Теория Эйнштейна. Ученые рассказали, что "ощущает" фотон, летящий со скоростью света

Специальная теория относительности Эйнштейна описывает, как по мере приближения любого объекта к скорости света время замедляется, а расстояния сокращаются. Поэтому частица света фотон, движущийся со скоростью света, воспринимал бы свое путешествие как мгновенное перемещение, существующее одновременно везде на своем пути. Физик Дон Линкольн рассказал изданию Big Think, что может "ощущать" фотон во время движения со скоростью света. Пока что мы имеем более четкое представление лишь о том, что происходит с объектом, который перемещается в космосе с немного меньшей скоростью.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Нельзя лететь так быстро. Можно только свету

Согласно современным научным представлениям, ничто в нашей Вселенной не может перемещаться в пространстве быстрее скорости света, которая составляет 300 тысяч км/с. По словам Линкольна, физики имеют достаточно хорошее представление о том, что происходит с объектом во время движения вплоть до значения 99,99% от скорости света благодаря специальной теории относительности Эйнштейна. Но как насчет скорости света? Что испытывает сам свет? Как частица света "воспринимает" время и пространство?

Согласно теории относительности Эйнштейна, при скоростях ниже скорости света уравнения Эйнштейна дают предсказания длины и продолжительности, которые, по крайней мере, физически возможны. А на скоростях, превышающих скорость света, уравнения делают совершенно бессмысленные предсказания. Со скоростью света в уравнениях появляются бесконечности, а они не являются физическими, поэтому это означает, что уравнения не работают для этой скорости.

То есть уравнения пространства и времени Эйнштейна на самом деле неприменимы к объектам, движущимся со скоростью самого света. Однако мы можем использовать уравнения Эйнштейна, чтобы увидеть, что происходит, когда мы все ближе и ближе приближаемся к скорости света.

Чем быстрее, тем…медленнее?

По словам Линкольна, специальная теория относительности Эйнштейна делает много парадоксальных предсказаний. Возможно, труднее всего принять то, что то, как вы воспринимаете время и расстояние, зависит от того, насколько быстро вы двигаетесь. По мере того, как вы ускоряетесь, время течет медленнее, а расстояния становятся короче.

Ближайшая к нам звезда, Проксима Центавра, находится примерно в четырех световых годах от нас, а это означает, что человек на Земле, увидит, что объекту, движущемуся со скоростью, близкой к скорости света, требуется четыре года, чтобы добраться туда. Однако теория относительности говорит, что путешественник будет испытывать меньше времени.

Если бы кто-то совершил это путешествие со скоростью в 99% от скорости света, то человек на Земле сказал бы, что путешествие заняло четыре года. Однако путешественник сказал бы, что поездка заняла всего семь месяцев. При скорости 99,9% от скорости света путешественник сказал бы, что путешествие заняло чуть больше двух месяцев.

Самая большая скорость, которую смогли достичь ученые в результате экспериментов, была достигнута в лаборатории ЦЕРН, где исследователи разогнали электроны до скорости в 99,999999999% скорости света.

"Представьте, что каким-то образом удалось отправить космического путешественника к ближайшей звезде с такой скоростью. Сколько времени займет путешествие с точки зрения того, кто остался на Земле? Всего 10 минут. Увеличивая скорость все ближе и ближе к скорости света, мы увидим, что уравнения Эйнштейна говорят, что фотон будет испытывать нулевое время на пути от Земли к ближайшей звезде. По сути, он уйдет и прибудет в одно и то же время. Более того, если бы для перехода из одного места в другое требовалось нулевое время, оно одновременно существовало бы во всех промежуточных точках. То есть фотон будет одновременно везде", — говорит Линкольн.

Что "ощущает" фотон на скорости в 300 000 км/с?

Как фотон воспринимает пространство? Например, по мере того, как путешественник движется все быстрее и быстрее, расстояние, разделяющее Землю и далекую звезду, кажется все короче и короче. Там, где человек на Земле видит расстояние в четыре световых года, на самой высокой скорости, которой достигло человечество, путешественник увидит расстояние, которое составляет ничтожную долю от этого. А если бы гипотетический путешественник смог двигаться со скоростью света, то расстояние в этом случае сократится до нуля.

Тот факт, что движущийся объект воспринимает пространство и время иначе, чем стационарный, имеет свои последствия. В то время как мы, люди, видим пространство огромным, "восприятие" фотона совершенно другое. Для фотона Вселенная не имеет размера и времени.

Подробно о скорости света и том, как ее рассчитали и какие значения она имела изначально в представлениях ученых, Фокус уже писал.