Для когось в стані спокою

Ви знаходитесь в стані спокою відносно свого оточення та бачите перед собою Всесвіт. Ваш годинник йде з тією ж швидкістю, що і завжди: одна секунда в секунду. Коли ви дивитесь на своє оточення, то помічаєте, що воно рухається з тією ж швидкістю, що і ви. Об’єкти мають кольори та розміри, які вони насправді мають. Все поводить себе розумно та не суперечить логіці.

Тут на Землі діють типові людські швидкості, котрі є нікчемними проти швидкості світла. Навіть подорожуючи літаком, що рухається майже зі швидкістю звука, ви рухатиметеся лише з 0,0001% швидкості світла. Й це наш звичний досвід спілкування зі світом.

Наближаючись до швидкості світла

Коли ви наблизитесь до швидкості світла? почнуться дивні дива. Так, ваш годинник буде рухатися зі швидкістю звичною для вас: одна секунда в секунду, проте годинники оточуючих здаватимуться повільнішими. Й причина цього в тому, що простір та час — нерозривно пов’язані. Коли ваш рух в просторі зростає, ваш рух у часі сповільнюється. У порівнянні з вами годинники середовища працюють повільніше, оскільки здається що рухається все середовище.

Переміщення з більш високою швидкістю відносно вашого середовища також створює й інші ефекти. Оскільки швидкість світла має бути інваріантною для всіх спостерігачів у всіх системах, то якщо час починає йти повільніше — відстань має стискатися. Тоді швидкість світла залишатиметься незмінною.

В гру також вступає й інший ефект: червоне та синє зміщення. Так, в напрямку вашого руху (в якому середовище рухається вам назустріч) довжина хвилі світла здається більш стиснутою або коротшою та синішою. В протилежному напрямку будь-яке світло виглядатиме розтягнутим, з більш довгими хвилями та більш червоними кольорами.

Чим швидшим буде ваш рух, тим гіршими ставатимуть ці ефекти. Відстані між фізичними об’єктами будуть все більше стискатися, а час все більше розширюватиметься. Через це навіть нестабільні частинки, котрі утворюються у верхніх шарах нашої атмосфери (мюони), можуть переміщатися на цілі сотні кілометрів, хоча час їх існування становить лише 2,2 мікросекунди. Сила ж червоного та синього зміщення настільки сильна, що навіть фотони, котрі залишилися після Великого вибуху та мають зараз енергією всього в 3 К, можуть спонтанно утворювати нові частинки при зіткненні з протонами.

Всі ці ефекти стають все більш серйозним при наближенні до швидкості світла. Однак є межа.

Рухаючись зі швидкістю світла

При рухові зі швидкістю світла починаються справжні неприємності. Якби ви просто робили все більше та більше кроків в напрямку швидкості світла, ви б просто відчували більш серйозне сповільнення часу, стиснення відстані, червоне та сине зміщення. Яблуко при наближені виглядало б жовтим, синім, а потім ультрафіолетовим, а банан при віддалені — оранжевим, червоним та інфрачервоним. І якби ви досягли швидкості світла, подібно до фотона, здавалося б, що час вашого оточення припинив плинути.

З досягненням швидкості світла всі рівняння спеціальної теорії відносності руйнуються. Час спиниться для вашого оточення. Відстані стиснуться до нуля. Червоне та синє зміщення відбуватиметься в безмежній кількості. Всесвіт стане двовимірним. Час не минатиме (отже це – ніби опинитися поза часом), і Всесвіт буде виглядати просто як площина з безкінечним скороченням довжини. І тому фотон, побачивши заміну яблука бананом на вашому столі, просто пережив би наявність обох одночасно.

Та дійсність може бути ще дивовижнішою.

Коли ми розглядаємо питання “що фотон може бачити”, ми припускаємо, що щось може взаємодіяти з фотоном, а фотон якимось чином переживає цю взаємодію. Однак все, що він переживає за все своє існування, — це дві кінцеві точки його подорожі: взаємодію, котра його створює, та взаємодію, котра його руйнує. Ось чому обчислення відносності робляться в інерційній системі відліку, в якій існують фізичні закони, котрі не залежать від руху будь-чого зовнішнього для системи. В інерційній системі ми можемо прорахувати відстань між точкою випромінення та поглинання, що неможливо зробити з системи відліку фотона, бо вона не є інерційною.

Для фотона фізичні правила, яким він підпорядковуються, залежать виключно від всього, що відбувається поза ним. Ви не зможете розрахувати будь-що значуще для нього лише з його системи відліку. Все тому, що будь-які частинки, які рухаються зі швидкістю світла, не мають маси спокою. Маса спокою — це те, що необхідне для життя в інерційній системі відліку. Маса та те, як ця маса розподіляється, дають нам наше визначення інерції.

Фотон взагалі не може бачити Всесвіту, оскільки бачення потребує взаємодії з іншими частинками, античастинками або фотонами. Однак як тільки така взаємодія відбувається — подорож фотона завершена. З точки зору фотона (байдуже звідки він: з іншої галактики чи від нашого сонця), його існування — миттєве. Коли ви рухаєтеся зі швидкістю світла, ви опиняєтеся поза часом, і ваше життя триває всього мить. Існування будь-якого об’єкту, котрий сягнув швидкості світла, це головний жарт буття. Адже якби вам так не пощастило, ви б нічого не побачили, не почули та не відчули. Ви не зазнали б існування загалом.

Дізнатись більше :

Forbes