Живеем в наистина интересни времена. Не става въпрос за известната китайска клетва. Интересни времена, времена на динамични промени, постоянни нови открития, технологични пробиви.

Скучно ли ви е? Нямате какво да правите? По телевизията повтарят за четвърти път втръсналия индийски сериал, по другия канал реалитито вече сте го виждали безброй пъти, макар и с различни участници. Във “фейса” все същите скучни идиоти. И от националната лотария греда след греда…

Не мога да ви мисля. Променете си интересите или все ще ви в скучно. Както желаете.
А животът точно сега е безкрайно интересен, стига да потърсите интересните неща.
Примерно тази нощ за втори път частна компания предстои да изстреля свръх тежка ракета. ((Става въпрос за втория полет на Falcon Heavy на 11.04.2019)) Преди изстрелването инженери от компанията надълго и нашироко обясняват всякакви подробности.
Или това е скучно?

Вчера за пръв път бяха публикувани снимки на околността на черна дупка. Самият процес на снимане показва върховите постижения на технологията, като за целта е използван радиотелескоп с апертура равна на диаметъра на Земята! ( Разбира се става въпрос за синхронна работа на множество антени по цялата Земя).
Какво толкова ли? По времето, когато бях студент, съществуването на черните дупки беше под въпрос. Те бяха само хипотетичен модел, който още не бе потвърден. По-късно, може би преди двадесетина години се появиха съобщения, че може би еди кой си обект е черна дупка. Днес са известни много такива космически обекти и днес наблюдаваме (или поне хората, които могат и знаят как) процесите, които се случват около такива обекти.

Точно сто години, след теоретичното предсказване на гравитационните вълни те бяха открити на практика.

Освен невероятните възможности за наблюдение на различни процеси, които дава откритието на гравитационните вълни, тези две открития потвърждават достоверността на теорията и показват мощта на съвременния научен подход. Независимо, че Теорията на относителността намира постоянни потвърждения и при научни експерименти, и от астрономически наблюдения, и в ежедневието – например системата за навигация GPS, която вече почти всички ползват работи с релативистични изчисления – някои от предсказанията на теорията, като черните дупки и гравитационните вълни бяха опитно потвърдени, когато технологията достигна нужното ниво и един век по-късно потвърди отново правилността на теорията. Което пък показва, че и ако през предишните векове науката се е лутала и се е опитвала да намери вярната посока, вече е стъпила на правилния път.

Чували ли сте за Пангея? А за Гондвана? А знаете ли, че в началото на 70-те години Континенталният дрейф беше все още хипотеза, която не се изучаваше в училище, а тук-таме можеше да се прочете някоя статия по въпроса в научно-популярно списание? Вече добре се знае, как са се движили континентите през вековете и още повече, как ще се разположат след хиляди и милиони години.

Също, когато бях студент, не бе позната нито една планета извън Слънчевата система. Даже се спекулираше дали въобще съществуват такива. До днешна дата има открити 4022 планети в други звездни системи.

В наши дни компютърни модели могат да заменят трудни за осъществяване тестове на различни системи, самолети, автомобили, физични, химични, геологични и други процеси. Да, компютрите. През 197-те това бяха машини, до които имаха достъп само тясно съсловие специалисти. Днес много по мощни от тези машини има в джоба на всеки. Друг въпрос кой за какво ги ползва.

Глобалната мрежа. Място където е достъпно почти всякакво знание и възможност за общуване с целия свят. Или пък за попиване на псевдонаука, конспирации и размяна на празнословия и хейт с все същите досадни идиоти. Въпрос на личен избор.

Лично съм виждал хора, оздравели от болести, нелечими само до преди няколко години. Далеч съм разбира се от мисълта, че с медицината всичко е прекрасно, но е факт – днес медицината е много по-напред от преди двадесет години и невъобразимо по-напред отколкото преди да речем петдесет.

Преди за постиженията на космонавтиката научавахме само от по няколко реда в пресата и евентуално кратък репортаж с излитаща ракета по телевизията. Западните постижения на космонавтиката бяха табу, а съветските – секретни. Днес всеки може да гледа директно NASA TV или стрийма на Роскосмос.

И като стана въпрос за космонавтика – вече космическите изследвания не са монопол на държавните институции, които се интересуват от тях само за военни цели или като средство за перчене пред другите. Вече частни фирми са водещи в космическите полети, като стимулират по този начин и държавните да се размърдат. В изследването на Космоса по един или друг вече може да се включи практически всеки, стига да има желание.

И така стигнахме до там, откъдето започнахме. Всъщност нови постижения на науката, нови пробиви в технологиите има непрекъснато. Би могло да се пише много и пак да не успеем да отразим и малка част от тях. Но не това е целта на този пост. Само исках да покажа, че живеем във възможно най-интересната епоха и само бъдещето ще е още по-интересно и спрямо днешните представи – невероятно.

Интересните неща са навсякъде около нас, само трябва да ги потърси човек. Въпрос на интереси.
Иначе за себе си знам – по късна доба ще съм на канала на SpaceX.

Каква е целта на този пост. От ровене по разни форуми свързани с физиката стигнах до извода, че на много хора принципите на относителността са им малко неясни. Не говоря за разните антирелативистки “гурута’, които с апломб “обясняват” колко е погрешна Теорията на относителността и отказват да приемат всякакви разумни аргументи.

“Таргета” както казваме по български на поста са хората, които не са зомбирани от фикс идеи, че те знаят по-добре от учените нещата. Постът е насочен към тези, които имат някаква любознателност и поне лек интерес към релативистките проблеми, но са объркани от многото не твърде ясни обяснения и относителността на времето им се вижда като магия, или мантра, която физиците повтарят, без да е много ясно, с какво съдържание е изпълнена.
А всъщност нещата са (относително) прости.

Първо, от форумите разбирам, че много хора не са наясно, че времето в две отправни системи трябва да се мери с независими часовници за всяка от тях, ще опитам тук да разсея малко мъглата.

Всъщност това го писах в един форум, тук го давам малко променено.

Понеже в литературата по въпроса се говори предимно за влакове – когато са създавани Теорията на относителността, Лоренцовите трансформации и т.н. аероплани почти е нямало, а за космически кораби и най-смелите фантасти не са се били сетили още. За това и аз ще говоря за влак и гара. Все пак влак, перон и гаров часовник е най-лесно да си представим.

Нека нашият влак да се движи с потресаващата скорост от половин светлинна секунда в секунда (!!!) спрямо дадена гара.

Нека когато вагонът премине покрай гарововия часовник, той да показва 00 секунди. Нека да е 12:00:00, за по-лесно и даден пътник го погледне в този момент (то как ще го види си е негов проблем де).
След една секунда, диспечерът с червената шапка и “слънчогледа” на перона ще види, че стрелката на часовника ще мръдне с едно деление. Или, нека часовникът да е модерен, със светодиоди, ще покаже 12:00:01. Хубаво, ама светлината от диодите ще тръгне след влака, но за тази секунда влакът ще се е придвижил на половин светлинна секунда напред. Тоест светлината трябва да се движи половин секунда, за да стигне до очите на пътника. Да де, ама за тая половин секунда, влакът ще се е отдалечил на още половин от половината светлинна секунда. Така че ще стигне до пътника не след 1 секунда, а след близо 2. Тоест пътникът ще види, че показанието на часовника се сменя малко по-късно. Следващата секунда това ще стане още по-късно, защото влакът ще се е отдалечил още. Може би първата секунда пътникът няма да забележи закъснението, ама с напредване на времето ще стане осезателно. Виж, ако си има свой часовник и го погледне, ще види разминаването в показанията и ще каже, баси, тези не могат да си сверят часовника.
Ако в края на влака има закачен часовник, диспечерът с червената шапка ще види същото разминаване, между него и часовника, висящ над главата му, но в обратна посока.

Надявам се това до тук да внесе яснота, защо трябва да има независими часовници във всяка отправна система и защо от влака не можем да мерим времето с часовника на перона.

Забавен е въпросът, какво ще стане с двамата наблюдатели, ако влакът стигне до някъде, примерно на един светлинен час от гарата и започне да се връща.
По-наблюдателните ще кажат – ама то нали симетрично, требе като се върне влакът, нещата да се изравнят. От къде тогава идва Парадоксът на близнаците?

Такаа. При ускорителни движения, каквото е също и движението по окръжност, тоест, когато влакът прави завой, нещата са по-различни. Там излизаме от обхвата на Специалната теория на относителността (или СТО), но ще пренебрегнем това движение.

За улеснение да пренебрегнем времето за забавяне и обратно ускорение, нека влакът е направил “примка” за пренебрежимо малко време и се приближава. Тоест не разглеждаме моментите, в които има ускорения и постановката престава да е предмет на СТО.

Да разгледаме само първата секунда от този час.
Светлината от часовника на перона казахме, ще стигне до влака след 2 секунди. Обаче в първата секунда, от часовника в края на влака тръгва светлината към гарата. Казахме, влакът в това време се е отдалечил на половин светлинна секунда. Или гарата се е отдалечила от него на толкова. Тоест, светлината от влака, от първата секунда на отдалечаването му от гарата, ще дойде на перона след секунда и половина. Ето още в първата секунда имаме разминаване между часовниците, което все повече ще се увеличава и в крайна сметка, когато се влакът се озове в началната точка, показанията им ще са различни, като този на влака ще е по-назад от гаровия.

Разбира се хората, които са наясно с нещата ще кажат, че това обяснение е по-скоро от класическата физика, а не от релативистката. Така е. Целта му е да даде най-базова представа за относителността на времето в различните отправни системи и че тя не се дължи на магия, а на съвсем естествени причини. Каквито са крайната скорост на светлината и невъзможността да се движим по-бързо от нея, нито пък с нейната скорост.

В един от коментарите на въпросния форум участник протестираше, че такова обяснение може да се направи и със звукови вълни.
Не, никой не ни забранява да се движим много по-бързо от звука. Докато скоростта на светлината е постоянна и не можем нито да я достигнем, нито да я надминем. Това е и ключовият момент! И причината, когато се движим да изоставаме спрямо неподвижната отправна система.(как звучи само 🙂 )

Разбира се, това за скоростта на светлината е постулат в релативистката физика, не теорема. Но до сега не е бил опровергаван от наблюденията. За съжаление и измерванията в ЦЕРН, на неутриното, за което имаше съмнения че изпреварва светлината се оказаха погрешни. А би било много интересно, ако бяха верни. Това щеше да е революция във физиката, но уви. Революцията се отлага.

Още нещо, за да са по-правилни горните разсъждения, нещата трабва да се случват във вакуум, но все пак разглеждаме една абстракция.

И накрая, за по-любознателните:
Тук има много добра статия, в която нещата са обяснени по-подробно, вече са намесени и Лоренцовите трансформации, а не само моето елементарно обяснение. Моята цел беше да дам най-просто обяснение, с възможно най-малко математика, за да не подплаша някого, който може да се заинтересува от проблема и да продължи напред. Статията, която давам е много добра стъпка към по-доброто разбиране на нещата. Има и много добри анимации, която нагледно показват разминаването на часовниците и относителността на времето.