itemscope itemtype="http://schema.org/WebPage"

Сверхсвет: о чём нам врали космооперы?

Хорошо жить в космоопере! Если нужно долететь до соседней звезды, то просто включаешь сверхсветовой двигатель, летишь себе — и вскоре уже на месте. Вот только физики от такого начинают кривиться и плеваться. В чём же дело?

/
11K
62
154
131

Хорошо жить в космоопере! Если нужно долететь до соседней звезды, то просто включаешь сверхсветовой двигатель, летишь себе — и вскоре уже на месте. Вот только физики от такого начинают кривиться и плеваться. В чём же дело?

В упрощённой форме всё сводится к следующему выражению: «Сверхсвет, причинность, относительность — выберите любые два».

И похоже, что выбор этот, увы, уже сделан за нас.

Всё дело в том, что во Вселенной не существует абсолютной системы отсчёта времени. Нет единой шкалы, по которой можно было бы точно сказать, когда произошло одно, а когда — другое событие.

Течение времени зависит от массы и скорости.

В обыденной жизни мы этого не замечаем. Для сравнительно медленных, массивных тел, не слишком удалённых друг от друга, различия в наблюдаемом ходе времени не играют особой роли. Но вот чем ближе к скорости света, тем явственнее они становятся. Для наблюдателя на Земле и для пассажира летящей на околосветовой скорости ракеты время течёт по-разному. Чем ближе к скорости света, тем сильнее замедляется время.

И что же с этим делает сверхсвет (также известный как FTL — Faster Than Light)?

Относительность

Для начала разберёмся с относительностью. Каким образом ход событий зависит от точки зрения наблюдателя?

Сверхсвет: о чём нам врали космооперы?

Предположим, что в космосе движется конвой из трёх кораблей — A, B и C, организованных как на рисунке. Все три движутся в одном направлении с равной скоростью, на равном удалении друг от друга. То есть относительно друг друга они неподвижны. Летательные аппараты вооружены лазерными орудиями, стреляющими со скоростью света, а также оснащены системой FTL-связи, действующей мгновенно вне зависимости от расстояния. Этакое сверхсветовое радио.

Теперь добавим немного драмы. Корабль B был захвачен пиратами с А и С и принуждён следовать между ними. В какой-то момент экипажу В удаётся застать врасплох призовую команду и восстановить контроль над своим кораблём. Однако они прекрасно понимают, что если попробуют бежать, то А и С это заметят и немедленно их расстреляют. Если B атакует какой-то из кораблей, то «мишень» успеет сообщить об этом по FTL-связи коллеге. Поэтому команда B решает стрелять из своих лазерных орудий по A и C одновременно.

Сверхсвет: о чём нам врали космооперы?

Как выглядит ситуация с корабля B?

В его системе отсчёта как сам корабль В, так и корабли А и С, неподвижны — ибо точка отсчёта всегда может быть принята за неподвижную. Лазерные лучи, выпущенные B, достигают А и С одновременно, поскольку им нужно преодолеть одинаковое расстояние ВА и ВС. Корабли A и С поражены одновременно. Перед гибелью (уничтожение всё-таки не мгновенно) каждый из них успевает послать другому FTL-сигнал с сообщением об атаке, но так как оба корабля атакованы сразу, то предупреждение пропадает впустую.

Кажется, всё стройно? Только на первый взгляд.

Добавляем ещё один корабль — D, который движется параллельно конвою, но в противоположном направлении. В системе отсчёта корабля D он сам неподвижен, а A, B и С летят ему навстречу.

Сверхсвет: о чём нам врали космооперы?

Как будет выглядеть описанная выше лазерная атака с точки зрения корабля D?

В какой-то момент корабль B выпускает лазерные лучи по A и С. Но теперь ситуация выглядит иначе: корабль А «убегает» от лазерного луча, а корабль C движется ему навстречу!

Напомним ещё раз: скорость света — константа. То есть движение корабля B не играет никакой роли, его собственная скорость не добавляется к скорости луча и не отнимается от неё. Лазерный луч всегда двигается с постоянной скоростью.

Что получается? Лазерный луч быстрее настигает корабль C (летящий ему навстречу), чем догоняет корабль А (летящий от луча). И тут включается в игру FTL-радио. Перед своей гибелью С успевает сообщить об опасности А. Корабль А, получив предупреждение, успевает сманеврировать, и лазерный луч проходит мимо.

Мы имеем довольно… странную ситуацию. Если мы смотрим на сражение с точки зрения корабля B, то корабли А и С уничтожены. Если же мы смотрим с точки зрения корабля D — то уничтожен только С, корабль А уцелел. И как это согласовать?

Может быть, какая-то из точек зрения истинная, а какая-то — иллюзорная?

К сожалению, нет. Для понимания проблемы добавим корабль E, который движется в том же направлении, что и конвой, но быстрее, и постепенно его перегоняет. В системе отсчёта корабля E он сам, понятное дело, неподвижен, а C, B и A летят ему навстречу, но в обратном порядке — первым С, вторым B, последним А.

Сверхсвет: о чём нам врали космооперы?

С точки зрения корабля E, сражение развёрнуто зеркально: теперь С «убегает» от луча, а А движется ему навстречу. То есть А погибает первым, но успевает по FTL-радио предупредить С об атаке. И корабль С успевает уклониться.

В результате получается следующая ситуация: если мы смотрим с точки зрения корабля B — то A и С уничтожены одновременно; если с точки зрения корабля D — то С уничтожен, А успел сманеврировать и уцелел; с точки зрения E корабль А уничтожен, С успел сманеврировать и уцелел.

Так какие всё-таки корабли были уничтожены, а какие ещё существуют? Кто может связаться с кем по FTL-связи и кто кому ответит? Можно ли в этом всём разобраться? Увы, нет.

Причина всей этой суматохи в том, что системы отсчёта каждого корабля относительны и не учитывают другие. Наше фантастическое FTL-радио внезапно соединяет эти системы отсчёта и создаёт парадоксы. Если бы FTL-радио не было, то ситуация выглядела бы куда проще: с точки зрения корабля B корабли А и С погибают одновременно; с точки зрения кораблей D и E — один раньше, а другой позже. Но сам факт их гибели остаётся неизменным.

Сверхсвет, таким образом, нарушает принцип относительности и приводит — в комбинации с постоянной скоростью света — к невразумительным парадоксам, которые просто нельзя уложить в единую систему отсчёта.

Причинность

Итак, предположим, что в 2100 году с Земли запущен пилотируемый космический корабль, движущийся со скоростью 80% скорости света. За время его полёта, однако, на Земле происходит технический прорыв, и — вуаля! — сверхсветовой FTL-двигатель изобретён! Правительства Земли решают вернуть астронавтов с досветового корабля обратно, и в 2110 году к ним запускается FTL-корабль, способный мгновенно преодолеть разделяющее их расстояние.

Сверхсвет: о чём нам врали космооперы?

Тут-то и выскакивает из засады относительность.

Так как космический корабль двигался со скоростью 0,8 С (С — скорость света. — Прим.ред), то время для него текло медленнее, чем на Земле.

На момент запуска FTL-корабля в 2110 земном году на борту досветового корабля лишь 2106 год!

Поэтому FTL-корабль, состыковавшись с досветовым, вынужденно перейдёт в его систему отсчёта. И в какой год тогда вернутся астронавты, прилетевшие с Земли? В 2106-й, что ли?

Казалось бы, ну и что? Прилетят в прошлое! Но нет, тут раскрывает свою жадную пасть парадокс. Если астронавты вернулись на Землю в 2106 году, то зачем посылать FTL-корабль в 2110-м, чтобы вернуть их? Они же уже здесь. Даже если земные правительства решат-таки сделать это, просто чтобы избежать парадокса, то им придётся вступить в бой с ещё одним хтоническим монстром — эффектом бабочки.

Предположим, что на торжествах по случаю прибытия астронавтов в 2106 году один из разработчиков будущего FTL-корабля хватил лишнего и из-за этого допустил ошибку в расчётах. В результате при запуске в 2110 году FTL-корабль взрывается на старте. Следующий FTL-корабль не будет готов раньше 2112 года, и поэтому полететь и привезти астронавтов в 2106-й некому. То есть астронавты никогда в 2106 год не возвращались. То есть разработчик не хватил лишку на торжествах и не допустил ошибку. То есть FTL-корабль в 2110 не взорвался при запуске, а полетел и вернул астронавтов в 2106-й. А значит, разработчик хватил лишку и допустил ошибку… и так до бесконечности.

Перемещённые в прошлое астронавты по определению будут оказывать непрерывное возмущающее воздействие на историю. Просто потому, что исходно их в ней не должно было быть. Любое их взаимодействие с прошлым приводит к нарушению прежнего хода истории. И откровенно говоря, мы понятия не имеем, как именно история на это отреагирует.

Сверхсвет: о чём нам врали космооперы?

Возможное решение

Так что же, сверхсветовое перемещение вообще невозможно? Не совсем.

Главная проблема в том, как бы избежать нарушения причинности и относительности — то есть не построить случайно машину времени. До тех пор, пока нам удаётся при каждом FTL-переходе перемещаться только в будущее, ситуация остаётся — в рамках приличия по крайней мере — в плане причинности.

Хорошим подходом к решению проблемы могут быть способы FTL, использующие некую «трассу». Например, червоточины (они же кротовьи норы), гипотетические «проходы насквозь» через искривлённое пространство. Если они существуют, проходимы и могут быть стабилизированы — строго говоря, по каждому из этих пунктов есть сомнения, — то их можно использовать для более-менее «непротиворечивого» FTL-перемещения.

Допустим, в 2100 году учёные сумели создать такую червоточину. Оставили один её конец на Земле, а другой на 80% скорости света запустили в систему Терранова на удалении в десять световых лет. С точки зрения земного наблюдателя, другой конец червоточины достигнет цели 20 лет спустя (с учётом разгона и торможения) — в 2120 году. Но с точки зрения зонда, несущего конец червоточины, пройдёт всего 13 лет, и прибудет к цели он в 2113 году.

Путешественник, отправившийся по червоточине с Земли в 2120 году, прибудет на Терранову в 2113 год. Казалось бы, машина времени? Нет. Поскольку сама по себе червоточина — вполне релятивистский объект, она соединяет не точки во времени, а интервалы. Оба её конца продолжают двигаться из прошлого в будущее, пускай даже с разной скоростью, а перемещение по самой червоточине тоже не мгновенно. Если тот же самый путешественник по червоточине вернётся с Террановы на Землю, то вернётся он в 2120-й год. Причём (путешествие не мгновенно) позже времени отправления. Нарушить причинность и вернуться раньше отправления у него не выйдет: за время путешествия земной конец червоточины сместится в будущее. И с относительностью все (относительно) в порядке: путешественник не может обогнать движущийся через ту же червоточину свет.

Конечно, если мы попытаемся построить вторую червоточину параллельно первой, ситуация станет более… сложной. И потенциально мы можем получить-таки машину времени (хотя есть основания считать, что в этом случае одна из червоточин немедленно коллапсирует — Вселенная не любит машины времени). Но до тех пор, пока мы пользуемся только одной, мы в относительном порядке и мире как с причинностью, так и с относительностью.

Хотя, может, и нет.

Мнение редакции не всегда совпадает с мнением автора.
Как охраняют торговые суда: что можно противопоставить современным пиратам?

Пираты — главная проблема морских путей в XXI веке. И, хотя Совбез ООН ещё в 2008 году разрешил применять силу против морских разбойников, окончательно решить проблему никак не удаётся. Получив информацию из первых рук, WARHEAD.SU рассказывает, как обстоят дела с охраной на современных кораблях.

15K
27
9
38
Кто такие гренадеры: могучие великаны военной истории

Многие почему-то зовут их гренадёрами. Это ошибка, но возможно, в таком наименовании подсознательно отразилась сама суть этого рода войск. Ведь гренадеры всегда были не прочь надрать пятую точку любому противнику.

95K
49
9
358
Легионы американского космодесанта: традиции, слава и скелеты в шкафу

Кавалерийская дивизия — более бронетанковая, чем, собственно, сама бронетанковая. Тропическая дивизия с базами на Аляске. «Индейская» дивизия, которая на самом деле частично корейская. Альпийские стрелки — среди знаменитых горных хребтов штата Нью-Йорк. Примазавшиеся к армейским дивизиям нацгвардейцы. Всё это — реалии современной американской армии.

20K
28
26
93
«Кавалерийский шок»: кто такие кирасиры

Вплоть до появления нарезного стрелкового оружия и пулемётов на полях сражений господствовала конница. Несущиеся на неприятеля всадники были во время сражения столь сильным аргументом, что пехота порой теряла строй и отступала…

83K
43
17
444
Ботаническое оружие: как не умереть от ожогов борщевика

Жителей Подмосковья обязали бороться с борщевиком. Теперь, если запустили участок, будьте добры оплатить штраф. Речь в законопроекте идёт о борщевике Сосновского. Что это за зверь, чем он опасен для страйкболистов и куда его нельзя прикладывать — давайте разбираться.

29K
17
16
715
И числом, и умением: кто такие драгуны

Это был самый многочисленный род кавалерии. В некоторых странах даже единственный. А в России — самый прославленный в боях. Происхождение его имени — загадка, а тактическое использование отличалось от любой другой конницы. Встречайте — драгуны!

37K
27
18
139
Крах европейской мечты: как Первая мировая уничтожила рантье

Больше ста лет это было великой европейской мечтой. Главной целью, показателем успешности. Ради этого европейцы отказывали себе во множестве повседневных удовольствий, экономили каждый франк и копили каждый пенс. Чтобы в один прекрасный день сказать: «Я больше никогда не будут работать!» И превратиться в рантье.

21K
34
12
476
Конституция США: менять нельзя оставить

Сразу после Американской революции молодое государство из тринадцати штатов приняло Конституцию, которая действует до сих пор — всё такая же боевая и готовая дать врагам отпор. Но не устарела ли она?

6.8K
20
1
30
Голштинская гвардия — потешные войска Петра III

У трёх правителей России были потешные войска. В течение всего XVIII века считалось, что каждый наследник престола по примеру Петра Великого должен иметь собственные военные части, которыми может полноправно распоряжаться. О потешных самого неоднозначного императора — Петра III — и мифах, связанных с его голштинской гвардией, будет наш рассказ.

8.9K
13
9
79
10 «школьных» заблуждений о русской военной истории

На Куликовом поле не было пехоты, стрельцы не воевали в красном, Карл XII не нападал на Россию!

375K
152
100
897
Правда ли? Эсэсовцы массово воевали во французском Иностранном легионе

Французский Иностранный легион имел германский акцент с первых дней: король Луи-Филипп создал его в 1831 году из наёмных немецких и швейцарских полков. Непростое, но массовое присутствие немцев в Легионе продлилось полтора века — его не прекратили ни мировые войны, ни взаимная ненависть французов и немцев.

276K
101
20
336
Зенитная самоходка «Деривация»: отличная новинка — или полный провал?

В последние годы российский ВПК показал большое количество новых образцов военной техники. Многие из них вызывают критику — и часто справедливую. Но порой ругают проекты, которые этого не заслуживают. Один из подобных примеров — новая ЗСУ «Деривация». Давайте разберёмся подробно.

202K
69
90
114
Азербайджанский эксперт — о войне и мире в Нагорном Карабахе

Сегодня президент Азербайджана Ильхам Алиев написал в Твиттере о взятии под контроль города Джебраил (Мехакаван) и нескольких сел, прилегающих к Нагорному Карабаху. Армянская сторона не подтверждает это заявление и сообщает о гибели мирных жителей под обстрелами в городах Шуша и Степанакерт.

133K
49
124
132
Как начинают войны: ликбез

Чтобы пересчитать все горячие точки планеты в 2017, вам не хватит пальцев обеих рук. В 2016 году в них погибло более 130 тысяч человек, что значительно меньше, чем в 2014, но примерно столько же, сколько в 2015. Хотя официально ни одной войны сейчас не идёт. Война вообще-то запрещена.

272K
73
12
274
Плавучие ветераны Второй мировой: самые старые действующие военные корабли

Вторая мировая была настолько давно, что корабли, принимавшие в ней участие, уже давно превратились в плавучие музеи. Но не все! Некоторые всё ещё стоят в строю и гордо несут флаги своих стран. Мы собрали для вас подборку самых интересных кораблей-ветеранов.

170K
45
14
81
Чёрные и белые мифы о ленд-лизе: в трёх соснах

Вторая мировая война — и ленд-лиз. А можно ли было вообще без него? Здесь не будет срывания покровов и погружения в нюансы, но большинство спорщиков о ленд-лизе обычно блуждают именно в этих трёх соснах.

116K
146
445
884
Острее бритвы: как правильно точить ножи

Пришли на шашлыки, а тупой «дедушкин» ножик не режет мясо? Вовремя затачивать надо было! Чтобы вы больше не попали впросак в такой ситуации — наша статья о том, как же правильно «лечить» затупившиеся клинки.

170K
80
59
467
Взгляд Запада: каким видели советский спецназ в Афганистане

Советского спецназа на Западе очень боялись — и заслуженно. О наших бойцах писали в зарубежной прессе, рассказывали душманы. За Spetsnaz пристально следили за океаном. О подвигах бойцов в Афганистане ходило много легенд. Какие из них правда? Сейчас расскажем.

137K
105
27
869
Авиакатастрофы 1946 года: СССР и Китай

Твоя безопасность в XXI веке, при полёте на чартере "ФигЗнаетКакМыПолучилиЛицензиюАвиа" из Москвы в Ларнаку, вполне себе обеспечена статистикой. Шансы разбиться всего один к десяти миллионам. Думаешь так было всегда?

16K
14
0
0
Первый закон Рима

Римские законы XII таблиц это настоящий памятник юриспруденции. Это основа основ общемирового права вообще! Короче говоря, это классика, это знать надо. Но как они дошли до жизни такой, зачем римляне заморочились и записали свои обычаи?

13K
18
3
0
Эффект кумулятивного действия: Баньцао

Что-то давненько я не писал про аварии на дамбах, так что сегодня решил исправить это упущение. Итак, одна из крупнейших аварий на гидросооружениях — прорыв дамбы Баньцяо, август семьдесят пятого. Эффективный менеджмент made in China.

1.5K
13
1
0
Прогрессоры «Тёмных Веков»

«Тёмные Века» в представлении обывателей это мрак, ужас и смерть разума. Но на самом деле это важнейший период европейской цивилизации, когда античность была перекована в новую форму мышления, без которой последующий взлёт Европы был бы невозможен.

3.9K
11
3
0
Индийские СМИ клеймят «китайского шпиона» подонком и мошенником

Арестованного по подозрению в шпионаже на Китай индийского журналиста Раджива Шарму его коллеги характеризуют как «мошенника» и «подонка». В частности, он продавал одну и ту же информацию российским и китайским медиа, меняя ее так, чтобы она соответствовала интересам страны-заказчика.

2.4K
7
0
0
Когда переборщил с маркетингом: Первый Крестовый Поход

В 1096 году Папа Римский Урбан Второй призвал всю Европу пойти в крестовый поход и призвал так убедительно, что сам остался не особо доволен. Кроме бронированных терминаторов в Палестину отправились вообще все, в том числе крестьяне, женщины, дети, инвалиды и прочие очень нужные в военном походе личности.

4K
8
2
0
Спутник для подлодки

Боевой прицеп с ракетам, диверсантами и другими полезными вещами для подводной лодки.

2.4K
11
0
0
Эффект кумулятивного действия: Пожар на «Гюнешли»

В комментах к «Альфе» меня попросили рассказать о пожаре на нефтяной платформе № 10 месторождения «Гюнешли». Рассказываю. Географически это Каспий. Хронологически — 2015 год, 4 декабря. Юридически — стихийное бедствие, никто не виноват. Фактически — классика жанра «техногенка».

1.4K
4
0
0
«Здравствуйте, я от Гитлера» История Вилли Гѐрольда

Ефрейтор Вилли Герольд в апреле 1945 года выдавал себя за капитана Люфтваффе, и куролесил по немецким тылам — да так, что в конечном итоге потерял голову на британской гильотине.

4.1K
10
4
0