Представим себе твердое тело длиной от орбиты Меркурия до орбиты Плутона, которое на одном краю двигается, передавая своими отклонениями от положения покоя информацию. На другом конце этого тела информация будет принята намного быстрее скорости света. Но как это возможно, ведь теория относительности такое не позволяет?

Спрашивает

Евгений Щербак

#космос

#физика

05.03.2023

98 029

Средний вопрос

Алексей Тимошенко

эксперт

Если вы вдруг смогли найти абсолютно твердое тело — не состоящее из атомов, а по сути элементарную частицу в виде такого стержня — то тогда да, у вас получится сломать теорию относительности. Дело за малым, найти в природе абсолютно твёрдое тело — это пока никому не удавалось.

В реальных же телах скорость распространения колебаний будет не просто меньше скорости света, а намного меньше. Потому как для передачи колебания нужно чтобы, грубо говоря, один атом ударился о другой: колебания в твёрдых телах распространяются со скоростью движения их частиц, то есть со скоростью звука (мы говорим о межпланетной среде, но пусть слово «звук» не сбивает вас с толку: скорость звука — это скорость распространения упругих волн в любой среде: как продольных, так и поперечных). Для стали при комнатной температуре эта скорость составляет немногим менее 6 км/с.

Некоторые материалы — слюда или гнейс, например — передают звук быстрее, но ненамного, и преодолеть отметку в 8 км/с у вас вряд ли получится. С ростом температуры (то есть на Меркурии) скорость звука растет, со снижением (то есть у Плутона) снижается — но давайте для простоты этим пренебрежем; в конце концов, у нас будут иные проблемы, посерьезнее. Какие именно, сейчас узнаем.

А именно — со скоростью 6 км/с сигнал от Меркурия до Плутона будет идти свыше двадцати трёх (23!) лет. Может, даже медленнее — так как большая часть прутка оказывается на холоде. Ну и, главное, ваш стальной прут обойдётся в кругленькую (даже если он квадратный в сечении) сумму: около триллиона долларов США. Плюс доставка его на место, что при массе свыше двух миллиардов тонн* может обойтись еще дороже. В общем, рекомендую не мучаться и купить вместо такой непрактичной штуковины нормальную станцию космической связи. Даже с учетом ядерного источника питания для дальнего конца — она будет намного дешевле и быстрее в работе**.

*) считаем диаметр прутка 10 мм, марка стали Ст3, учитываем оптовую скидку.
**) вопрос «как бороться с затуханием звука в прутке такой длины» мы даже не рассматриваем.

Вопрос не корректен. На разных концах этого супермега тела будет разное время, а не какое-то одно. Сие доказывает в своей прекрасной книге "Срок времени" физик Карло Ровелли. Нет единого времени во Вселенной. И даже для одной точки Вселенной существует разное время - вверху время течет быстрее, внизу- медленнее (имеется в виду вектор гравитации). На столе время течет быстрее, на полу - медленнее. И даже можно купить в инете часы, которые реально покажут разницу этих "времен".

Ответить

White Rabbit

12.03.2023

Там ответы на вопрос, и комментарии, как бы это помягче, не совсем корректны. А истина в том, что "абсолютно жесткое тело", которое при получении импульса начинает двигаться сразу все, - это математическая абстракция, типа "сферического коня". В каких-то вопросах такое применимо, в каких-то - нет. И здесь - нет. Потому как при передаче импульса (палку толкнули с одной стороны) при любой природе взаимодействия первично именно взаимодействие, а не палка. И если мы толкнули небольшой участок палки с одной стороны - это вовсе не значит, что мы толкнули всю палку. Переданный импульс должен быть передан всем участкам материала палки, от одного к другому, то есть все равно "со скоростью передачи взаимодействия". И здесь даже не имеет особого значения, что материя дискретна, что "атомы стукаются". Важнее другое - отсутствие абсолютно жёстких объектов В ПРИНЦИПЕ. Вы можете рассматривать электроны как кванты непрерывного электронного поля в металле - все равно они не придут в движение само по себе, по электронной плотности побежит ВОЛНА. Ясен пень, со скоростью меньше световой.

Ответить

Volodymyr

10.03.2023

А с какой скоростью распространяется сила гравитации? Изменение положения в пространстве объекта как быстро подействует на тело в его досягаемости?

Ответить

—

White Rabbit

12.03.2023

Со скоростью света. Гравитационные волны уже зафиксированы, и (нелепым) спорам на эту тему очевидно положен конец.

Ответить

ещё комментарии

Volodymyr

12.03.2023

А гравитация влияет только в нашем трёх мерном пространстве тили может теоретически влиять на четвёртое или если это время то даже на пятое измерение? Суть вопроса, может ли гравитация быть аналогом такого сверхтвердого стержня?

Ответить

слава алексеев

08.03.2023

Вопрос не корректный. Теория не позволяет РАЗОГНАТЬ материальное тело, до скорости света. ( С определёнными оговорками) Всё остальное теория позволяет.

Ответить

—

White Rabbit

12.03.2023

Нет. Формулировка другая. Нельзя передать ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ (энергию-импульс, информацию) быстрее. А разгон - уже следствие. И невозможность существования абсолютно жёстких, недеформируемых тел или полей - тоже следствие.

Ответить

wessen12

06.03.2023

-2

Мне кажется ответ вообще не на тот вопрос. Вот есть у меня палка длинною метр и диаметром 1см из титана, лежит она на столе и одним концом уперта в кружку, палку толкают с противоположно стороны и кружка получает импульс. Вот импульс кружка получает быстрее скорости света с момента воздействия на палку или нет? В вопросе речь про сдвиг предмета, а не про распространение в нем волн. Все эти расчеты на триллионы долларов и скорость звуковых волн совсем не в тему. Эксперимент то мысленный.

Ответить

—

White Rabbit

12.03.2023

Нельзя ставить мысленный эксперимент, пренебрегая именно тем явлением, которое мы хотели понять/изучить! Это, мягко говоря, нелепо. Абсолютно твердых (жестких) объектов в природе существовать не может. Для каких-то мысленных экспериментов мы можем такой взять, но НЕ можем, если собрались изучать скорость распространения взаимодействия, которой исходно и "пренебрегли". Скорость передачи деформации/импульса в любой среде, т.е. в объекте любой природы и за любую цену не может превысить скорость света. И да, такая скорость называется скоростью звука. Ваш стержень сдвинет кружку НЕ РАНЬШЕ, чем до кружки дойдет волна деформации, т.е. последовательное смещение частей стержня (из любого материала или поля). Т.е. не раньше t=L/c, где с-скоростььзвука в стержне.

Ответить

Андрей Туполев

06.03.2023

Можно еще о солнечном зайчике на плутоне поговорить.

Ответить

—

Андрей Маркин

20.04.2023

Если зафиксировать солнечный луч на поверхности луны и начать последовательное движение в одну из сторон то пытаясь изменить направление луча вы увидите что ваши действия запаздывают на 1.3 сек. Потому и нет нарушений причинно-следственной связи.

Ответить

Sergio Mihailovich

06.03.2023

Что это за хрень, которую только прочитал?! Что и к чему, зачем, ради чего вся эта ахинея с какими-то расчетами?!

Ответить

Sean Tidie

05.03.2023

Это не вопрос. На вопрос чего не хватает бабушке чтобы она стала дедушкой ответ, конечно, есть, но уродливы все трое - вопрос, ответ и свихнувшаяся бабушка

Ответить

Питон Удав

05.03.2023

Кто эти вопросы задаёт? Типичная задачка ещё из школьного курса физики, причём постоянно встречается в любых статьях и обзорах на тему преодоления скорости света. Самый простой вариант - рычаг. Если короткий конец рычага двигается со скоростью света, то длинный конец будет двигаться со скоростью превышающей скорость света? Ну и приблизительно такой же разбор.

Ответить

—

Артём Моисеев

06.03.2023

Я так понимаю это уровень "популяризации науки". Тем кто более-менее в теме - сразу все ясно и не интересно (вопрос, как в этом случае писать "не интересно" или "неинтересно" - даже более интересный может быть:))). А вот "начинающих" в этом плане, в науке, так сказать - зацепит:) Типа а вон оно чо оказалось в итоге:))

Ответить

Егор Быковский

06.03.2023

Эти вопросы вы и задаете - читатели Naked Science. А мы на них отвечаем (не на все, конечно).

Ответить

Valery Warhammer

05.03.2023

Имеется в виду именно механическое движение по типу печатной машинки , то есть мы нажимаем на конец твердого тела и на Плутоне печатаем бекву а допустим ,передача информации становится быстрее скорости света в таком случае.

Ответить

—

Кирпань Николай

05.03.2023

Так на это Алексей и ответил, что "В реальных же телах скорость распространения колебаний будет не просто меньше скорости света, а намного меньше". Может быть смутило слово "колебания"? Но как раз и имеется ввиду "нажим". Который и будет передаваться со скоростью звука.

Ответить

Илья Дзен

05.03.2023

думаю, что вопрос понят неверно. Скорее всего здесь имеется ввиду, что если со стороны плутона этот объект резко начинает движение, то другой конец начинает движение тоже, в то же мгновение. Этот вопрос носит характер мысленного эксперимента. Считать стоимость и придумывать материал, из которого будет состоять гипотетический объект, некорректно.

Ответить

—

Daria Vieru

05.03.2023

Насколько я поняла, Евгений представляет себе продолговатое тело длиной от Меркурия до Плутона. Тело такой формы и длины возможно в нашей вселенной? У меня дежавю, но кажется подобный мысленный эксперимент разбирали на канале Veritasium или Vsous.

Ответить

Кирпань Николай

05.03.2023

А вот реальный объект не начнет движение в то же мгновение. Начав движение на одном конце другой начнет двигаться только через 23 года (если в ответе верно посчитано). А к чему рассматривать "гипотетический объект" не понятно. Гипотетически можно нарушить и теорию относительности и любую другую теорию.

Ответить

ещё комментарии

White Rabbit

12.03.2023

"гипотетические", то есть упрощённые, объекты очень распространены в науках, они помогают понять главное, пренебрегая _несущесьвенными_ деталями. Нужно только четко понимать, чем именно мы пренебренаем И в данном случае пренебрежение очевидно некорректно, автор пытается оценить скорость распространения взаимодействия, выбирая идеальный объект, в котором пренебрегают как раз скоростью распространения взаимодействия. Не очень умно, конечно :-)

Ответить