Кандидат юридических наук, доцент юридического факультета Брестского университета имени А. С. Пушкина, специалист по антистрессовому управлению временем, автор тренинга «Вовремя» (http://seminar-tm.ru) и одноименного инфокурса. Имеет собственные рабочие методики в сфере тайм-менеджмента. Автор и исполнитель более 800 песен. Победитель конкурса РИА Новости «Поздравь страну!» (2011) Придерживается принципа - «главное успеть».

tut-2003.wix.com/sergeyhramov

twitter.com/templaw

facebook.com/shramov

sergeyhramov.livejournal.com

Всех дел не переделать. Даже не надо пытаться. Но ставить максимальные задачи на день разумно и даже необходимо.

Ощущение давления стоящих в очереди дел придает необходимую энергию для выполнения главных из них. Но в связи с этим неизбежно возникает проблема нехватки времени, с которой, без преувеличения, сталкиваются все. У некоторых эта проблема возникает практически ежедневно. И не мудрено. Время - единственный ресурс на свете, который невозможно накопить. Но рационально использовать можно.

Что делать, если в очередной раз на что-то срочное не хватает времени? Две новости. И обе хорошие!

Первая новость - не надо метаться в поисках «завалявшихся» минут. Недостающего времени вы все равно не найдёте. Метание только усугубит проблему и съест оставшиеся крохи времени. Не зря русская народная мудрость учит: «Поспешишь - людей насмешишь» или «За двумя за двумя зайцами погонишься, ни одного не поймаешь».

Вторая новость - я открыл эффект замедления времени! И сейчас поделюсь этим эффектом с вами.

Иллюстрации к статье: Norvhic Fernandez Austria , фотоманипуляции

Не замечали, что время в разные периоды времени течет для нас по-разному. Сравните сами: когда время для вас идет быстрее - утром, днем или вечером? Лично для меня утреннее время наиболее удобное для интеллектуальной работы, поскольку за час удается сделать больше, чем за два часа днем или за весь оставшийся вечер. Согласен с теми, кто называет этот час золотым.

Более того, самые разные люди, находясь в одном и том же месте в одно и то же время, каждый по-своему ощущают бег секунд и минут.

На своем тренинге «Вовремя» я провожу такой любопытный эксперимент. Прошу одного из участников включить секундомер и выключить его только по моей команде. Остальных прошу про себя просчитать пройденные секунды. Примерно секунд через 15 я говорю «Стоп» и затем со слов участников записываю полученные результаты. Разброс получается от 12 до 43! То есть даже на тренинге для одних время течет быстрее, для других медленнее. Но ни для тех, ни для других не так, как показывает секундомер!

Что подтверждает этот эксперимент? Только то, что время для каждого из нас течет индивидуально и субъективно. На феномен индивидуального восприятия времени уже обращали внимание ученые. Вот, например, что по этому поводу думает наш выдающийся современник - английского физик и астроном Стивен Хокинг: «... нет единого абсолютного времени; каждый индивидуум имеет свой собственный масштаб времени, зависящий от того, где этот индивидуум находится и как он движется».

Итак, тезис о субъективном восприятии течения времени будем считать доказанным. Почему бы в таком случае не использовать это в своих интересах. У меня есть собственная рабочая методика под названием «Отсчет».

Методика состоит из двух последовательных этапов. Переходим к пошаговой инструкции:

Шаг 1. При наличии состояния, когда нехватка времени душит надо... сделать паузу, остановиться, выровнять дыхание. Если есть возможность - даже прилечь. На кровать или на сдвинутые вместе стулья - не принципиально. В таком состоянии замираем секунд на 30-45.

Не зря ведь белорусы говорят: «Спяшайся павольна», что в буквальном переводе означает «Спеши не спеша».

Чем меньше времени остаётся до часа «Х», тем на большее количество мгновений позволяем себе отречься от происходящего. Потраченные секунды, даже минута, ничего не решают. Зато ваш организм успевает перестроиться на режим экономии времени вследствие его субъективного замедления и изменения скорости восприятия.

Выдерживая паузу по Станиславскому, мысленно ответим на три вопроса:

Что я сейчас собираюсь делать?

Что изменится, если я решу проблему срочности за счет качества?

Можно ли вообще это не делать?

Если вы, ответив на второй и третий вопросы, изменили отношение к дышащему вам в спину делу, замечательно! Если нет, переходим к шагу 2.

Шаг 2. Пауза закончилась. Начинаем движения, действия. Все то, что необходимой в конкретной ситуации. При этом искусственно ограничиваем себя во времени, включив внутренний обратный отсчёт. 100, 99, 98... Можно и наоборот - 1, 2, 3... Замечаете, как приходит ощущение контроля над временем? Ведь вы сами по наитию контролируете скорость отсчета, то замедляя, то увеличивая ее.

Параллельно с отсчетом надо немедленно начинать действовать. В этом-то и весь фокус. Дело в том, что отсчет (обратный или прямой) запускает сразу два механизма:

• эффект замедления времени;
• детерминанту активности (не только интеллектуальной, но и, в случае необходимости, физической).

Если вам надо куда-то идти - идите. Если надо что-то делать - делайте. Если ощущение катастрофической нехватки времени появилось из-за того, что надо срочно завершить какую-то работу, завершайте.

Вы очень быстро вовлечетесь в этот процесс и начнете концентрироваться на том, что важно именно сейчас. Приближаясь к завершению отсчета, вы неизбежно втянетесь в выполняемую работу, какой бы она не была. Даже при проверке номера гостиницы перед отъездом в аэропорт. Ведь забытые по рассеянности на другом конце страны вещи вернуть будет непросто.

Кстати, цифры вслух не проговариваем, только про себя. Не тратим на это энергию. Есть дела поважнее.

Весной 1905 года Альберт Эйнштейн сел на трамвай в нескольких километрах от башни Зитглогге — роскошной башни с часами, которая возвышается над Берном — по дороге домой. Эйнштейн, в то время простой клерк, завершил работу, и ехал в трамвае, думая о истинах Вселенной в свободное время. И один из его мысленных экспериментов, рожденных в том самом трамвае, произвел революцию в современной физике.

Эйнштейн представлял, что произойдет, если трамвай будет ехать со скоростью света. Смотря на башню с часами Эйнштейн понял, что если он будет путешествовать со скоростью 300 000 километров в секунду, стрелки часов, которые так торжественно двигались, будут казаться полностью застывшими.

В то же время Эйнштейн знал, что, если он вернется на башню с часами, их стрелки будут перемещаться обычным образом — время будет идти своим чередом. Однако для Эйнштейна в трамвае время замедлилось. Он пришел к выводу, что чем быстрее вы будете двигаться в пространстве, тем медленнее вы будете двигаться во времени. Как такое вообще возможно?

Башня Zytglogge, Берн, Швейцария.
Изображение: Даниэль Швен / Wikimedia Commons)

Дилемма Эйнштейна
На Эйнштейна сильно повлияли работы двух великих физиков. Во-первых, были законы движения, обнаруженные его кумиром, Ньютоном, а во-вторых, были законы электромагнетизма, установленные Максвелом. Однако две теории были противоречивыми. Максвелл постулировал, что скорость электромагнитной волны, такой как свет, фиксирована — невероятные 300 000 километров в секунду. Он утверждал, что это был фундаментальный закон Вселенной.

В то время как закон Ньютона подразумевал, что скорости всегда относительны. Скорость движения машины со скоростью 40 километров в час составляет 40 километров в час относительно стационарного наблюдателя, но только 20 километров в час относительно автомобиля, движущегося рядом с ним со скоростью 20 км/ч. Или, 60 км / ч, если тот же автомобиль ехал в противоположном направлении. Эта концепция относительной скорости несовместима с очевидным фундаментальным фактом Максвелла при применении к скорости света. Это представляло для Эйнштейна тяжелую дилемму.

Противоречие заставило Эйнштейна сделать ошеломляющее, но в то же время одно из самых новаторских утверждений в истории физики - коллокацию утверждений, что, конечно же, не удивительно. Чтобы понять противоречие и, следовательно, почему время замедляется, рассмотрим еще один гениальный мысленный эксперимент, один из лучших у Эйнштейна. Он представил себе человека на платформе станции, по обе стороны от которого ударяют две молнии. Человек, стоя прямо посередине этих двух точек, наблюдает за полученными лучами света с обеих сторон одновременно.

Тем не менее, все становится странным, когда в то же время другой человек в поезде просматривает эту сцену, когда он проезжает мимо нее со скоростью света. Согласно законам движения, свет от молнии ближе к поезду достигнет человека раньше, чем свет от молнии дальше от поезда.

Измерение скорости света, производимого обоими людьми, будет отличаться по величине. Но как это возможно, если вспомнить, что скорость света, по мнению Максвелла, должна быть постоянной, независимо от движения наблюдателя — так называемый «фундаментальный» закон Вселенной?

Чтобы компенсировать это расхождение, Эйнштейн предположил, что само время замедляется, так что скорость света оставалась постоянной! Время для человека в поезде проходило медленнее относительно времени для человека на платформе. Эйнштейн назвал это расширением времени.

Гравитационное время
Эйнштейн назвал свою теорию специальной теорией относительности. Это было что-то особенное, потому что оно касалось постоянных скоростей. Чтобы примирить ее с реальным миром, где объекты все время ускорялись и замедлялись, ему нужно было исследовать последствия своей теории, когда речь шла об ускорении. Эта попытка обобщить и объяснить все явления привела его к открытию взаимосвязи между временем и гравитацией; он назвал эту новопринятую теорию гравитации «Общая теория относительности».

Ньютон считал, что поток времени был как стрела; он двигался непоколебимо только в одном направлении — вперед. Эйнштейн в том трамвае предположил, что время изменяется обратно пропорционально скорости. Фактически, Эйнштейн утверждал, что время дополняло пространство, в гибкой четырехмерной модели, на которой разворачивались события Космоса.

Он назвал эту модель пространством-временем (пространственно-временной континуум). Когда Эйнштейн опубликовал свою работу, он получил реакцию, которую можно было бы ожидать, когда будет опубликована такая феноменальная работа — недоверие.

Согласно общей теории относительности, материя растягивает и сжимает ткань пространства-времени, так что объекты таинственным образом не тянутся к центру Земли, а скорее отталкиваются вниз деформированным пространством над ними. Имитируя наклон, кривизна пространства-времени ускоряет объекты, которые движутся вниз, хотя скорость этого ускорения не одинакова во всех точках. Сила тяжести сильнее по отношению к поверхности Земли, где кривизна более интенсивна, чем на ее окраинах.

Хотя это и не совсем корректно, аналогия батута — самый простой способ объяснить деформирование пространства-времени из-за присутствия большой массы.

Если сила тяжести возрастает по мере продвижения вниз, то свободный объект падает быстрее в точке на поверхности, скажем, точке B, чем на большей высоте, скажем, точке А. Для объекта в свободном падении, согласно специальной теории относительности, время в B должно проходить относительно медленнее, чем оно будет проходить в A, потому что скорость объекта быстрее в точке B.

Что такое время?
Какое время тогда является правильным? Ну, ни одно из них. Эйнштейн выяснил, что нет абсолютного времени. Время является относительным в зависимости от системы сил, которым подчиняется, формально известной как система отсчета. Время, идущее в вашем собственной системе, известно как правильное время.

Если законы движения должны быть одинаковыми для всех наблюдателей, независимо от их движения, то время должно замедляться, так что чем быстрее вы двигаетесь, тем медленнее ваши часы работают относительно других часов. Это то, что Энн Хэтэуэй упоминала в фильме «Интерстеллар», когда она сказала Мэтью Макконахи, после посадки на далекую планету возле черной дыры: «Один час на этой планете равен семи годам на Земле.”

Еще раз обратимся к мысли Эйнштейна в трамвае. Является ли появление более медленных часов ограничением нашего примитивного сознания, или время действительно замедляется? И что означает замедление времени? Капризность времени заставляет нас спросить – а что такое само время? Это не простой вопрос — понятие времени озадачивало философов и физиков с древности.

Основной функцией времени является хронологическое отслеживание событий. Однако не считая последних 400 лет люди определяли время, исходя из предположения, что вокруг нас движутся Солнце и звезды, а не Земля вращается вокруг Солнца. Несмотря на неверное основание для своего вывода, «время» все равно работало хорошо. Это происходило так, потому что дни и времена года повторялись предсказуемо, а когда у вас есть что-то, что повторяется предсказуемо, у вас есть механизм хронометража.

Галилей использовал рекурсивный характер такого механизма для вычисления движения. Описание движения было бы невозможно без какой-либо ссылки на время. Однако это время никогда не было абсолютным. Даже когда Ньютон формулировал законы движения, он использовал понятие времени, в котором двое часов не идут с абсолютным, независимым временем, а, скорее, они зависимы друг с другом. Синхронизация — причина, по которой мы построили очень сложные и точные атомные часы.

Такое понятие времени строится на одновременности или критическом совпадении двух событий, таких как прибытие поезда и уникальное выравнивание стрелок часов, когда поезд прибывает на станцию. Теория Эйнштейна утверждает, что эти совпадения должны зависеть от того, как человек движется. Если два наблюдателя на платформе и в поезде не могут договориться о том, что происходит одновременно, они не могут договориться о том, как течет само время!

Для понимания влияния движения рассмотрим простейший механизм хронометража. Представьте себе хронометражный аппарат, состоящий из фотона, который отражается взад и вперед между двумя удаленными зеркалами. Давайте согласимся, что одна секунда проходит каждый раз, когда фотон отражается. Теперь повесьте двое таких часов в точках A и B выше и на поверхности Земли (обсуждалось в предыдущем разделе ), и пусть они измеряют время, когда свободно падающий объект пролетает мимо них. Свободно падающий объект измеряет время, проходящее в его собственной системе отсчета с аналогичными часами. Что они измеряют?

Наблюдение отражения фотона между двумя движущимися зеркалами аналогично наблюдению теннисного мяча, прыгающего в движущемся поезде. Несмотря на то, что мяч прыгает перпендикулярно для кого-то в поезде, для неподвижного наблюдателя вне его, мяч отскакивает триангулярно (в треугольниках).

Когда устройство движется вперед, фотон после начала движения, подобно шару, перемещается на большее расстояние после его отражения. Поэтому наше измерение времени исказилось! Более того, чем быстрее движется аппарат, тем дольше фотон отражается, тем самым растягивая длительность секунды! Вот почему течение времени в точке B оказывается медленнее, чем в точке A (вспомните, как из-за силы тяжести объект падает быстрее в точке B, чем в точке A). Эта графика показывает треугольное движение фотона и, следовательно, задержку времени.

Конечно, разница бесконечно мала. Разница между временем, измеренным часами на вершинах гор и на поверхности Земли, составляет наносекунды. Тем не менее, открытие Эйнштейна — не что иное, как великое событие. Гравитация действительно препятствует потоку времени, что означает, что чем более массивный объект, тем медленнее течет время в его окрестностях.

Замедление времени влияет на каждый процесс, независимо от того, зависит ли оно от простейшего электромагнитного явления или сложной комбинации электромагнетизма и законов движения Ньютона. Общность универсальности относительности обеспечивает это. На самом деле даже биологические процессы, а следовательно, и время, изменяется. Да … и наша голова немного старше наших ног!

Представление, что промежуток времени между двумя событиями различен для разных наблюдателей, настолько необычно, что мы исследуем более подробно, откуда оно возникает, и изучим вытекающие из него следствия. Выберем в качестве первого события излучение импульса света источником. Импульс отражается от зеркала, расположенного на расстоянии от источника, и возвращается к приемнику, находящемуся в источнике.

Фиг. 33. Событие 1: излучение светового сигнала. Событие 2: прием светового сигнала.

Определим в качестве второго события попадание светового импульса в приемник (фиг. 33). С точки зрения наблюдателя, покоящегося по отношению к прибору, так называемое «время» (т. е. промежуток между двумя событиями) определяется как пройденное импульсом расстояние деленное на скорость света:

Этот наблюдатель мог бы использовать описанную установку в качестве часов. Если бы, например, расстояние равнялось 150 см, он мог бы сказать, что между моментом испускания и моментом возвращения импульса прошел промежуток времени

Присоединив затем к приемнику счетчик и добившись, чтобы излучался новый сигнал в момент возвращения старого, наблюдатель, подсчитывая число отдельных временных промежутков, получил бы часы, или регистратор времени, ничем не отличающиеся от обычных часов, которые отсчитывают число временных промежутков между отклонениями маятника или колебаниями балансира. Принцип действия любых часов опирается на предположение, что качание маятника или

колебания балансира происходят за один и тот же промежуток времени; это предположение оправдывается тем фактом, что различные ритмические движения подобного рода согласуются между собой.

Теперь представим, что наш прибор равномерно движется со скоростью в направлении, перпендикулярном линии, соединяющей источник и зеркало, и определим промежуток времени между двумя событиями: 1) излучением импульса и 2) его возвращением, с точки зрения «неподвижного» наблюдателя, следящего за прибором, проходящим мимо него (фиг. 34).

Этот наблюдатель видит, что за то время, пока сигнал двигался в сторону зеркала, последнее сместилось, равно как сместились источник и приемник к моменту возвращения сигнала. Поэтому импульс распространяется по диагональной линии. Без всяких выкладок очевидно, что с точки зрения неподвижного наблюдателя отрезок времени между двумя событиями - излучением импульса и его приемом - удлинится, так как пройденное сигналом расстояние стало больше, а скорость, являющаяся скоростью света, не зависит, мы условились, от движения наблюдателя. Насколько удлинится временной отрезок, можно узнать с помощью расчетов, сходных с расчетами, проведенными при анализе опыта Майкельсона - Морли. В результате получим, что отрезок времени между событиями с точки зрения неподвижного наблюдателя равен

Таким образом, с точки зрения неподвижного наблюдателя любые часы в движущейся системе, основанные на излучении и приеме световых импульсов, идут медленнее, так как период их колебаний удлиняется. Так, например, если скорость составляет половину скорости света, т. е.

то промежуток времени, равный

в движущейся системе, в неподвижной системе станет равным

При желании неподвижный наблюдатель мог бы заявить движущемуся: «Ваши часы идут медленнее: временной промежуток между двумя событиями, на котором основаны ваши часы, слишком длинен». Однако движущийся наблюдатель мог бы с таким же успехом сказать: «Мои часы верны. Это ваши часы идут медленнее», потому что с его точки зрения (если он согласен с предположениями Эйнштейна) он покоится, а так называемый неподвижный наблюдатель движется с такой же скоростью в противоположную сторону.

Прежде чем спор разгорится, отметим, что все, о чем здесь говорилось, является по существу вопросом определения. Если одному из наблюдателей не нравится новое соглашение, он волен вернуться к старому (позднее мы обсудим и такую возможность). Однако мы не можем гарантировать, что старое соглашение окажется столь же удобным и плодотворным, как и новое. Фактически мы определили, следуя Эйнштейну, промежуток времени как расстояние, деленное на скорость света. Мы согласились под давлением экспериментальных фактов, что скорость света одинакова для всех наблюдателей. Кроме того, в заданной системе отсчета мы использовали положения геометрии Евклида при сложении отрезков. Если мы согласимся со всем этим, у нас не останется больше выбора. Мы вынуждены будем тогда признать, что временные отрезки кажутся различными для двух наблюдателей.

Возможно сердитое возражение: «Вы придумали весьма забавные часы, используя дорогие источники, приемники и световые сигналы. Я следил за вашими рассуждениями и согласен с вашими выводами. Но предположим, что мы решили облегчить жизнь налогоплательщикам и стали использовать просто хорошие старомодные часы с

маятником, наручные или даже песочные часы. Сможете ли вы в этом случае доказать, что промежуток времени между двумя отклонениями маятника (или промежуток между двумя положениями горки песка в часах) будет различным для двух наблюдателей?»

Мы предлагаем два ответа. Первый ответ довольно изящный. Он опирается на принцип относительности: «Не только в механике, но и в электродинамике никакие свойства явлений не соответствуют понятию абсолютного покоя и даже, более того, они ведут к предположению, что для всех координатных систем, для которых справедливы уравнения механики, справедливы те же самые электродинамические и оптические законы... Это предположение (содержание которого в дальнейшем будет называться «принципом относительности») мы намерены превратить в предпосылку...» . Или «...законы, по которым изменяются состояния физических систем, не зависят от того, к которой из двух координатных систем, движущихся относительно друг друга равномерно и прямолинейно, эти изменения состояния относятся» . Либо, перефразируя слова Пуанкаре: в природе существует заговор, не позволяющий нам выяснить наше абсолютное движение относительно эфира. Если мы согласимся с этими утверждениями, характеризующими так называемый принцип относительности, мы будем вынуждены признать, что все часы - балансирные, маятниковые или любые другие - должны так изменять свой ход, чтобы он согласовывался с ходом только что рассмотренных световых часов.

Допустим, что этого не произойдет. Предположим, у нас есть чрезвычайно дорогие швейцарские часы ручной работы, которые отсчитывают абсолютное и точное время. И предположим, что мы сравниваем показания этих часов с показаниями наших световых часов, ход которых столь очевидно зависит от их перемещения (фиг. 35).

Фиг. 35. Сравнение световых часов с часами, измеряющими «истинное время». Если бы ход этих двух часов не совпадал, то можно было бы в нарушение принципа относительности определить абсолютную скорость.

Тогда, измеряя разность хода этих двух часов, мы смогли бы определить свое движение относительно эфира. Например, если бы скорость хода световых часов составляла 0,87 скорости хода часов «истинного времени», мы смогли бы заключить, что

«Именно так и должно случиться, - говорит наш оппонент, - ведь если немного подумать, световые часы обладают массой дефектов». «Позвольте вам напомнить, - сражаем мы его,- что подобный опыт есть просто еще одна попытка определить свое абсолютное движение. Если бы нам удалось это, мы тем самым раскрыли бы заговор природы, который лишал нас возможности, противоречащей принципу относительности и огромному числу опытных данных, полученных в девятнадцатом веке, а также прямо противоречащей результатам опыта Майкельсона - Морли; ведь в этом опыте, можно считать, сравнивался ход двух световых часов: в одних луч двигался перпендикулярно, а в других - параллельно направлению движения. Если бы эти часы шли по-разному, мы обнаружили бы это при повороте прибора. Тем не менее опыт Майкельсона - Морли (проведен ли он на суше, в море или в воздухе) всегда дает один и тот же нулевой результат, свидетельствуя о том, что эти часы идут такт в такт».

Наш оппонент молчит, но мы не уверены, что нам удалось его убедить. Если он согласится с принципом относительности, с постоянством скорости света и эйнштейновским определением промежутка времени как пути светового сигнала, деленного на скорость света, то он вынужден будет признать, что длина временного промежутка между двумя событиями, происходящими в различных точках пространства, различна для двух наблюдателей, находящихся в разных системах отсчета. Далее, он мог бы признать, что в случае световых часов ему понятно, почему это происходит. Ход остальных часов должен согласовываться с ходом световых часов на основании принципа относительности.

Однако наш оппонент все же печален. «Как же так происходит? Можно ли это проанализировать и как-то понять?» Мы спускаемся с Олимпа. Дать точный анализ довольно трудно, так как часы - весьма сложный механизм, однако дать качественное объяснение можно. Вспомним, чем занимался до Эйнштейна Лорейц. Предположим, что любые часы состоят из твердых тел, атомов и т. д., которые удерживаются вместе с помощью электрических сил. Но из уравнений Максвелла мы знаем, что электрические силы зависят от движения. При движении заряженных частиц появляются магнитные силы, которые отсутствовали, когда заряды покоились. Поэтому при движении тел равновесные положения отдельных частиц могут измениться. И поэтому мы можем по крайней мере представить себе, что при движении сложных часов (с точки зрения неподвижного наблюдателя, относительно которого часы движутся) изменяются внутренние силы, в результате чего искажаются равновесные положения атомов, а всевозможные балансиры, маятники и прочее, из чего состоят часы, движутся с иными скоростями, причем такими, что ход самих часов совпадает с ходом световых часов.

Такое объяснение хоть и возможно, но оно не столь изящно, так как отвергает право наблюдателя, имеющего наручные часы, считать свое время ничуть не хуже времени в любой другой системе отсчета, а

это составляет сущность того духовного освобождения, которое принесла нам теория относительности. В принципе мы можем сохранить Понятие абсолютного времени. Но оно будет просто обузой, так как местное время в любой равномерно движущейся системе отсчета ничуть не хуже местного времени в другой равномерно движущейся системе. Предпочитать время, измеренное в одной системе отсчета, времени, измеренному в другой системе, равносильно утверждению, что Солнце, а не, скажем, Сириус, является центром Вселенной.

Рассуждения, касающиеся наручных часов, содержат одну тонкость, которую следует подчеркнуть. Лоренц предполагал, что силы неэлектрического происхождения, действующие между отдельными частями наручных часов, при переходе от неподвижной к движущейся системе отсчета преобразуются так же, как электрические силы. Другими словами, характер изменения электрических сил, подчиняющихся уравнениям Максвелла, может служить в качестве образца поведения силовых систем при переходе от неподвижной к движущейся системе отсчета. Если бы так не происходило, то положения равновесия отдельных часовых элементов изменились бы несогласованно и нельзя было бы утверждать, что ход часов совпадает с ходом световых часов. Фактически поведение электромагнитных сил Максвелла показывает, как должны преобразовываться силовые системы, чтобы часы шли согласованно.

Нас могут спросить: «Правильно или нет преобразуются ньютоновские силы, например гравитационные, да и сами уравнения Ньютона?» Мы отвечаем: «Нет, неправильно». Поэтому либо уравнения Ньютона верны, а неверен принцип относительности, либо наоборот. Эйнштейн и Лоренц встали на вторую точку зрения. Тем самым они потребовали: все уравнения физики должны быть записаны в таком виде, чтобы принцип относительности не нарушался. Если уравнения не удовлетворяют этому требованию, их необходимо изменить.

Конечно, такая точка зрения может оказаться и неверной. Однако мы можем теперь уверенно констатировать, что она оказалась чрезвычайно плодотворной. Позже мы подробно рассмотрим вопрос о том, как изменяются уравнения Ньютона при согласовании их с принципом относительности, сейчас же мы только отметим, что эти новые уравнения прекрасно согласуются с экспериментом. Настолько прекрасно, что эти релятивистские уравнения стали теперь частью инженерных расчетов, проводящихся при конструировании установок, в которых частицы движутся со скоростями, близкими к скорости света.

«Что-то, известное одному богу»

Вывод о том, что в движущейся системе время замедляется, кажется довольно странным, но он имеет исключительно важное практическое значение. Наблюдая события, происходящие в движущейся мимо нас системе, мы видим, что эти события случаются реже, чем в случае, когда система покоилась. Время есть промежуток между событиями,

а измерение времени состоит в определении количества единичных промежутков, укладывающихся в измеряемом промежутке. Рассмотрим два последовательных биения сердца. Пусть эти два события наблюдает владелец сердца и фиксирует определенный временной промежуток между ними, например 1 с. Наблюдатель же, движущийся мимо, отмечает, например, 2 с Далее, человеческая жизнь состоит из определенного числа биений сердца. Неподвижный наблюдатель насчитает за свою жизнь такое же количество биений своего сердца, как и движущийся наблюдатель, хотя последнему будет казаться по его часам, что неподвижный владелец сердца прожил вдвое более долгую жизнь. То же самое справедливо для любого другого процесса, например для промежутка времени между вспышкой взрывателя и взрывом, между одним отклонением маятника и следующим.

Одно из удобств наших новых представлений, приводящих к признанию замедления времени, состоит в том, что промежутки времени между любыми событиями изменяются одинаковым образом. Поэтому у нас есть выбор - либо считать, что время абсолютно (одно и то же в движущейся и неподвижной системах отсчета), но все происходит медленнее в движущейся системе, либо полагать, что в движущейся системе изменяется сам временной промежуток. Наблюдения замедления времени стали теперь обыденными. Без преувеличения можно сказать, что понятие замедления времени столь же привычно для современного физика, как разводной ключ или отвертка для автомобильного механика.

Поразительный пример замедления времени представляет распад мюона (т. е. мю-мезона) - отрицательно заряженной частицы (ее заряд равен заряду электрона) с массой, в 207 раз превышающей массу электрона. Для мюона так называемое время полураспада составляет величину порядка с. (Это означает, что частица распадается на что-то другое таким образом, что за время с остается только половина всех первоначальных частиц. Через с распадутся три четверти частиц и т. д.) Известно, что мюоны образуются в верхней атмосфере, на высоте порядка 106 см над поверхностью Земли, под действием космического излучения. Если после образования они двигались бы даже со скоростью света (быстрее они лететь не могут) в соответствии с дорелятивистскими представлениями, то средний путь, на котором половина из них распадается, равнялся бы произведению их времени жизни с на скорость, равную скорости света:

На пути в распалось бы три четверти частиц; на пути в см - семь восьмых и т. д. Поэтому к поверхности Земли, лежащей на см ниже уровня образования мюонов, долетело бы очень мало частиц. Тем не менее у поверхности Земли их наблюдают в значительно

большем количестве, чем можно было бы ожидать исходя из времени полураспада частиц порядка с.

В действительности это время другое. Отрезок времени с есть половина времени жизни мюона (отрезка времени между двумя событиями - рождением и распадом частицы) с точки зрения наблюдателя, неподвижного по отношению к частице. При желании мы можем использовать этот промежуток в качестве часов. Однако если частица после своего возникновения в верхней атмосфере движется с большой скоростью относительно нас, этот отрезок времени между образованием и распадом с нашей точки зрения значительно удлинится. Его точное значение определяется из выражения

И отсюда заключает, что Земля налетит на него, если в течение с будет двигаться с такой скоростью что

Таким образом, как мюон, так и земной наблюдатель получают одно и то же значение относительной скорости, требуемой для того, чтобы мюон и Земля столкнулись (относительно регистрации факта столкновения им тоже нетрудно договориться).

В этом примере смысл замедления времени проявляется самым прямым и ощутимым образом. Промежуток времени между двумя явлениями, рождением и распадом частицы, изменяется в зависимости от относительного движения частицы и наблюдателя.

Одно из неудобств в профессии физика состоит в том, что на различных вечеринках от вас добиваются ответа на вопросы, связанные с замедлением времени, подобно тому как от врачей ждут рецептов, от психологов - психоанализа, а от хиромантов - угадывания по руке будущих любовных приключений. Однажды в качестве примера замедления времени я попытался рассказать об увеличении временного отрезка между моментами рождения и распада мюона. Слушателем был мой отец, который внимательно следил за ходом моих рассуждений и согласился со всем, кроме окончательного вывода. «Но, - заявил он, смущенно пожимая плечами, - ведь должно же существовать что-то, известное разве что одному богу, что изменяет время жизни твоего мюона». Его логика, как обычно, была неопровержима. Это «что-то, известное одному богу» делает замедление времени ненужным.

16 августа 2017 в 02:57

Физика времени: Флэш, суперспособности и релятивистское замедление времени

• Научно-популярное ,
• Физика ,
• Профессиональная литература

Многие знакомы с героем комиксов DC Флешем, который быстрее пули и считается самым быстрым героем вселенной комиксов.

Кроме того Барри Аллен еще и ученый, так почему бы не оценить его способности со стороны науки и посмотреть, насколько они реальны и не противоречат ли физике. Оказывается, научный мир уже давно признал возможность замедления времени и даже проводит с ним опыты.

И сегодня я попробую об этом рассказать, а поможет мне в этом книга Ричарда Мюллера «Сейчас. Физика времени».

Относительная теория относительности

Если, например, я скажу: «Этот поезд прибывает в 7 часов», то я имею
в виду примерно следующее: «Указывание маленькой стрелки моих
часов на 7 и прибытие поезда будут одновременными событиями».
Альберт Эйнштейн

Именно с помощью этих слов Альберт Эйнштейн начал вводить в физику понятия пространства и времени, без которых он не смог бы создать теорию относительности.

В своей статье, вышедшей 30 июня 1905 года, Эйнштейн начинает объяснять понятие времени на пальцах с использованием простых примеров. Возможно, это выглядит абсурдно, но иначе было нельзя - ему было необходимо разрушить оковы разума, ограничивающие мышление своих коллег физиков.

Так что же такое время - это не объяснял Ньютон и не стал объяснять Эйнштейн, но он смог объяснить его относительность и дать понять, что все не так однозначно, как считалось ранее.
Попытайтесь вспомнить свое восприятие времени в детстве, когда оно еще не было для вас абсолютным. Помните ли вы, как оно тянется в очереди, и как быстро летит за интересными занятиями.

Что об этом говорил Эйнштейн:

«Когда ты сидишь с красивой девушкой два часа, они кажутся тебе минутой, но если ты сидишь на горячей печи хотя бы минуту, покажется, что прошло два часа».

Так на простых примерах с маленькими стрелками часов и горячей сковородкой гений 20 века заложит теорию относительности в своей статье «К электродинамике движущихся тел», а через 10 лет развил ее, объяснив принципы работы гравитации и ее природу.

Но причем здесь относительность? Для этого остановимся на минуту и ответим на один вопрос: «Какая сейчас у меня скорость движения?».

«Ноль» ответите вы и будете правы, если сидите или стоите, но в то же время верным ответом будет и «1679 км/ч», если представим, что вы находитесь в районе устья Амазонки, потому что это скорость вращения земли в районе экватора.

Но вспомним про скорость вращения Земли вокруг Солнца, и 30 км/с тоже оказывается правильным ответом.

В этом и есть вся относительность - все зависит от вашей платформы изучения, или как ее называют физики «система отсчета».

Вашей системой отсчета (СО) может быть что угодно - стул, пол, Земля или самолет, в котором вы летите, а может и наша галактика или Вселенная.
Все относительно и в этом суть.

Все настолько относительно, что даже скорость течения времени будет зависеть от выбранной системы отсчета. А это значит, что нет абсолютного понятия времени и два тика часов могут означать совершенно разное количество времени.

Возможно, вы читали и изучали другие книги по теории относительности и встречались с запутывающими понятими «несогласных наблюдателей», которые движутся с разными скоростями, и поэтому у них разное восприятие времени, и оттого они не согласны друг с другом, но это не важно. Наблюдатели не согласны между собой только в степени ошибки по поводу скорости передвижения самолета, но при этом они знают, что скорость относительна и ее показатель будет зависеть от выбранной системы отсчета.

Основная изюминка общей теории относительности - все наблюдатели согласны друг с другом.

«Постоянство памяти» Сальвадор Дали, 1931 г.

Такие разные системы отсчета

С помощью теории относительности Эйнштейн доказал, что время будет меняться в зависимости от выбранной системы отсчета, и то или иное действие будет занимать разное количество времени.

При относительно небольших скоростях (до 1 500 000 км/ч) эта разница будет незначительной, но чем ближе к скорости света, тем больше будет разбежка во времени.

Возьмем пример: вы находитесь на космическом корабле который движется со скоростью 97% от скорости света. За точки отсчета возьмем две - космический корабль и Землю, и вспомним про наблюдателей, которые согласны друг с другом.

Так, находясь на корабле, интервал между вашими двумя днями рождения будет один год, но на земле - три месяца. Наблюдатель на корабле скажет именно так, и наблюдатель на Земле будет с ним согласен. Но какую систему отсчета брать за базовую, в какой из них находимся мы. Правильный ответ: во всех сразу.

Да, вы находитесь во всех сразу системах отсчета - Земля, самолет, космическое пространство и многие другие. Эти системы нужны для одного - определять движение тел по отношению к ним. Так, если ваша скорость на Земле будет равна нулю, то эта система отсчета будет называться собственной.

Например, по отношению к собственной системе отсчета Солнца мы движемся со скоростью 29 км/с, находясь на Земле, совершающей обороты вокруг светила. Возможно, вы знакомы с иным объяснением релятивистского замедления времени: «часы, находящиеся в движении, как нам кажется, идут медленнее, чем ваши», но это не совсем правильное объяснение.

Нам не кажется, что движущиеся часы идут медленнее, они на самом деле идут медленнее, но только если измерять ход их времени в нашей системе отсчета. При этом в собственной системе отсчета они будут идти быстрее, чем в нашей, и это не парадокс или противоречие. Или противоречие, но не большее чем скорость движения человека в самолете, которая одновременно равна 0 км/ч и 900 км/ч. При том что все наблюдатели будут согласны с этими ответами.

Относительность времени легко измерима в экспериментальной физике. Ученые-экспериментаторы работающие с радиоактивными элементарными частицами (пионы, мюоны и гипероны) сталкиваются с ней постоянно.

У радиоактивных частиц существует период полураспада и у разных элементов он различается.

Например, у урана период полураспада - 4,5 миллиарда лет, а у радиоактивного изотопа углерода - 5700 лет. Так у трития, который используется в некоторых светящихся стрелках часов в смеси с фосфором, период полураспада 13 лет, и именно поэтому через 13 лет стрелки начинают светиться наполовину слабее, чем раньше.

Пионы, которые изучаются в экспериментальных физических лабораториях, имеют немного меньших период полураспада - 26 миллиардных долей секунды или по другому 26 наносекунд. Хоть это и кажется очень малым промежутком времени, но только для человека.

При изучении быстродвижущихся пионов, их скорость была 0,999998 от скорости света, провели эксперимент - их столкнули с протонами. Оказалось, что их период полураспада был в 637 раз больше, чем у пионов, находящихся в состоянии покоя.

До проведения этих экспериментов относительность времени была абстрактной теорией, но после - оно превратилось в реальность.

Получается ли, что двигаясь с более высокой скоростью, время для нас будет двигаться медленнее? Да, и это было подтверждено в 1971 году Джозефом Хафеле и Ричардом Китингом при помощи пассажирского реактивного самолета и четырех комплектов цезиевых атомных часов. Их эксперимент доказал практическое действие теории относительности и эффект замедления времени.

Каждый день проведенный на самолете который движется со скоростью 900 км/ч будет длиннее на 29 наносекунд, чем день проведенный на Земле.

Возможно, это кажется не таким уж и большим количеством времени, но чем выше скорость движения - тем больше разница. Так для спутников GPS замедление времени составляет 7200 наносекунд в день, а это уже даст погрешность в позиционировании на 2,2 километра в день. И с каждым днем эта погрешность будет расти на 2,2 километра.

Благодаря теории относительности Эйнштейна были произведены расчеты, и эта погрешность учитывается при вычислении местоположения. Летая на самолетах, вы будете жить дольше по отношению к земной системе отсчета, но на себе вы этого эффекта не почувствуете - ваше время замедлится, но вместе с этим замедляется и биение сердца, а также мозговая активность. Вот оно - удивительное свойство релятивизма. Медленнее будет происходить все, ведь меняется сама скорость течения времени.

Вот и получается, что Флэш может замедлять время, но только в отношении собственной системы отсчета по отношению к земной. Выходит, что способности Барри Аллена, он же Флэш, не противоречат законам физики, а значит могут быть вполне реальны.

На этом сегодня все, еще больше о загадке времени вы сможете узнать прочитав источник.

Берегитесь молний, уважайте физику и читайте умные книги!

→

Специальная теория относительности или СТО это теория описывающая законы механики при скоростях движения близких к скорости света. В рамках специальной теории относительности классическая механика Ньютона является приближением низких скоростей.

Специальная теория относительности была создана Лоренцом, Пуанкаре и Эйнштейном и приобрела завершенный вид в начале 20 века. Все законы СТО можно считать уточнением Законов Ньютона. Однако некоторые следствия законов СТО кажутся совершенно невероятными и не имеющими ничего общего с нашими обычными представлениями.

Теория относительности основывается на ряде постулатов, в число которых входит принцип относительности . Принцип относительности - фундаментальный физический принцип, согласно которому все физические процессы в инерциальных системах отсчета протекают одинаково, независимо от того, неподвижна ли система или она находится в состоянии равномерного и прямолинейного движения.

Инерциальная система отсчета это та система в которой любое тело, на которое не действуют внешние силы или действие этих сил компенсируется, находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.

Вот те фундаментальные постулаты, на которых основывается теория относительности:

1.Справедлив принцип относительности Эйнштейна - расширение принципа относительности Галилея.

2.Скорость света не зависит от скорости движения источника во всех инерциальных системах отсчета.

3.Пространство и время однородны, пространство является изотропным.

Эйнштейновский принцип относительности отличается от Галилеевского лишь тем, что Галилей сформулировал свой принцип только для законом механики. Эйнштейновский принцип относительности справедлив абсолютно для всех физических процессов, будь то механика, оптика, электричество или что либо другое.

Третий постулат СТО совершенно аналогичен тому, что использовал еще Ньютон в своих физических законах. Здесь мы его обсуждать не будем.

Наиболее таинственным является второй постулат. Именно он о определяет все невероятные следствия СТО. Действительно, как мы сейчас знаем скорость света конечна. Довольно точно она была измерена во второй половине 19 века. Но мало того, скорость света не зависит от скорости источника.

Рассмотрим простой мысленный эксперимент. Случай первый. Мы стоим на земле и кидаем мячик товарищу, который стоит недалеко от нас. Случай второй. Мы едим в поезде и кидаем мяч товарищу, который как и раньше стоит на земле. Всем понятно, что скорость мяча в первом и втором случае различна. Во втором случае скорость меча относительно нашего товарища складывается из скорости мяча относительно нас и скорости поезда. Что же происходит если мы не кидаем мяч а светим фонариком. Оказывается скорость света постоянна!!! Скорость света не зависит от того как быстро движется поезд и одинакова во всех системах отсчета.

Факт постоянства скорости света кажется парадоксальным. Однако этот факт был проверен в опыте Майкельсона и Морли в конце 19 века. Этот странный эффект служил толчком для формулировки СТО в начале 20 века.

Следствием постулатов СТО являются преобразования Лоренца, заменяющие собой преобразования Галилея справедливые лишь для скоростей много ниже скорости света. Эти преобразования связывают между собой координаты и времена одних и тех же событий, наблюдаемых из различных инерциальных систем отсчета.

Рассмотрим интересные следствия этих преобразований:

Линейные размеры тел в движущейся системе отсчета сокращаются:

Поясним эффект. Пусть есть стержень, длинна которого 1 метр. Правильнее говорить собственная длинна, то есть длинна покоящегося стержня. Если этот самый стержень будет двигаться мимо нас со скоростью близкой к скорости света, то его длина для нас будет меньше. Это не обман зрения. Также неверно говорить что нам кажется что его длинна меньше 1 метра. Просто длинна это понятие относительное и зависим от системы отсчета!

Замедление времени.

Эффект аналогичный сокращению длины. Время, согласно преобразованиям Лоренца относительно, и зависит от системы отсчета. Представим себе два одинаковых космических корабля движущихся с высокими скоростями в противоположные скорости. Космонавт первого космических корабля будет видеть, что второй корабль короче чем у него. Космонавт же второго корабля будет видеть первый корабль короче. Аналогично со временем. Оба космонавта чистят зубы за 5 минут. Но в подобной ситуации первый космонавт будет чистить зубы дольше чем 5 минут по часам второго. Второй же будет чистить дольше чем первый. Здесь совершенно невозможно сказать одновременно они закончили чистить зубы или нет. Простое Ньютоновское понятие одновременности здесь не работает! Как видно из формул преобразования Лоренца смешивают понятие пространства и времени. Именно поэтому в космологии употребляют понятие четырехмерное пространство-время. В нем нет понятия одновременности. Вместо него введено такое понятие как интервал:

Эта величина уже на зависит от системы отсчета.