Аннотация: Фотон. Те, кому теория относительности знакома в объёме чуть большем, чем этого обычно требует чтение фантастических романов, не могут не удивляться поведению и сути этой небольшой частицы...
Фотон.
Те, кому теория относительности знакома в объёме чуть большем, чем этого обычно требует чтение фантастических романов, не могут не удивляться поведению и сути этой небольшой частицы.
Что в ней необычного?
* * * *
Во-первых, он движется с максимально возможной скоростью. Максимально возможной без возникновения логических парадоксов. Как нам говорит теория относительности, сформулированная, в свою очередь, на базе эмпирических наблюдений, пространство и время устроены очень хитрым образом. Чем большую скорость имеют два объекта друг относительно друга, тем более медленно текущим время каждого из объектов является для другого объекта. Иллюзия? Обман? Второе и первое несовместимо? Нет, как ни печально, обманы и иллюзии здесь ни при чём, отставание световых волн лишь частично повинно в возникающем эффекте, подлинную же причину его можно сформулировать так - объекты, движущиеся с высокими скоростями друг относительно друга, существуют как бы "под углом" друг к другу в пространстве-времени.
Чем большую скорость приобретает относительно нас тот или иной объект, тем более медленным становится для нас его время.
Соответственно, как бы неограниченно ни разгонялся тот или иной объект со своей собственной точки зрения - нам будет казаться, что разгон его уменьшается.
Приближаясь к световой скорости, но не достигая её.
Как нетрудно понять, световая скорость в некотором смысле субъективно равна бесконечной. По крайней мере, у пилота космического корабля, которому вдогонку шлют радиограммы с Земли - "Лети быстрее! Быстрее! Ты ещё не достиг скорости света! Лети ещё быстрее! Ещё!" - сложится невольное впечатление, что его просят достичь именно бесконечной скорости.
Субъективно он будет прав.
Фотон - уникальная частица в этом роде. Гравитон предположительно движется с той же скоростью - но гравитация является искривлением самого космического пространства, так что в её случае удивление неуместно.
Во-вторых, фотон, насколько известно нам, всегда движется по кратчайшим маршрутам пространства. Чёрная Дыра может своим притяжением искривить пространство так, что кратчайшая траектория замкнётся сама на себя и фотон будет кружить вокруг Дыры вечно - но это будет означать лишь то, что ему не оставили выбора.
Фантаст Тед Чан, известный своим въедливым научным подходом и одновременно любовью к научным парадоксам, написал один рассказ, отчасти посвящённый сей загадочной особенности фотона.
Как будто знающего заранее, какой путь окажется кратчайшим.
В-третьих, с точки зрения фотона - насколько теория относительности позволяет построить картину Вселенной в привязанной к фотону инерциальной системе - он сам существует в лучшем случае лишь мгновенье. Субъективное время его существования по формулам получается равным нулю, Вселенная для фотона является геометрически плоским застывшим блином с бесконечной массой, а точка старта и точка финиша составляют единое целое.
Странно?
В связи с этим возникает один интересный вопрос.
Существует ли фотон вообще?
Помнится, в своё время меня удивляло, почему оказавшиеся в космосе предметы теряют тепло и остывают - ведь рядом же нет объектов, которым они могли бы передать тепло? Мне разъяснили, что потеря объектом тепла происходит за счёт излучаемых им инфракрасных лучей, то есть по сути тех же фотонов.
Но с точки зрения самого фотона, передающего тепло от одного объекта другому, оба объекта являются непосредственно соприкасающимися между собой. Так и напрашивается мысль, что сам для себя - субъективно, если угодно, - фотон не существует вообще, являясь просто актом прямой передачи тепла или энергии между непосредственно соприкасающимися в определённой системе отсчёта объектами.
Мы же, находясь в своей замедленной системе восприятия пространства и времени, видим этот акт как летящий через пустоту гамма-квант. Загадочным образом всегда избирающий наипрямейшую траекторию.
Что не столь уж и удивительно, если вспомнить, что точка старта и точка финиша составляют для него одно целое, не правда ли?
* * * *
Здесь, однако, пахнет загадкой.
Парадоксом.
Теоретически изложенные выше домыслы можно было бы перевести из абстрактной плоскости в конкретную, заставив испускаемые тем или иным объектом фотоны попасть в гравитационную ловушку замкнутой траектории - причём обеспечив вечное функционирование последней - после чего проверить, будет ли на таких условиях объект излучать фотоны вообще.
Но если бы результат вдруг оказался отрицательным, то перед нами возникло бы искушение разрушить только что созданную нами гравитационную ловушку, создав тем самым логический парадокс.
Если в определённой системе отсчёта этот объект непосредственно соприкасался с объектами будущего - ведь гравитационную ловушку в этом будущем мы всё-таки разрушили - то почему он не передал им энергию?
В случае иных итогов опыта можно поступить наоборот:
- не разрушать ловушку и всеми силами позаботиться о её вечности.
Тоже возникнет парадокс:
- какому материальному объекту в бесконечном будущем была передана энергия?
При желании парадокс сей можно счесть чисто условным, попытавшись объяснить его практическими соображениями:
1) даже если мы будем когда-нибудь способны создать вечную и неразрушимую гравитационную ловушку для фотонов - подчёркиваю, не втягивающую фотоны в Чёрную Дыру, где они всё равно встретились бы с её веществом за горизонтом событий, пусть и в бесконечно отдалённом для нас будущем, а заставляющую их бесконечно долго кружить по замкнутой траектории, - то тогда мы не сумеем разрушить её и сами;
2) если мы сумеем разрушить ловушку, передумав, значит, ловушка теоретически разрушима при определённой комбинации обстоятельств, а в бесконечном будущем Вселенной эти обстоятельства неизбежно сложатся.
Но и этим вопрос не исчерпывается.
Теоретически можно представить себе попеременное использование ловушек двух типов - конечного и вечного. Поместив временно испущенный или не испущенный объектом фотон в ловушку первого типа, а затем - узнав, утерял ли объект энергию, - соответственно создать или не создать условия для перемещения запертого нами гипотетического фотона в ловушку второго типа.
Что сделало бы парадокс неизбежным.
Здесь можно утешиться разве что предположением, что создание совершенной вечной гравитационно-замкнутой ловушки для фотона по тем или иным причинам невозможно в принципе.
Ну или, разумеется, приняв ошибочность нашего Исходного Постулата.