Противоречия, вызванные движением быстрее света

Чтобы идея привела к логическому противоречию, должно быть что-то , чему она противоречит. Поскольку идея путешествия со скоростью, превышающей скорость света, логически мыслима, она не имеет внутреннего противоречия и, следовательно, не имеет априорного противоречия . Таким образом, мы имеем следующий ответ.

Вопрос: Путешествие/общение со скоростью, превышающей скорость света, приводит к логическому противоречию? Ответ: Нет, потому что это не противоречивая идея.

Единственный другой способ прийти к противоречию для нас — это более быстрое, чем скорость света, путешествие/общение, противоречащее чему-то другому . Очевидным кандидатом является специальная теория относительности. Итак, теперь мы сводим наш вопрос к тому, нарушает ли специальная теория относительности путешествия/общение со скоростью, превышающей скорость света? Как я объясню ниже, путешествие/общение со скоростью, превышающей скорость света, не противоречит специальной теории относительности. Таким образом, мы имеем следующий ответ.

Вопрос: Путешествие/общение со скоростью, превышающей скорость света, противоречит специальной теории относительности? Ответ: Нет, но здесь есть интересные последствия, которые заставляют людей думать, что это маловероятно. Путешествие/связь со скоростью, превышающей скорость света, предполагает либо (1) путешествие/связь с прошлым, либо (2) специальная теория относительности неверна. Поскольку люди думают, что специальная теория относительности описывает мир, и поскольку люди думают, что путешествие/общение в прошлое маловероятно , отсюда следует, что люди думают быстрее, чем скорость света, путешествие/общение маловероятно . (И если вы считаете, что специальная теория относительности верна и путешествие/сообщение в прошлое невозможно , то вы логически сделаете вывод, что путешествие/сообщение быстрее скорости света невозможно.невозможно .)

Здесь я объясняю вывод из приведенного выше ответа.

Два события$(t_{1}, x_{1}, y_{1}, z_{1})$и$(t_{2}, x_{2}, y_{2}, z_{2})$называются времениподобными разделенными, если

Два события, которые подобны времени или свету, разделены, — это те, для которых вы можете перейти от одного к другому со скоростью, меньшей или равной скорости света. Разделенные события, подобные пространству, — это те, которые слишком далеки по сравнению со временем, которое вам нужно пройти, чтобы добраться от одного до другого.

Основная предпосылка специальной теории относительности состоит в том, что законы физики инвариантны относительно преобразований Лоренца. В пассивном смысле преобразования Лоренца — это просто замена координат. Это означает, что если$K$- одна инерциальная система координат, и$L(K)$- другая система координат, полученная преобразованием Лоренца$L$, основные уравнения движения должны иметь один и тот же вид независимо от того, записаны ли они в координатах$K$или координаты$L(K)$.

Чтобы привести соответствующий пример, чтобы сделать это более понятным, рассмотрите возможность использования инерциальной системы координат.$K$и рассмотрим поворот координат на любой угол$\theta$о$z$-ось, чтобы получить новые координаты$R(K)$. Это также изменение координат, и, поскольку у Вселенной нет никакого «внутренне предпочтительного направления», не имеет значения, написали ли мы законы физики относительно$K$или$R(K)$. Следовательно, законы физики инвариантны относительно вращения.

Чтобы понять преобразования Лоренца, лучше сначала подумать о преобразованиях Галилея. Преобразование Галилея — это просто изменение скорости координат (поэтому, если у вас есть инерциальная система координат, а другая инерциальная система координат проходит мимо с постоянной скоростью, две системы координат различаются на преобразование Галилея), и классическое представление о том, что физика инвариантна относительно преобразований Галилея, заключается в том, что абсолютная скорость не имеет смысла.

Преобразование Лоренца похоже на преобразование Галилея, за исключением того, что оно смешивает временные и пространственные координаты. Эйнштейн обнаружил, что при ближайшем рассмотрении физика является инвариантом не Галилея, а Лоренца. Инвариантность при частичном смешении временных и пространственных координат приводит к замедлению времени, лоренцеву сжатию и неизменности скорости света, но более всего она приводит к мысли, что разные инерциальные системы координат будут расходиться в упорядочении пространства . как отдельные события.

Если события$A$и$B$пространственно-подобные разделены, одна система координат могла бы сказать$t_{A} > t_{B}$, но другая система координат может сказать$t_{A} < t_{B}$. Однако это не проблема, потому что между пространственно-подобными разделенными событиями не может быть никакой связи. Кроме того, времяподобные и светоподобные разделенные события никогда не меняют порядок. Таким образом, причинность всегда сохраняется.

Теперь проблема со сверхсветовой связью (любой) заключается в том, что она включает в себя отправку сигналов между пространственно-подобными разделенными событиями. скажем$A$и$B$пространственно-подобно разделены, и я посылаю сигнал из$A$к$B$. В одной инерциальной системе координат$t_{A} < t_{B}$и я послал сигнал с места$A$к местоположению$B$в определенный период времени. Но в другой инерциальной системе координат,$t_{A} > t_{B}$, и я послал сигнал с места$A$к местоположению$B$ в прошлое.

Но если посылка сигналов в прошлое возможна в одной инерциальной системе координат, то в силу лоренц-инвариантности это должно быть возможно сделать в любой инерциальной системе координат. Таким образом, выполняя то же самое, что я сделал на мероприятии$A$, человек на мероприятии$B$может послать этот сигнал обратно в свое прошлое, и, по сути, достигается форма путешествия во времени, ведущая к парадоксу дедушки .

Теперь парадокс дедушки не является противоречием сам по себе, потому что возможно, что мы детерминистически обречены избегать создания различных парадоксов на нашей временной шкале, но сама идея отправки сигналов в прошлое слишком сложна, чтобы ее развлекать.

Если передача сигналов со скоростью, превышающей скорость света, возможна, есть и другая возможность, заключающаяся в том, что лоренц-инвариантность нарушена и что в конце концов действительно существует абсолютная система координат. Если вы вернетесь к моим рассуждениям, то обнаружите, что лоренц-инвариантность была ключевым компонентом$(1)$изменение порядка событий$A$и$B$, и$(2)$обобщая «отправку сигнала назад во времени в соответствии с одной системой координат» до «отправки сигнала назад во времени в любой системе координат». Если законы физики в конечном счете зависят от абсолютной системы координат, то можно посылать сигналы быстрее света в соответствии с этой единственной системой координат без каких-либо путешествий во времени назад.

Таким образом, если бы существовала связь быстрее скорости света, то либо специальная теория относительности неверна и существует абсолютная система отсчета, либо возможна передача сигналов в прошлое. Поскольку у нас нет причин думать, что специальная теория относительности неверна, и нет причин думать, что передача сигналов в прошлое возможна, мы приходим к выводу, что связь быстрее скорости света, вероятно, невозможна .

В конечном счете, это зависит от того, какие эмпирические данные покажут нам в будущем. Возможна любая из упомянутых мною возможностей (без логических противоречий), но до тех пор можно сказать немногое.

Ответ Максимального Идеала рассматривает проблему с точки зрения специальной теории относительности, но это не убедит того, кто сомневается в истинности СТО (и действительно, теория относительности — всего лишь теоретическая модель, и, несмотря на ее убедительные доказательства, нет причин Предположим, это полная картина).

Тем не менее, у нас есть довольно убедительные экспериментальные доказательства того, что сверхсветовое путешествие маловероятно. В ускорителях частиц мы пытались толкать различные частицы все быстрее и быстрее, и так получилось, что независимо от того, что вы делаете, вы не можете ускорить их быстрее, чем$c$. Мы можем разогнать массивные частицы до скорости 99,99% с, но каким-то образом мы никогда не сможем сделать их равными$c$, не говоря уже о большем. Оказывается, на такой скорости в природе существует вполне реальная «стена». И это чисто экспериментальное свидетельство, так что вам не нужно даже предполагать СТО.

Кроме того, все частицы, образующиеся при столкновениях ускорителей, также движутся со скоростью$c$(если они безмассовые) или под$c$. И, кроме того , все частицы, обнаруженные нами в космосе, даже самые высокоэнергетические, происходящие от квазаров или слияний черных дыр и т. д., обладающие энергиями, намного превышающими то, на что мы способны, движутся со скоростью, равной или меньшей чем$c$. Несколько лет назад было некоторое волнение по поводу возможности открытия нейтрино, которые путешествуют немного$c$, но «открытие» оказалось просто экспериментальной ошибкой.

Поэтому, если вы хотите утверждать, что сверхсветовые путешествия возможны, для этого потребуются частицы, которые мы просто еще не открыли, подчиняющиеся законам, которые нарушают все законы, для которых у нас есть убедительные доказательства. Вероятно, именно это имеет в виду Грин, когда говорит: «Мы не знаем механизма».

(Предполагая, что вас устраивает электромагнитное замедление времени) Простой мысленный эксперимент, о котором я думал некоторое время назад, выглядит следующим образом:

Рассмотрим объект A, который движется с ускорением вперед и назад, создавая электромагнитное излучение.

Затем объект B движется НАМНОГО быстрее света.

По остальной рамке излучателя света l. Объект Б НИКОГДА не почувствует электромагнитных полей, создаваемых ускоряющим зарядом. поскольку в соответствии с этой системой отсчета поле в точке «обновляется» только после того, как произошло расстояние / c секунд (время, необходимое свету, чтобы достичь его), что можно легко увидеть из поля, оцененного в запоздалое время. Это означает, что он, по сути, опережает электромагнитную волну. Это означает, что он не почувствует силы

В кадре покоя объекта B объект B теперь находится в покое, а излучатель движется со скоростью, намного превышающей скорость C. При T=0 излучатель излучает свет и находится, например, в 1 метре от объекта B, согласно ЭТОМУ кадру. Поле, создаваемое излучателем, достигнет объекта B через 1 м/c секунд, так как это запаздывающее время в этой системе отсчета.

В сценарии 1 объект никогда не чувствует никакой силы. И в кадре 1 объект чувствует силу. Почти мгновенно.

Тот же самый мысленный эксперимент может дать вам интуитивное представление о замедлении времени, как в сценарии 1, если бы объект двигался прямо под C , этому кадру потребовалось бы ОЧЕНЬ много времени, чтобы измерить, что свет достиг его. Но в движущейся рамке это бы сказало, что это почти не заняло времени. Кроме того, движущаяся рамка воспринимает время медленнее, поскольку для них 1 секунда, например, 100 секунд для неподвижной рамки.

Я думаю, вы упускаете из виду самое фундаментальное из логических противоречий, а именно то, что ваша предпосылка несовместима с природой объяснения, которое вы ищете.

Представьте, что вы стоите на идеальной сфере — вокруг вас во всех направлениях и на фиксированном расстоянии находится горизонт. Вы никогда не сможете достичь горизонта. Как бы быстро вы ни двигались, как долго и в каком направлении, горизонт всегда остается недоступным. То же самое и со скоростью света. Спрашивать, что произойдет, если вы превысите скорость света, все равно что спросить, что произойдет, если вы сможете достичь горизонта: невозможно дать осмысленный ответ, основанный на правилах физики, потому что ваша предпосылка предполагает, что они больше не применимы.

Чтобы превысить скорость света, вам пришлось бы затратить больше, чем бесконечное количество энергии, а количество, превышающее бесконечность, является логическим противоречием.

Если бы вы могли волшебным образом превысить скорость света, вы могли бы оказаться в нескольких местах одновременно, поскольку вы могли бы перемещаться между несколькими местами до того, как изображение вас в любом из них достигло бы наблюдателя.

Вы сможете увидеть события, идущие в обратном направлении, так как вы сможете обогнать свет от более раннего события после просмотра света от более позднего - этот эффект испортит впечатление от просмотра фильма с приостановкой, поскольку вы будете знать концовку. прежде чем увидеть начало.

Другое противоречие возникло бы из закона сложения скоростей, вследствие которого два человека, каждый из которых движется со скоростью, превышающей скорость света, от неподвижного центра, но в противоположных направлениях, показались бы третьему наблюдателю движущимися со скоростью, меньшей скорости света. света относительно друг друга. У меня нет ни времени, ни силы воли, чтобы попытаться понять последствия этого, но я подозреваю, что они покажутся странными.