Всё, что движется. Прогулки по беспокойной Вселенной от космических орбит до квантовых полей

Как я уже признавался, вместо «наблюдатель» надо говорить «система отсчета». «Развертка» пространственных событий в пространство-время, мыслимое как четырехмерное пространство, называется пространством Минковского, а линии в нем, являющиеся разверткой движения в трехмерном пространстве, называются мировыми линиями. Сергей Нечаев подверг критике мое отношение к возможности представить себе четырехмерное пространство; в качестве полезного средства для развития четырехмерной интуиции он обращает внимание на четырехмерный куб, про который многое можно сказать и даже нарисовать (см., например, https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D1%81%D1%81%D0%B5%D1%80%D0%B0%D0%BA%D1%82). Обычные и гиперболические повороты в пространстве-времени называются преобразованиями Лоренца; собственно гиперболические – бустами. Все преобразования Лоренца сохраняют интервал, вместо чего мне пришлось сказать «скорость света», что почти то же самое после небольшой цепочки рассуждений (к интервалу мы еще вернемся через одну прогулку). Единицы, «в которых масса протона примерно равна 938,272», – это мегаэлектронвольты.

Книга Леонида Пономарева [22] еще встретится нам на следующих прогулках, а приведенная цитата из нее – часть захватывающей истории о том, как идея об извлечении энергии из деления ядер внезапно перешла из разряда невозможных во вполне реальные. Там же в больших подробностях рассказано о термоядерном синтезе на Солнце: какие процессы приводят к превращению водорода в гелий.

Едва ли какая-нибудь еще книга для первого знакомства с теорией относительности сравнится с «Теорией относительности для миллионов» Гарднера [9]. Следующей вехой в развитии знакомства со специальной теорией относительности для меня стала книга [32]. Стиль, которым она написана, сейчас не выглядит слишком необычным, но в момент появления книги (оригинальное издание вышло в 1966 г.) он, несомненно, должен был обращать на себя внимание. Среди прочего книга содержит обширные фрагменты, доступные более широкому читателю; правда, они перемешаны со всем остальным. Ее идеологическим продолжением явилось изложение разнообразных аспектов общей теории относительности [18] (оригинал этой книги вышел в 1973 г.); там, в частности, рассматривается движение в постоянно ускоряющейся ракете. Горизонт, возникающий для ускоренного наблюдателя, называется горизонтом Риндлера. Эта тема привлекала к себе внимание немалое число раз, одно из изложений доступно на странице Грэга Игана [64] – автора фантастического романа, где звездолет носит название «Риндлер».

С сокращением продольных длин связана отдельная тема, обсуждение которой сильно увело бы в сторону, но которую следует хотя бы назвать – то, как выглядит пролетающее мимо протяженное тело. Здесь возникает дополнительный эффект из-за того, что в глаз наблюдателя или объектив фотоаппарата «сейчас» приходит свет, испущенный разными частями тела в разные моменты недавнего прошлого, и в результате изображение на сетчатке или на матрице фотоаппарата оказывается довольно неожиданным. Это явление известно как эффект Пенроуза – Террелла и включает в себя далеко не только сокращение продольных расстояний. (А чтобы зафиксировать сокращение продольных расстояний само по себе, не отягощенное «фотографическим» эффектом, длину движущейся ракеты надо определять не на глаз или по фотографии, а по щелканью датчиков, которые срабатывают, когда вплотную к ним пролетают нос и корма ракеты.)

Рассуждения, приводящие к формуле E = mc² исходя из картины, представленной на рис. 5.7, приведены в [69] (они несколько спрямляют исходные рассуждения Эйнштейна). Там обсуждаются и другие аспекты Самой знаменитой формулы. Прецизионные измерения, подтверждающие теорию относительности уже на «бытовых» скоростях, описаны в работе [56]. Ион может поглощать свет, частота которого совпадает с одной из «внутренних» частот этого иона; но на частоту – количество колебаний в единицу времени – оказывает воздействие темп, с которым течет время. Один из ионов (в ионной ловушке и со множеством других хитрых подробностей) приводился в движение, после чего измерялась частота поглощаемого им света. Она оказалась отличной от частоты, которую поглощает неподвижный ион. Различие в частотах можно перевести в различие в ходе времени. Впечатляющие экспериментальные возможности позволили обнаружить замедление времени в число раз, близкое к 1,000000000000005 (14 нулей). Отличие от единицы ничтожно, но оно есть и оказалось в точности таким, какое ожидалось. Эксперимент по «еще одной», методической, проверке независимости скорости света от скорости источника описан в [1]. Менее специализированное изложение доступно на сайте https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/431608.