Скорость света и время



>И суть простая: мы состоим из атомов, вокруг которых двигаются электроны.
Мы действительно состоим из атомов, но электроны не двигаются вокруг них.
Электрон является частицей атома (Атом это значит неделимый, но название давно устарело и на самом деле в атоме много ещё разного всего находится). Не знаю как там сейчас в физике, но какое-то время считалось, что на электроны тоже действует принцип корпускулярно-волнового дуализма, т.е. электрон является частицей и волной одновременно.

Чтоже касается твоего вопроса — всё движется со скоростью света (и это не имеет ничего общего со светом — потом поясню), да и ты тоже.
Дело в том, что мы воспринимаем время и пространство отдельно и это не правильно. Для Вселенной время и простраство является неразделимым.
В повседневой жизни движение это расстояние пройденное за какое-то количество времени, но на самом деле дистанции и интервалы времени являются одним и тем же, что звучит довольно глупо.
прошёл один метр за один метр — звучит как-то глупо например.
Однако у всего есть разные скорости. Так происходит потому что время и пространство ортагональны (т.е. под прямым углом (как на графике x и y)), как например север и восток. Ты можешь идти на север например и тогда твоё местоположение относительно востока будет неизменным.
Сейчас ты скорее всего сидишь на стуле и твоё положение в пространстве не меняется, т.е. в условиях неделимого пространства-времени, ты движешься только во времени. Собственно так всё и происходит — всё что движется быстрее относительно тебя движется через пространство, но так как всё движется в пространстве-времени, то ему приходится двигаться по оси времени медленнее, чтобы компенсировать скорость в пространстве (относительно тебя).
Свет же не движется относительно времени совсем. Причина сложная, но суть в том, что у света нет массы.
Что-то, что не движется и имеет массу, может иметь энергию, вот что собственно значит формула
E = mc^2, которую наверное все видели. У света нет массы, но есть энергия. Если подставить вместо массы 0, то это не будет иметь смысла, так как у света есть энергия. Следовательно свет не может быть в состоянии покоя с любой перспективы.

Значит свет движется со скоростью с (как ты наверное слышал с — скорость света в вакууме), в реальности же, это скорость, с которой движется ВСЁ и это собственно скорость с которой свет движется через пространство-время, потому что у него нет массы.


Источник: forum.antichat.ru

В современную эпоху люди разработали несколько действительно быстрых устройств. У нас есть невероятно быстрые самолеты, сверхбыстрые истребители, скоростные пассажирские железнодорожные экспрессы и так далее. Тем не менее, во вселенной есть нечто, что движется быстрее всего того, что мы можем создать – это свет.

Возможно, некоторые из вас задумывались – а каково это было бы путешествовать со скоростью света?

И что происходит, когда мы путешествуем со скоростью света? Краткий ответ таков: например, человек, путешествующий с такой скоростью, испытывает замедление времени. Для этого человека время будет двигаться медленнее, чем для того, кто не движется.

До 1900-х годов мир твердо верил в взгляд Исаака Ньютона с точки зрения объектов и гравитации. Однако в 20 веке Альберт Эйнштейн навсегда изменил этот мир.

Теория относительности, выдвинутая Эйнштейном, прояснила многие сомнения относительно массы и энергии. Уравнение эквивалентности массы и энергии доказало, что масса и энергия взаимопревращаемы, а это означает, что масса может быть преобразована в энергию и наоборот.

Он предположил, что нет стандартной системы отсчета. Все относительно – даже время. Исходя из этого, был сделан вывод, что скорость света постоянна и не зависит от наблюдателя. Следовательно, если человек движется со скоростью, равной половине скорости света, в том же направлении, что и сам свет, то луч света для него будет выглядеть так же, как и для неподвижного человека.


Скорость света и время

Что означает эквивалентность массы-энергии?

Это означает, что если объект движется со скоростью, которая составляет 10% от скорости света, то он будет испытывать увеличение своей массы на 0,5% от его первоначальной массы. С другой стороны, если объект путешествовал бы со скоростью 90% скорости света, тогда его масса была бы в 2 раза больше его первоначальной массы.

Скорость света “С” (имеется в виду скорость света в вакууме) — это фундаментальная постоянная, не зависящая от выбора системы отсчёта. Она относится к фундаментальным физическим постоянным, которые характеризуют не просто отдельные тела или поля, а свойства геометрии пространства-времени в целом. А теперь ответим на некоторые вопросы.

Можем ли мы путешествовать со скоростью света?

Нет, к сожалению мы не можем путешествовать со скоростью света.

Видите ли, если объект движется со скоростью света, его масса будет расти в геометрической прогрессии! Подумайте об этом – скорость света составляет около 299 792 километров в секунду  (1.079.252.848,8 км. в час) и когда объект движется с такой скоростью, его масса становится бесконечной.

Поэтому для перемещения объекта потребуется бесконечная энергия, что невозможно. Вот почему ни один материальный объект не может двигаться со световой скоростью или со скоростью, превышающей скорость света.


Скорость света и время

Сколько понадобиться времени, чтобы преодолеть расстояние в один световой год? (световой год – это расстояние, которое свет проходит в вакууме за один год, около 10 триллионов километров).

На световой скорости: один год
На половине скорости света: два года
Корабли Breakthrough Starshot, что будут путешествовать со скоростью 0,2с: ~ 5 лет
На скорости самого быстрого за всю историю человека искусственного объекта (Гелиос 2,): ~ 4.269 лет
При скорости атома водорода в ядре Солнца: ~ 15.500 лет
На максимальной скорости ракеты Saturn V, которая доставила человека на Луну: ~ 108.867 лет
На скорости самого быстрого самолета в мире: ~ 305.975 лет
На скорости звука: ~ 882327 лет
На скорости автомобиля по шоссе: ~ 8.388.270 лет
При скорости ходьбы : ~ 215.993.799 лет
В темпе улитки: ~ 83.304.201.370.000 лет

Сколько времени займет путешествие на расстояние одного светового года со скоростью в одну десятую скорости света? 


Логично предположить, что путешественнику понадобиться десять лет.

Однако, странные вещи могут случаться, когда вы путешествуете со скоростью, близкой к скорости света.

Допустим, космонавт находится на космическом корабле, движущемся со скоростью в одну десятую скорости света, и он покидает Землю и летит на какую-то гипотетическую планету на расстоянии одного светового года.

Скорость света и время
© Pixabay License

Наблюдатель остается на Земле и смотрит, как путешествует космонавт. И действительно, с точки зрения наблюдателя, космонавту понадобится десять лет, чтобы добраться до этой планеты. Но поскольку путешественник движется с субсветовой скоростью, время течет медленнее для него, чем для наблюдателя.

То есть каждый раз, когда часы на Земле отсчитывают минуту, на космическом корабле часы проходят чуть меньше одной минуты.

Это означает, что с точки зрения путешественника (на космическом корабле) понадобится менее десяти лет, чтобы добраться до пункта назначения!


Разница в этом случае довольно мала: она составляет около 99,4% из десяти лет. Это означает, что космический полет окажется примерно на двадцать дней короче, чем для наблюдателя на Земле.

Существует уравнение для расчета замедления времени с учетом относительной скорости объекта:

Δ?′= Δ?0 / √1− ?2 / ?2

Где Δ?0 – временной интервал путешественника (называемый собственным временем), Δ? ′ – временной интервал Земли, ? – скорость путешественника (на который ссылается Земля), а ? – скорость света.

Для повседневных скоростей (например, скорости самолета) ? мала, поэтому эффекты замедления времени незначительны. Но если мы двигаемся со скоростью больше чем 1/10 скорости света, мы начинаем видеть заметные эффекты.

Что если мы будем двигаться почти со скоростью света?
Если мы говорим о скорости, почти равной скорости света, скажем, 90% скорости света, то будут весьма интересные наблюдения.

Скорость света и времяС одной стороны, человек, путешествующий с такой скоростью, испытает замедление времени. Для этого человека время будет идти медленнее, чем для того, кто не движется.

Например, если человек путешествует в космосе со 90% скорости света, то для этого человека будут проходить только 10 минут времени, в то время как для наблюдателя на Земле пройдет 20 минут. Время будет сокращено вдвое!


Кроме того, поле зрения космического путешественника резко изменится. Мир предстанет перед ним через окно в форме туннеля перед космическим кораблем, в котором он путешествует. Кроме того, звезды впереди будут казаться голубыми, а звезды позади – красными.

Это связано с тем, что световые волны от звезд перед кораблем будут собираться вместе, в результате чего объекты будут казаться синими, а световые волны от звезд за кораблем будут расходиться и выглядеть красными, вызывая экстремальный эффект Доплера.

После определенной скорости космический путешественник увидит только черноту, потому что длина волны света, попадающего на его глаза, будет вне видимого спектра.

Но эффект замедления времени усиливается, если двигаться все быстрее и быстрее. Скажем, космический корабль летит со скоростью 99,999999% от скорости света – тогда, с точки зрения наблюдателя на Земле, космонавт в основном движется со скоростью света, и ему понадобится один год, чтобы добраться до планеты, расположенной на расстоянии одного светового года.

Скорость света и время

Но с точки зрения космонавта, такое путешествие займет только чуть более часа! Этот эффект называется релятивистским замедлением времени, и он связан со многими другими странными вещами, которые происходят, когда объекты движутся с релятивистскими скоростями (то есть со скоростями, близкими к скорости света).


Эти понятия замедления времени и специальной теории относительности особенно интересны для размышления. Например, если в один прекрасный день у нас развивается скорость, близкая к скорости света, мы можем двигаться «вперед» во времени относительно Земли.

Космонавт может путешествовать в течение нескольких месяцев или лет на своем космическом корабле и вернуться на Землю, чтобы обнаружить, что все остальные постарели на десятилетия или столетия!

Другая возможность состоит в том, что те путешественники, которые исследуют глубокие просторы космоса, смогут перемещаться на большие расстояния, не состарившись, и все благодаря замедлению времени. Вы сами можете посчитать, как зависит течение времени от скорости:

 

Калькулятор показывает замедление времени для космического путешественника по сравнению с наблюдателем с Земли, где временной интервал – это время, прошедшее на земле, скорость ракеты – это скорость космического корабля и космонавта, а относительное время – это время, которое прошло для космонавта на космическом корабле. Считать можно как в одну, так и в другую стороны.

На калькуляторе вы сможете видеть, что  для того, чтобы разница в двух временных интервалах была заметной, скорость путешественника (скорость ракеты) должна быть чрезвычайно высокой – того же порядка, что и скорость света (299792.4 км/с).


Вот почему релятивистские эффекты настолько противоречивы: мы не можем испытать их в повседневной жизни и не замечаем их.

Конечно, эти эффекты реальны и измеримы. Часы на спутниках идут немного медленнее, чем на поверхности Земли. Как только мы сможем путешествовать со скоростью, достаточно близкой к скорости света – например, при 0,8 С – мы также увидим релятивистский эффект.

Источник: ab-news.ru

Весной 1905 года Альберт Эйнштейн сел на трамвай в нескольких километрах от башни Зитглогге — роскошной башни с часами, которая возвышается над Берном — по дороге домой. Эйнштейн, в то время простой клерк, завершил работу, и ехал в трамвае, думая об истинах Вселенной в свободное время. И один из его мысленных экспериментов, рожденных в том самом трамвае, произвел революцию в современной физике.


Эйнштейн представлял, что произойдет, если трамвай будет ехать со скоростью света. Смотря на башню с часами Эйнштейн понял, что если он будет путешествовать со скоростью 300 000 километров в секунду, стрелки часов, которые так торжественно двигались, будут казаться полностью застывшими.

В то же время Эйнштейн знал, что, если он вернется на башню с часами, их стрелки будут перемещаться обычным образом — время будет идти своим чередом. Однако для Эйнштейна в трамвае время замедлилось. Он пришел к выводу, что чем быстрее вы будете двигаться в пространстве, тем медленнее вы будете двигаться во времени. Как такое вообще возможно?

Дилемма Эйнштейна
На Эйнштейна сильно повлияли работы двух великих физиков. Во-первых, были законы движения, обнаруженные его кумиром, Ньютоном, а во-вторых, были законы электромагнетизма, установленные Максвелом. Однако две теории были противоречивыми. Максвелл постулировал, что скорость электромагнитной волны, такой как свет, фиксирована — невероятные 300 000 километров в секунду. Он утверждал, что это был фундаментальный закон Вселенной.

В то время как закон Ньютона подразумевал, что скорости всегда относительны. Скорость движения машины со скоростью 40 километров в час составляет 40 километров в час относительно стационарного наблюдателя, но только 20 километров в час относительно автомобиля, движущегося рядом с ним со скоростью 20 км/ч. Или, 60 км / ч, если тот же автомобиль ехал в противоположном направлении. Эта концепция относительной скорости несовместима с очевидным фундаментальным фактом Максвелла при применении к скорости света. Это представляло для Эйнштейна тяжелую дилемму.

Противоречие заставило Эйнштейна сделать ошеломляющее, но в то же время одно из самых новаторских утверждений в истории физики — коллокацию утверждений, что, конечно же, не удивительно. Чтобы понять противоречие и, следовательно, почему время замедляется, рассмотрим еще один гениальный мысленный эксперимент, один из лучших у Эйнштейна. Он представил себе человека на платформе станции, по обе стороны от которого ударяют две молнии. Человек, стоя прямо посередине этих двух точек, наблюдает за полученными лучами света с обеих сторон одновременно.

Тем не менее, все становится странным, когда в то же время другой человек в поезде просматривает эту сцену, когда он проезжает мимо нее со скоростью света. Согласно законам движения, свет от молнии ближе к поезду достигнет человека раньше, чем свет от молнии дальше от поезда.

Измерение скорости света, производимого обоими людьми, будет отличаться по величине. Но как это возможно, если вспомнить, что скорость света, по мнению Максвелла, должна быть постоянной, независимо от движения наблюдателя — так называемый «фундаментальный» закон Вселенной?

Чтобы компенсировать это расхождение, Эйнштейн предположил, что само время замедляется, так что скорость света оставалась постоянной! Время для человека в поезде проходило медленнее относительно времени для человека на платформе. Эйнштейн назвал это расширением времени.

Гравитационное время
Эйнштейн назвал свою теорию специальной теорией относительности. Это было что-то особенное, потому что оно касалось постоянных скоростей. Чтобы примирить ее с реальным миром, где объекты все время ускорялись и замедлялись, ему нужно было исследовать последствия своей теории, когда речь шла об ускорении. Эта попытка обобщить и объяснить все явления привела его к открытию взаимосвязи между временем и гравитацией; он назвал эту новопринятую теорию гравитации «Общая теория относительности».

Ньютон считал, что поток времени был как стрела; он двигался непоколебимо только в одном направлении — вперед. Эйнштейн в том трамвае предположил, что время изменяется обратно пропорционально скорости. Фактически, Эйнштейн утверждал, что время дополняло пространство, в гибкой четырехмерной модели, на которой разворачивались события Космоса.

Он назвал эту модель пространством-временем (пространственно-временной континуум). Когда Эйнштейн опубликовал свою работу, он получил реакцию, которую можно было бы ожидать, когда будет опубликована такая феноменальная работа — недоверие.

Согласно общей теории относительности, материя растягивает и сжимает ткань пространства-времени, так что объекты таинственным образом не тянутся к центру Земли, а скорее отталкиваются вниз деформированным пространством над ними. Имитируя наклон, кривизна пространства-времени ускоряет объекты, которые движутся вниз, хотя скорость этого ускорения не одинакова во всех точках. Сила тяжести сильнее по отношению к поверхности Земли, где кривизна более интенсивна, чем на ее окраинах.

Хотя это и не совсем корректно, аналогия батута — самый простой способ объяснить деформирование пространства-времени из-за присутствия большой массы.

Если сила тяжести возрастает по мере продвижения вниз, то свободный объект падает быстрее в точке на поверхности, скажем, точке B, чем на большей высоте, скажем, точке А. Для объекта в свободном падении, согласно специальной теории относительности, время в B должно проходить относительно медленнее, чем оно будет проходить в A, потому что скорость объекта быстрее в точке B.

Что такое время?
Какое время тогда является правильным? Ну, ни одно из них. Эйнштейн выяснил, что нет абсолютного времени. Время является относительным в зависимости от системы сил, которым подчиняется, формально известной как система отсчета. Время, идущее в вашем собственной системе, известно как правильное время.

Если законы движения должны быть одинаковыми для всех наблюдателей, независимо от их движения, то время должно замедляться, так что чем быстрее вы двигаетесь, тем медленнее ваши часы работают относительно других часов. Это то, что Энн Хэтэуэй упоминала в фильме «Интерстеллар», когда она сказала Мэтью Макконахи, после посадки на далекую планету возле черной дыры: «Один час на этой планете равен семи годам на Земле.”

Еще раз обратимся к мысли Эйнштейна в трамвае. Является ли появление более медленных часов ограничением нашего примитивного сознания, или время действительно замедляется? И что означает замедление времени? Капризность времени заставляет нас спросить – а что такое само время? Это не простой вопрос —  понятие времени озадачивало философов и физиков с древности.

Основной функцией времени является хронологическое отслеживание событий. Однако не считая последних 400 лет люди определяли время, исходя из предположения, что вокруг нас движутся Солнце и звезды, а не Земля вращается вокруг Солнца. 

Несмотря на неверное основание для своего вывода, «время» все равно работало хорошо. Это происходило так, потому что дни и времена года повторялись предсказуемо, а когда у вас есть что-то, что повторяется предсказуемо, у вас есть механизм хронометража.

Галилей использовал рекурсивный характер такого механизма для вычисления движения. Описание движения было бы невозможно без какой-либо ссылки на время. Однако это время никогда не было абсолютным.

Даже когда Ньютон формулировал законы движения, он использовал понятие времени, в котором двое часов не идут с абсолютным, независимым временем, а, скорее, они зависимы друг с другом. Синхронизация — причина, по которой мы построили очень сложные и точные атомные часы.

Такое понятие времени строится на одновременности или критическом совпадении двух событий, таких как прибытие поезда и уникальное выравнивание стрелок часов, когда поезд прибывает на станцию. Теория Эйнштейна утверждает, что эти совпадения должны зависеть от того, как человек движется. Если два наблюдателя на платформе и в поезде не могут договориться о том, что происходит одновременно, они не могут договориться о том, как течет само время!

Для понимания влияния движения рассмотрим простейший механизм хронометража. Представьте себе хронометражный аппарат, состоящий из фотона, который отражается взад и вперед между двумя удаленными зеркалами.

Давайте согласимся, что одна секунда проходит каждый раз, когда фотон отражается. Теперь повесьте двое таких часов в точках A и B выше и на поверхности Земли (обсуждалось в предыдущем разделе), и пусть они измеряют время, когда свободно падающий объект пролетает мимо них. Свободно падающий объект измеряет время, проходящее в его собственной системе отсчета с аналогичными часами. Что они измеряют?

Наблюдение отражения фотона между двумя движущимися зеркалами аналогично наблюдению теннисного мяча, прыгающего в движущемся поезде. Несмотря на то, что мяч прыгает перпендикулярно для кого-то в поезде, для неподвижного наблюдателя вне его, мяч отскакивает триангулярно (в треугольниках).

Когда устройство движется вперед, фотон после начала движения, подобно шару, перемещается на большее расстояние после его отражения. Поэтому наше измерение времени исказилось! Более того, чем быстрее движется аппарат, тем дольше фотон отражается, тем самым растягивая длительность секунды!

Вот почему течение времени в точке B оказывается медленнее, чем в точке A (вспомните, как из-за силы тяжести объект падает быстрее в точке B, чем в точке A). Эта графика показывает треугольное движение фотона и, следовательно, задержку времени.

Конечно, разница бесконечно мала. Разница между временем, измеренным часами на вершинах гор и на поверхности Земли, составляет наносекунды. Тем не менее, открытие Эйнштейна — не что иное, как великое событие. Гравитация действительно препятствует потоку времени, что означает, что чем более массивный объект, тем медленнее течет время в его окрестностях.

Замедление времени влияет на каждый процесс, независимо от того, зависит ли оно от простейшего электромагнитного явления или сложной комбинации электромагнетизма и законов движения Ньютона. Общность универсальности относительности обеспечивает это. На самом деле даже биологические процессы, а следовательно, и время, изменяется. Да … и наша голова немного старше наших ног!

Источник: zen.yandex.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.