Ейнштейн часто роздумував над цими 5 питаннями. Тепер ваша черга

Видання Insider зібрало питання, над якими часто міркував Альбер Ейнштейн. Наводимо адаптований переклад матеріалу. 

Що сталося

Альберт Ейнштейн полюбляв концептуалізувати складні наукові ідеї, уявляючи реальні життєві сценарії. Навіть вигадав їм спеціальну назву — Gedankenexperiments. Тобто — експерименти з думками. Ось кілька з них.

Що станеться, якщо погнатися за променем світла, який рухається в просторі 

Ейнштейн почав задумуватися над цим питанням, коли йому було 16 років. Він міркував над ситуацію, коли можна було б якось наздогнати світло — і рухатися так само швидко, як воно. Тоді б вдалося поспостерігати світло, застигле в просторі. Але він знав, що світло — це хвиля, яка складається з мінливих магнітних та електричних полів. Тому воно не може бути по-справжньому нерухомим.   

«У цьому парадоксі вже міститься зародок спеціальної теорії відносності», — писав Ейнштейн у своїх «Автобіографічних нотатках». Ця спеціальна теорія стосується певних взаємозв’язків між простором і часом. Він досліджував її за допомогою уявного експерименту з потягами і світлом.

Чи можуть дві людини по-різному переживати одну й ту саму подію 

Уявіть, що ви стоїте в потязі, а ваш друг стоїть зовні і дивиться, як ви проїжджаєте повз. Блискавка б’є біля обох кінців потяга. В такому разі ваш друг побачив би обидві блискавки одночасно. Але в поїзді ви перебуваєте ближче до блискавки, до якої рухаєтеся. Тому побачите її першою, адже світло проходить меншу відстань.

Тобто, час поводиться інакше для того, хто рухається, ніж для того, хто стоїть на місці. Це зміцнило віру Ейнштейна в те, що час і простір є відносними, а одночасність залежить від точки зору. Це наріжний камінь спеціальної теорії відносності Ейнштейна.

Скільки років вашому близнюку, який мандрує у космосі, порівняно з вами

Припустимо, у вас є близнюк, який народився майже в той самий час, що й ви. Але майже одразу підіймається на борт космічного корабля. Він вирушає подорожувати Всесвітом майже зі швидкістю світла. Згідно зі спеціальною теорією відносності Ейнштейна, чим ближче до швидкості світла, тим час рухається повільніше. Відтак, ваш близнюк у космічному кораблі старітиме повільніше.

Коли космічний корабель приземлиться на Землі, ви святкуватимете свій 65-й День народження. Вашому ж близнюку ще не виповниться й 10 років.

Ваш ліфт прискорюється чи пливе у просторі 

Уявіть, що ви — у ліфті без вікон й не бачите, що відбувається зовні. Без візуальних підказок ви не знаєте, чи перебуваєте в стаціонарному ліфті на Землі, чи в космосі, де вас тягне вгору. Сила тяжіння й прискорення вгору в невагомості тягнуть вас до підлоги. Фізика обох подій однакова, вирішив Ейнштейн, спираючися на принцип еквівалентності. Аналогічно, якби ваш ліфт стрімко й глибоко падав, ви б летіли так, ніби перебуваєте в космосі.

Тепер розглянемо попереднє твердження Ейнштейна про те, що час і простір є відносними. Припустимо, рух може впливати на час і простір (як в експерименті з потягом), а гравітація і прискорення поводяться однаково. Це означає, що гравітація дійсно може впливати на час і простір. 

Якщо покласти кулю для боулінгу на батут, вона буде тиснути на тканину. Покладіть поруч кульки, і вони покотяться до кулі. Об’єкти з величезною масою можуть впливати на простір-час подібним чином. Здатність гравітації викривляти простір-час є ключовою частиною загальної теорії відносності Ейнштейна

Чи можуть частинки взаємодіяти швидше за швидкість світла

Ейнштейн неодноразово сперечався з фізиком Нільсом Бором щодо певних явищ квантової теорії, які, на його думку, порушували фундаментальні закони фізики. Один з уявних експериментів Ейнштейна був пов’язаний з квантовою заплутаністю, яку він назвав «моторошною дією на відстані».

Уявіть, що у вас є двостороння монета, яку можна легко розділити навпіл. Ви підкидаєте її. Не дивлячись на результат, віддаєте одну сторону своєму другові, а іншу залишаєте собі. Потім ваш друг сідає на ракетний корабель і вирушає у подорож через увесь всесвіт. Коли ви дивитеся на свою монету, то бачите, що тримаєте її «орлом» догори. Миттєво ви знаєте, що ваш друг, який знаходиться за мільярди світлових років від вас, тримає «решку».

Ейнштейнівська версія цього уявного експерименту складніша за монети. Вона охоплює переплетені частинки, які мають спільну хвильову функцію. Обидві частинки потенційно можуть перебувати у двох можливих станах: обертатися вгору і обертатися вниз. Вимірювання одного з них дає вам інформацію про інший, незалежно від того, на якій відстані вони знаходяться.

Це схоже на те, якби ваша половина монети не була ні орлом, ні решкою, поки ви не подивилися на неї. Ейнштейн вважав, що частинки поводяться скоріше як справжні монети. Вони мали якусь невіддільну властивість, яка змушувала їх весь час закручуватися або розкручуватися.

У наступні десятиліття вчені довели, що він помилявся. У 2022 році троє фізиків отримали Нобелівську премію за демонстрацію «моторошної дії на відстані».