Теория относительности топит субмарины
Релятивистская субмарина. Коллаж Граней.Ру
Бразильский физик разрешил парадокс, "подброшенный" релятивистской теорией, так называемый "парадокс субмарины".
Согласно СТО - Специальной теории относительности Эйнштейна, объекты, движущиеся со скоростью, близкой к скорости света, становятся короче с точки зрения "внешнего наблюдателя". Но с точки зрения тех, кто находится на этом движущемся объекте, наоборот, "неподвижные" наблюдатели кажутся "сплюснутыми". Это касается только длины объекта - его размеров в направлении движения. Другие измерения при этом остаются теми же самыми. Впрочем, нужно оговориться, что "движущийся" и "неподвижный" объекты названы так совершенно условно, решения для них получаются совершенно симметричные.
Однако когда эти понятия применяются к движению субмарины под водой (если допустить, что она каким-то чудом движется с околосветовой скоростью или у нас есть сверхчувствительные приборы, позволяющие измерять релятивистские эффекты в обычных условиях), возникает некая несогласованность. Зрители на берегу видели бы, что субмарина "сжалась". При этом плотность ее должна увеличиться, что потянет ее - движущийся в воде объект - на дно. Однако экипаж подводного судна видел бы противоположную картину: вода, мчащаяся мимо них, в соответствии с теми же самыми формулами должна сжаться, стать более плотной, делая субмарину более плавучей и выталкивая ее на поверхность.
Теория относительность настаивает на том, что обе точки зрения должны быть одинаково верными. Так погружается ли в данном случае подводная лодка или, наоборот, всплывает?
Она тонет, отвечает Джордж Матсас (George Matsas) из бразильского Института теоретической физики (Instituto de Física Teórica) в Сан-Пауло. Для разбора этого "парадокса" ему пришлось использовать ОТО - Общую теорию относительности и включить в решение эффект искривляющих пространство гравитационных сил, получив своеобразный модифицированный релятивистский закон Архимеда. Хотя окружающая вода действительно выглядит более плотной с точки зрения подводников, они также испытывают и дополнительное воздействие гравитации, которая тянет их вниз с большей силой.
Это объяснение парадокса - не первое. В 1989 году американский физик Джеймс Саппли (James Supplee) уже занимался этой проблемой, решив использовать только более раннюю и более простую Специальную теорию относительности Эйнштейна, которая объясняет, как движение с околосветовыми скоростями может деформировать пространство. Но СТО, в отличие от Общей теории относительности, не учитывает влияние на пространство "изгибающих" релятивистских гравитационных эффектов. Саппли также заключил, что субмарина должна тонуть, однако гравитационный фактор в его вычисления вводился способом довольно искусственным. Он утверждал, что подводная лодка погружается благодаря ускорению; относительность как бы искажает форму морских слоев, изгибая вверх слои, лежащие под лодкой.
Матсас рассчитывает, что подобные вычисления могли бы помочь решить и другие известные загадки. Например, как может оставаться истинным вблизи черных дыр второй закон термодинамики, согласно которому ничто не может уменьшить общее количество энтропии (или "беспорядка") во Вселенной.
Источники:
General relativity sinks submarine - Nature
Relativistic Archimedes law for fast moving bodies and the general-relativistic resolution of the "submarine paradox" - Physical Review
Ссылка:
Пространство - время
Обсудить
Статьи по теме
Теория относительности топит субмарины
Бразильский физик решил задачку, "подброшенную" релятивистской теорией, так называемый "парадокс субмарины". Для разбора этого "парадокса" пришлось использовать Общую теорию относительности и включить в решение эффект искривляющих пространство гравитационных сил, получив своеобразный модифицированный релятивистский закон Архимеда.
Темная энергия уходит в тень: получено новое свидетельство существования антигравитации
Астрономы Слоановского цифрового обзора неба объявили о получении еще одного независимого свидетельства существования таинственной темной энергии. Исследователи нашли своеобразный отпечаток темной энергии (или, как они называют это явление, "тень" темной энергии) путем изучения корреляций между изображениями миллионов галактик, полученных в ходе реализации программы SDSS, и картой распределения вариаций температуры реликтового излучения, "нарисованной" зондом WMAP.
Super-WIMPs: темная материя может оказаться необнаружимой в принципе
90 % всей материи Вселенной не просто скрывается в виде "не испускающего свет" вещества, а содержится в форме частиц, названных super-WIMPs (сверхслабо- взаимодействующие массивные частицы), перед которыми, в отличие от "просто" WIMPs, совершенно бессильны все известные способы обнаружения темного вещества.
"Частица бога" не откроет тайну американцам
Один из ключевых вопросов современной физики высоких энергий - подтверждение или опровержение существования теоретически предсказанной еще в 1964 году экзотичной субатомной частицы, называемой бозоном Хиггса. Предполагается, что бозон Хиггса сыграл основную роль в механизме, посредством которого некоторые частицы (кварки, лептоны) во время Большого взрыва приобрели массу, а другие остались безмассовыми (фотоны).
"Твикинг" гравитации покончит с потребностью в странных силах
Факт существования темной энергии, казалось бы, однозначно подтвержден наблюдениями за удаленными сверхновыми и экспериментами с микроволновым космическим фоном. Однако теперь группа американских физиков показывает, что факт непрерывно ускоряющегося расширения Вселенной, который лег в основу подобной гипотезы, можно объяснить и не призывая на помощь мистическую "дарк энерджи".
Копейкина опровергают американцы, но Эйнштейн пока не пострадал
Альберт Эйнштейн, возможно, был прав, постулировав, что скорость гравитации равна скорости света, но вопреки заявлению Копейкина и Фомалонта, сделанному ими в самом начале этого года, это положение все еще не доказано экспериментально. Очередной удар по позициям нашего соотечественника Сергея Копейкина нанесли специалисты из Лаборатории Беркли.
Впервые удалось измерить скорость гравитации
Впервые с приемлемой точностью удалось измерить скорость гравитации. Измерялось небольшое видимое изменение позиции квазара, вызванное изгибом пути радиоволн от этого источника в поле тяготения Юпитера. Результат важен с точки зрения "закрытия" некоторых вариантов современных теорий и поддержки других - он связан с космологическими теориями множественных вселенных и так называемой теории струн или суперструн.
Постоянство гравитационной постоянной G под сомнением
Новый эксперимент швейцарских физиков, поставленный для уточнения значения гравитационной постоянной G, прибавил весомости довольно спорной теории, согласно которой на силу гравитации оказывает влияние магнитное поле Земли.
Экспериментаторы ищут новые силы, предсказанные теориями суперструн
Самый чувствительный на настоящее время эксперимент по оценке гравитационного взаимодействия на сверхмалых расстояниях не дал новых козырей в руки сторонников теории суперструн. Но, несмотря на все это, идеи дополнительных измерений становятся необычайно популярными в связи с кризисом стандартных физических моделей, не способных объяснить новые наблюдения - ускоренно расширяющейся Вселенной, в которой царит темная энергия.
Физики надеются обнаружить изменение фундаментальных констант со временем
Две группы физиков на протяжении последних лет провели целый ряд аккуратных экспериментов в надежде обнаружить непостоянство природных констант, до сих пор считавшихся не изменяющимися со временем. До настоящего момента данные на эту тему добывались астрофизическими методами и указывали на возможность подобных вариаций.
Новости по теме
