет различных характерных для этих атомов частот («спектральные линии»). Мы можем измерять на Земле наблюдаемый период колебаний для каждой спектральной линии приходящего от звёзд света. По расположению этих спектральных линий мы можем установить, с излучением какого элемента мы имеем дело. Атомы этого же элемента можно возбуждать в лабораторных условиях, где они в состоянии покоя излучают свет, спектральные линии которого характеризуются собственным периодом, и мы можем его измерить. Используйте теперь результаты части (а) этого упражнения и опишите, как сравнение наблюдаемого периода колебаний для спектральных линий приходящего от звёзд света с собственным периодом колебаний для спектральных линий света, излучаемого покоящимися атомами в лаборатории, даёт величину скорости удаления звёзд, излучающих свет. Это наблюдаемое изменение периода, обусловленное движением источника, называется допплеровским смещением (эффектом Допплера). (Более подробное описание его см. в упражнении 75 гл. 2 и последующих упражнениях). Если началом Вселенной был гигантский взрыв, как должны быть связаны друг с другом наблюдаемые скорости разбегания различных звёзд, находящихся на разных расстояниях? Здесь следует пренебречь замедлением скоростей за время разбегания (под действием гравитационного притяжения и пр.), однако мы рассмотрим такое замедление при более полном анализе (упражнение 80). ▼

7. Собственное время и связь

Пусть Солнце испустило световую вспышку, которая была поглощена Луной. Собственное время между моментами испускания и поглощения этой вспышки равно нулю,— верно или ложно это утверждение? Будет ли равно нулю собственное время между двумя событиями (излучением и поглощением), если вспышка подвергалась отражению зеркалами на Луне, прежде чем была поглощена? (Внимание!) Пусть световая вспышка была излучена на Земле и распространяется в воздухе по прямой до другого места на Земле, где она поглощается. (Скорость света в воздухе немного меньше, чем 𝑐) Будет ли равен нулю промежуток собственного времени между излучением и поглощением этой вспышки? ▼

8. Время на сбор информации и на принятие решения

При описании событий мы использовали сеть часов-хронографов. Расположение события отождествляется с расположением ближайших к событию часов, а время события — с тем временем, которое зафиксировали эти часы. Предмет физики — изучение взаимных отношений между событиями. Если аналитико-координационный центр расположен в начале координат сети часов, чему будет равно (в его системе отсчёта) время запаздывания между получением данных для анализа и регистрацией данных на часах на расстоянии 𝑅 от центра? Пусть часы с координатами 𝑥=6⋅10⁹ м, 𝑦=8⋅10⁹ м и 𝑧=0 м регистрируют прохождение метеорита в момент 41⋅10⁹ м времени. Часы с координатами 𝑥=3⋅10⁹ м, 𝑦=4⋅10⁹ м и 𝑧=0 м регистрируют прохождение этого же метеорита в момент 47⋅10⁹ м времени. Наблюдателю в аналитико-координационном центре для принятия мер защиты требуется 3 секунды. Если приведённые выше данные передаются ему световыми сигналами и анализируются сразу же при получении, успеет ли наблюдатель принять меры защиты? ▼

Б. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЛОРЕНЦА (РАЗД. 8 И 9)

9. Лоренцево сокращение — подробный пример

Пусть ракета снабжена метровым стержнем, который наблюдается в лабораторной системе отсчёта (лабораторной системе стержней и часов). В чём будет состоять отличие заключений наблюдателя в лаборатории относительно длины метрового стержня от того, что предсказывала дорелятивистская физика? Мы разобьём этот обширный вопрос на четыре части.

а) Как поставленный здесь вопрос о длине может быть переформулирован в вопрос о разделении двух событий? Замечание. Оба конца метрового стержня прочерчивают в пространстве-времени свои мировые линии. Однако каждая мировая линия — это последовательность бесконечного числа событий. Как же разумным образом выбрать именно ту пару событий, которая даёт необходимую информацию о наблюдаемой длине метрового стержня?