Парадокс близнецов в теории относительности

С теорией относительности я познакомился в 10 классе школы по вышедшей тогда прекрасной популярной книжке Мартина Гарднера «Теория относительности для миллионов». Конечно же, одно из наиболее эффектных следствий – парадокс близнецов. Есть два брата-близнеца, Вася и Петя, Вася – домосед, а Петя, путешественник, отправляется в далекое космическое путешествие на сверхскоростном звездолете, развивающем скорость, близкую к скорости света. Возвращаясь на землю, еще молодой и крепкий Петя встречает Васю, уже старика. Потому что, когда Петя летал в космосе, время для него двигалось медленнее, согласно известным преобразованиям Лоренца- Фитцджеральда, важнейшему следствию специальной теории относительности (СТО). По Гарднеру это и есть парадокс близнецов.

В книге всячески подчеркивался смысл принципа относительности: любые две инерциальные системы координат, то есть, движущиеся друг относительно друга равномерно и прямолинейно, равнозначны для законов физики – законы физики для них одинаковы. А значит, если мы движемся относительно Вселенной равномерно и прямолинейно, то это неотличимо от того, что Вселенная так же движется относительно нас. Но как же быть с парадоксом близнецов? Ведь можно сказать, что путешественник Петя покоился в своем звездолете, а Вася летал вместе с Землей и со Вселенной, и именно Петя должен был постареть! Гарднер отвечает на этот вопрос эмоциями – это же Петя испытывал перегрузки, стартовал-приземлялся, подвергался опасностям на далекой звезде и т.п. Еще тогда в моем сознании отметилась неудовлетворенность таким разъяснением, но, изучая СТО впоследствии и будучи совершенно уверенным в ее справедливости, я на это не обращал внимания.

Величие второго начала термодинамики

Существует один из важнейших законов физики: второе начало термодинамики, или второй закон термодинамики. Он гласит, что в замкнутых термодинамических системах энтропия либо не меняется, либо возрастает, достигая максимума при установлении термодинамического равновесия системы.  В отличие от закона сохранения энергии, этот закон как бы не на слуху, более всего из-за присутствия в нем неочевидного понятия энтропии. В этой статье мне хотелось бы показать исключительную важность этого закона для понимания причин всего того, что существует.

2. Гравитационная сингулярность

Второй вид сингулярности связан с космическими объектами, именуемыми «черными дырами». Черные дыры – это космические объекты большой массы, испытывающие гравитационный коллапс – неконтролируемое сжатие под действием сил гравитации. Свое название они получили из-за того, что в невероятно большом гравитационном поле черной дыры любой сигнал, в том числе и свет, никогда не достигает наружного наблюдателя, если он исходит из любой точки внутри сферы с некоторым предельным радиусом – «сферы Шварцшильда», или «горизонта событий». Одним из наиболее успешных исследователей черных дыр был Стивен Хокинг (09.01.1942 – 14.03.2018), английский физик-теоретик, космолог, писатель, директор по научной работе Центра теоретической космологии Кембриджского университета, блестящий популяризатор науки.

3. Большой Взрыв

В данной статье я не буду описывать все явления и факты, связанные с Большим Взрывом – об этом уже много написано людьми, значительно более эрудированными. Мне хочется подчеркнуть лишь некоторые аспекты, на которые, как мне кажется, нужно обратить большее внимание.

Итак, в моей первой статье маленького цикла «Космологическая Сингулярность и материя» утверждается, что в Сингулярности материя находилась в некоем непроявленном виде, праматерии. Это могло произойти в результате фазового перехода третьего рода при предшествующем коллапсе Вселенной, о чем подробно – в той статье.

1. Космологическая Сингулярность и материя.

В настоящее время фактически общепризнанной концепцией происхождения Вселенной является концепция Большого взрыва. Согласно этой концепции, Вселенная существовала в виде так называемой Сингулярности, которая представляет собой сжатое практически в точку пространство-время. В некий момент начала времен произошел Взрыв, в результате которого образовалась материя, и пространство-время за короткий период быстро расширилось со скоростью, значительно превышающей скорость света – так называемое инфляционное расширение, после чего в настоящее время происходит обычное расширение, но ускоряющееся.

Данная концепция подтверждена множеством экспериментальных данных, позволяющих считать ее верной. Однако, существует ряд вопросов, на которые наука пока не может дать ответа. Например, выглядит весьма неправдоподобным утверждение, что в момент Взрыва материя произошла из ничего. Непонятно, что послужило причиной взрыва. И ряд других вопросов. В этой маленькой серии статей я попробую предложить некоторые свои соображения в качестве ответов, а также подчеркнуть некоторые теоретические положения, на которые не всегда обращают должное внимание.