Замёрзло бы время, если бы вы могли путешествовать со скоростью света?

Я с интересом читал о теории относительности Эйнштейна и его предположении, что скорость света является универсальным пределом скорости.

  1. Итак, если бы я путешествовал на космическом корабле со скоростью (практически) света, замерз бы я и перестал двигаться?

  2. Вселенная вокруг меня замерзнет и перестанет двигаться?

  3. Для кого остановилось бы время?

Ответы (10)

У такого рода вопросов длинная и почетная история. Будучи молодым студентом, Эйнштейн пытался представить, как будет выглядеть электромагнитная волна с точки зрения мотоциклиста, едущего рядом с ней. Но теперь мы знаем, благодаря самому Эйнштейну, что говорить о таких наблюдателях на самом деле не имеет смысла.

Самый простой аргумент основан на позитивистской идее о том, что понятия что-то значат только в том случае, если вы можете определить, как их измерять операционально. Если мы примем эту философскую позицию (которая ни в коем случае не совместима с каждой концепцией, которую мы когда-либо обсуждали в физике), то нам нужно иметь возможность физически реализовать эту систему отсчета в терминах наблюдателя и измерительных устройств. Но мы не можем. Потребовалось бы бесконечное количество энергии, чтобы разогнать Эйнштейна и его мотоцикл до скорости света.

Поскольку аргументы позитивизма часто могут уничтожить совершенно интересные и разумные концепции, мы могли бы спросить, есть ли другие причины не допускать таких фреймов. Есть. Одной из самых основных геометрических идей является пересечение. В теории относительности мы ожидаем, что даже если разные наблюдатели не согласны во многих вещах, они согласны в отношении пересечения мировых линий. Либо частицы столкнулись, либо нет. Стрела либо попала в яблочко, либо нет. Таким образом, хотя общая теория относительности гораздо более снисходительна, чем ньютоновская механика, в отношении изменений координат, существует ограничение, согласно которому они должны быть гладкими, взаимно однозначными функциями. Если бы существовало что-то вроде преобразования Лоренца для v=c, оно не было бы взаимно однозначным, поэтому оно не было бы математически совместимо со структурой теории относительности.

Что, если бы система взаимодействующих безмассовых частиц обладала сознанием и могла бы вести наблюдения? Аргумент, приведенный в предыдущем абзаце, доказывает, что это невозможно, но давайте будем более явными. Есть две возможности. Скорость V центра масс системы либо движется в направлении c, либо нет. Если V=c, то все частицы движутся по параллельным линиям, а значит, не взаимодействуют, не могут производить вычисления и не могут иметь сознание. (Это также согласуется с тем фактом, что собственное время s частицы, движущейся в точке с, постоянно, ds = 0.) Если V меньше, чем с, то система отсчета наблюдателя не движется в точке с. В любом случае, мы не получим наблюдателя, движущегося в точке c.

«не может быть сознательным» — это довольно смелый скачок, учитывая тот факт, что никто не имеет ни малейшего представления о том, что такое сознание, как оно возникает и что во вселенной его переживает. Итак, если вы скажете, что наши жалкие умы просто не могут визуализировать парадокс, потому что мы не были созданы для этого, это нормально, но декретировать, что сознание не может возникнуть в фотоне, — это в значительной степени словарное определение напрашивающегося вопроса. .
@Евгений Симкин - Хотя я не биолог, я не понимаю, как любая известная форма сознания не зависит от электрона (даже не фотона, а электрона, имеющего массу), пересекающего синапс.
Чем бы ни было сознание, это процесс, в котором что-то меняет свое состояние. У вас не может быть такого процесса a c.

Вы не можете путешествовать со скоростью света. Так что это бессмысленный вопрос.

Причина, по которой некоторые люди говорят, что время замирает со скоростью света, заключается в том, что можно взять две точки на любом пути, проходящем через пространство-время со скоростью, меньшей скорости света, и вычислить количество времени, которое частица испытает, путешествуя между двумя точками. эти точки на этом пути. Расчет

Δ т 2 знак равно Δ т 2 − 1 с 2 ( Δ Икс 2 + Δ у 2 + Δ г 2 )

куда Δ т это количество времени, которое испытывает путешествующая частица, а другое Δ - это разница в пространственных и временных координатах между двумя точками, измеренная внешним наблюдателем. Если вы возьмете тот же расчет и вслепую примените его к пути со скоростью света, вы получите Δ т знак равно 0 .

«Вы» не обязательно означает человека. Вы в этом случае можете быть фотоном. Итак, замирает ли время для фотона? Являются ли фотоны, которые мы видим миллиарды лет назад, такими же, как и тогда, и, следовательно, движение в пространстве было, с их точки зрения, мгновенным? Да, конечно, мы «антропоморфизируем» сгусток энергии, но я нахожу этот вопрос интересным, и, возможно, он может вызвать другой более глубокий вопрос или другой способ мышления о вселенной для кого-то еще. Называть чей-то вопрос бессмысленным грубо и не подобает хорошему ученому.
@CramerTV Нет, «вы» не можете быть фотоном, в основном по причинам, которые люди объясняют в ответах здесь — у фотонов нет системы отсчета.
Вы не можете умножить число само на себя и получить отрицательный результат. Мнимые числа бессмысленны?
@Marc.2377 "Мнимые числа бессмысленны?" Почему да, они есть - хотя бы физически! Конечно, у них есть четко определенный математический смысл, но вы никогда не сможете осмысленно присвоить комплексное число физической величине. Просто невозможно провести эксперимент, который дал бы вам в результате это число.
@casimir, и все же мы не говорим людям, чтобы они прекратили говорить о них!
То, как мир меняется с точки зрения фотона, решает эту проблему. В своем ответе я согласен с DavidZ: для фотона нет инерциальной системы отсчета. Я даю другое объяснение, чем ответы здесь.
@Казимир Разве не имеет смысла присваивать комплексное число физической величине импеданса?
@Sandejo Комплексный импеданс - это удобный способ кодирования двух действительных чисел: отношения напряжения к току и фазового сдвига, на который ток отстает от напряжения. Но опять же, это не является физическим в том смысле, что вы можете провести любой эксперимент, в котором вы измеряете это мнимое число, а затем выводите из него эти две действительные величины. Вместо этого вы должны измерить два действительных значения, а затем вам решать, хотите ли вы упаковать их в комплексное число для удобства последующих вычислений.
Единственная возможность, которая, по-видимому, упускается из виду в этом ответе, заключается в том, что, поскольку эйнштейновская теория относительности инвариантна к масштабу, скорость света может различаться между причинно-разделенными областями инфляционной мультивселенной: даже наблюдательное доказательство такой возможности должно быть косвенным, хотя такое косвенное доказательство в виде преобладающего направления движения было предложено для космологической модели Никодема Поплавски, описанной в многочисленных статьях 2010–2021 годов, найденных под его именем на веб-сайте Корнельского университета Arxiv.

Да, я согласен с Дэвидом. Если бы каким-то образом вы могли путешествовать со скоростью света, казалось бы, что «ваше время» не изменилось бы по сравнению с вашим эталонным временем, как только вы вернулись к «нормальной» скорости. Это можно смоделировать с помощью уравнения замедления времени Лоренца:

Т знак равно Т 0 1 − ( в 2 / с 2 )

При движении со скоростью света ( в знак равно с ), слева под радикалом, у вас будет 0. Этот ответ будет неопределенным или бесконечным, если хотите (давайте пойдем с бесконечностью). Ориентировочное время ( Т 0 ) разделить на ноль будет бесконечность; следовательно, вы могли бы сделать вывод, что время «застыло» в объекте, движущемся со скоростью света.

Я с осторожностью отношусь к фразе «если бы вы могли путешествовать со скоростью света», потому что вы не можете, и по моему опыту, когда вы говорите что-то меньшее, чем «это однозначно невозможно», люди начинают получить идеи, которые они действительно не должны. Хотя это и улавливает суть.
@DavidZ, ты не собираешься препятствовать мысленным экспериментам с семантикой! Далее, все, что нужно изменить, чтобы вопрос стал полностью рациональным, — это отделить «вы» от физической сущности с массой до сознания, существующего в одном или нескольких фотонах. Все, что имеет значение здесь, это осознание. Итак, если бы фотон был в состоянии «свидетельствовать» о вещах, что бы он испытал по отношению к вещам, мимо которых он путешествовал со скоростью света? :)
Вместо вычисления T при v=c вы должны вычислить lim v->c для T. Это будет бесконечность. Но если вы не используете предел, деление на ноль не определено.
У меня был друг, следивший за этим рассуждением. Если с точки зрения света время заморожено (я согласен), то свет проходит через каждую точку Вселенной в одно и то же время. По сути, есть только один «Свет», и мы все находимся в одном и том же месте относительно него. Когда мы измеряем скорость света, мы на самом деле измеряем скорость распространения света, свет никогда не движется и не имеет скорости. Вы также ВООБЩЕ не можете двигаться относительно света. Неважно, как быстро ты идешь, ты все еще в том же месте, что и все мы.
Но разве это не противоречит тому факту, что свет всегда движется со скоростью света по отношению к любому инерциальному наблюдателю? Когда вы путешествуете в с , свет по-прежнему должен путешествовать на с по-вашему, но если время не идет вперед, то нет движения!

Как уже говорилось, вы не можете путешествовать со скоростью света, но вы можете посмотреть на пределы, к которым мы стремимся, приближаясь к ней.

Итак, если бы я путешествовал на космическом корабле со скоростью света, замерз бы я и перестал двигаться?

С точки зрения стационарного наблюдателя , если бы ваш космический корабль двигался со скоростью, близкой к скорости света, время на космическом корабле замедлилось бы (приблизилось бы к нулю или замерло). Что это значит? Все в космическом корабле будет двигаться очень медленно, например, человек движется, электрические сигналы, все замедляется на одинаковую величину (как видно неподвижному наблюдателю).

С точки зрения человека в космическом корабле кажется, что время движется с нормальной скоростью (потому что, если время замедляется, вы этого не замечаете, поскольку все замедляется с той же скоростью, включая ваш мыслительный процесс). Так что ничего внутри космического корабля не кажется странным. Однако, если вы наблюдаете за движущимися звездами, вы заметите некоторые странные эффекты из-за аберрации и доплеровского сдвига.

См. эту ссылку , чтобы узнать, что космический корабль увидит, путешествуя с релятивистскими скоростями.

Вселенная вокруг меня замерзнет и перестанет двигаться?

Нет, Вселенная продолжает работать, как обычно. По сути, в космическом корабле время движется медленнее, чем снаружи, в остальной части Вселенной. Так что внутри вы стареете медленнее, чем кто-то снаружи. Однако вы этого не замечаете (с вашей точки зрения кажется, что время идет нормально), и вы просто видите, что звезды снаружи становятся смещенными в синий цвет (из-за доплеровского эффекта высокой скорости и смещаются в сторону точки вокруг вашего направления движения (из-за к аберрации)). См. ссылку выше для более подробной информации об этом.

Для кого остановилось бы время?

Никто не замечает замедления времени с их точки зрения. Вместо этого только неподвижный наблюдатель замечает, что время для человека в космическом корабле замедляется.

Но не прибудете ли вы сразу же в пункт назначения? Это означает, что если вы собираетесь столкнуться с валуном, который находится в миллиарде световых лет от вас, разве вы не столкнетесь с этим валуном в тот момент, когда достигнете скорости света?
@YevgenySimkin, вы никогда не сможете достичь скорости света, поэтому путешествие никогда не будет мгновенным.
мы можем обойтись без «достижения» и просто согласиться с тем, что фотоны (которые знают только скорость света) «прибывают» в пункт назначения в тот же момент, когда они созданы. С их точки зрения, времени в пути нет. Очень печальное существование. :)
Учитывая, что фотон ничего не может воспринимать, он не может сказать, когда он начинает или заканчивает какое-либо путешествие, и поэтому это немного похоже на утверждение с точки зрения фотона, что он ничего не слышит (немного бессмысленно). На самом деле то, что вы говорите, с точки зрения воображаемого человека, путешествующего вместе с фотоном, казалось бы мгновенным. Хотя это правда, ничто никогда не может достичь такой скорости, поэтому это невозможно.
Мы понятия не имеем, что такое сознание, поэтому мы понятия не имеем, что представляет собой опыт фотона, но я понимаю вашу точку зрения.

Скорость относительна, поэтому не имеет значения, «движетесь» ли вы с какой-то скоростью относительно чего-то или что-то движется с какой-то скоростью относительно вас — эффекты одинаковы. Прямо сейчас у вас есть объекты во Вселенной, движущиеся в широком диапазоне скоростей относительно вас. Если вы решили изменить свою скорость на близкую к скорости света по сравнению с той, что есть сейчас, то обнаружите, что диапазон скоростей объектов относительно вас все тот же. Это потому, что объекты, которые двигались близко к c в направлении вашего увеличения, замедлятся, а объекты, которые двигались в противоположном направлении, увеличат свою скорость.

Однако вы также обнаружите, что по мере того, как объекты увеличивают свою скорость относительно вас, последовательность событий там замедляется, включая ход их часов с вашей точки зрения, который приближается к нулю, когда их скорость приближается к скорости света.

Время не застынет. Вместо этого все события в мире произойдут в одно и то же время и в одном и том же месте (с точки зрения наблюдателя, движущегося со скоростью света).

Лучше было бы сказать, что мир (т.е. пространство и время) схлопнется в одну точку.

не знаю, вы проголосовали против, но это действительно объясняет истинную причину происходящего. +1
+1. Я думаю, настоящий парадокс заключается в том, что те из нас, кто живет в пространстве-времени, могут измерять фотоны, летящие со скоростью света. Фотон — это не единая непрерывная вещь, которая появляется в каждой точке своей траектории (правильно?). Поэтому естественно задаться вопросом, как фотон, с его собственной точки зрения, существует на всех своих путях одновременно, не засвидетельствован таким образом теми, кто глядя на это.
фотон представляет собой непрерывную линию в четырехмерном пространстве-времени. Как трехмерные наблюдатели, мы можем видеть только трехмерные сечения этого фотона, когда мы движемся во времени.

Я мог бы ответить на ваш третий вопрос, на остальные уже были даны ответы. Здесь нужно ответить на два основных вопроса:

  1. застыло бы ваше время для внешнего наблюдателя
  2. время застыло бы для вас, или что бы вы испытали

Ответ на № 1 - да, будет. Их математическое описание в других ответах правильное, поэтому повторяться не буду. Но чтобы это понять, представьте, что у вас внутри тела есть маленькие фотонные часы. (насколько нам сегодня известно, мы воображаем, что большая часть нашей массы/энергии обусловлена ​​безмассовыми глюонами, путешествующими/осциллирующими со скоростью c в каком-то ограничении, и кварками, но никто не знает, какова будет структура кварка, мы думаем об этом как точечные). Поэтому мы возьмем маленькие фотонные часы в качестве аналогии с глюонами. Фотонные часы имеют зеркала, а зеркала отражают фотон, то есть тиканье. По мере того, как ваше тело ускоряется, фотоны должны догонять зеркала, но при скорости с зеркала тоже будут двигаться со скоростью с, так что фотоны никогда не достигнут зеркала, никаких тиков. Ваше время застыло для внешнего наблюдателя.

Отметим, что это также означало бы, что внутренняя структура вашего тела застыла бы для внешнего наблюдателя, так как никакая информация больше не могла бы быть отправлена ​​о ней, так как ее части двигались бы со скоростью с, а взаимодействия внутри вашего тела, и фотонные часы, казалось бы, застыли.

Теперь также отметим, что, согласно сокращению длины SR, размер вашего тела также будет точечным для наблюдателя.

Теперь ответить №2 не так просто. Вы все равно увидите, что ваши собственные фотонные часы тикают нормально. И поэтому ваше тело будет вести себя нормально. Но вы бы увидели весь 4-й диммер. с одного взгляда. Вы бы видели всю временную шкалу на всем протяжении ее пути, начало вселенной и конец, и все это между ними в виде снимков. И, конечно же, поскольку 3D-зритель может видеть каждую часть 2D-плоскости сразу (без препятствий), вы, теперь 4D-зритель, будете видеть каждую часть 3D-мира без препятствий, в развернутом виде, каждая 3D-структура будет развернута так, что без препятствий вы могли видеть каждую его частичку.

№ 2: Когда время застынет, вы почувствуете, что время, которое вы тратите на путешествие в точке с, равно нулю. Путешествие со скоростью света — это мгновенная телепортация, вы ничего не испытываете от поездки.
Отличный ответ, и, как непрофессионал, я думаю, что это объяснение именно то, что я ожидаю услышать. Я понимаю, что это включает в себя множество вещей, которые противоречивы и не имеют смысла в действительности, но мне неприятно продолжать читать ответы, которые в основном говорят: «Это невозможно, перестаньте задавать вопросы».

При путешествии со скоростью света время «не существует». Ну типа. Если тело движется со скоростью света, его пункт отправления и пункт назначения совпадают. Вопрос не имеет смысла, потому что путешествие со скоростью света означает, что вы всегда были и всегда будете путешествовать со скоростью света. Конечно, с точки зрения наблюдателя скорость света — это определенное число, но для фотона время — это не «вещь». Так что в целом он не столько замерзнет, ​​сколько перестанет существовать.

Я бы также посоветовал посмотреть это видео youtube.com/watch?v=ACUuFg9Y9dY

Я не согласен с теми, кто отмахивается от этого вопроса. Как напоминает нам Бен Кроуэлл, сам Эйнштейн считал это.

Одним из аспектов относительности, который часто упускают из виду, является ее взаимность. Если вы движетесь относительно меня, то любые релятивистские эффекты, применимые к вам с моей точки зрения (например, замедление ваших часов), в равной степени применимы и ко мне с вашей точки зрения.

Первое, что нужно помнить, это то, что ваше личное ощущение времени, известное как ваше собственное время, останется неизменным независимо от скорости, с которой вы движетесь относительно других наблюдателей.

Если бы вы двигались со скоростью, близкой к скорости с относительно других наблюдателей, то с их точки зрения вы бы ощущали время с очень низкой скоростью. Эффект будет полностью симметричным, так как с вашей точки зрения другие наблюдатели будут казаться теми, для кого время почти остановилось.

Итак, ответы на ваши вопросы:

1) С вашей точки зрения вы не ощутите никаких изменений во времени на борту космического корабля. При хронометрировании наблюдателями, движущимися асимптотически близко к c относительно вас, события на космическом корабле будут казаться застывшими во времени.

2) При сравнении с вашей системой отсчета часы этих наблюдателей покажутся вам замороженными. (Здесь я понимаю под Вселенной любых наблюдателей, для которых ваша относительная скорость близка к c).

3) Время ни для кого не останавливается.

Я не согласен с Дэвидом и нашел его ответ несколько странным.

Для простоты предположим, что мы работаем в ( 1 , − 1 , − 1 , − 1 ) пространство Минковского. Фотон движется в направлении вдоль Икс -ось. Вовремя 0 фотон находится в точке ( 0 , 0 , 0 , 0 ) , а во время 1 в точку ( 1 , с , 0 , 0 ) .

Таким образом, пространственно-временное расстояние между двумя событиями равно

с 2 − ( с − 0 ) 2 знак равно 0

В результате фотон не «движется» в пространстве Минковского. Поскольку наш единственный способ идентифицировать два разных события — использовать метрику, это означает, что эти два события неразличимы. Но такого рода явления довольно распространены в математике; таким образом, мировые линии фотона становятся элементом замкнутого линейного подпространства пространства Минковского. Пространственно-временное расстояние в фактор-пространстве все еще может быть определено, и, в частности, мы можем присвоить нулю значение времени в начале координат, если мы хотим сохранить аддитивный закон.

Замёрзло бы время, если бы вы могли путешествовать со скоростью света?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v