Элегантная Вселенная. Суперструны, скрытые размерности и поиски окончательной теории

3

Из письма Альберта Эйнштейна к другу. Написано в 1942 г., цитируется по книге: Tony Hey, Patrick Walters, «Einstein’s Mirror». Cambridge, Eng.: Cambridge University Press, 1997.

4

Steven Weinberg, «Dreams of a Final Theory». New York: Pantheon, 1992, p. 52. (Рус. пер.: Вайнберг С. «Мечты об окончательной теории». М.: URSS, 2008.)

5

Интервью с Эдвардом Виттеном, 11 мая 1998 г.

6

Присутствие массивных тел, подобных нашей Земле, усложняет картину за счёт добавления гравитационных сил. Поскольку мы сфокусируем своё внимание на движении в горизонтальном, а не в вертикальном направлении, можно игнорировать присутствие Земли. В следующей главе мы подробно рассмотрим гравитацию.

7

Если выражаться более точно, 300 000 км/с — это скорость света в вакууме. Когда свет распространяется в какой-либо среде, например в воздухе или стекле, его скорость уменьшается, подобно тому, как камень, брошенный со скалы, замедляет своё движение, войдя в воду. Поскольку замедление скорости света в среде по отношению к его скорости в вакууме не оказывает никакого влияния на рассматриваемые нами релятивистские эффекты, мы будем его в дальнейшем игнорировать.

8

Для читателей, любящих математику, заметим, что эти наблюдения могут быть выражены в количественной форме. Например, если движущиеся световые часы имеют скорость ?, а фотон совершает своё движение «туда и обратно» за t секунд (по показаниям неподвижных часов), то за время, которое потребуется фотону, чтобы вернуться к нижнему зеркалу, световые часы пройдут расстояние ?t. Используя теорему Пифагора, можно рассчитать длину пути по диагонали на рис. 2.3. Она составит , где h представляет собой расстояние между зеркалами световых часов (равное 15 см). Суммарная длина двух диагональных отрезков будет равна . Поскольку скорость света является константой, которая обычно обозначается c, фотону потребуется  секунд на то, чтобы пройти оба диагональных отрезка. Таким образом, у нас есть уравнение , из которого мы можем найти значение . Чтобы избежать недоразумений, обозначим это значение как , индекс у t в этом выражении указывает на то, что мы измеряем продолжительность одного цикла для движущихся часов. С другой стороны, время цикла для неподвижных часов t_неподв можно рассчитать по формуле t_неподв = 2h/c. Используя несложные алгебраические преобразования, получим выражение , которое непосредственно свидетельствует о том, что продолжительность тика движущихся часов больше, чем у неподвижных. Это означает, что для промежутка времени между двумя выбранными событиями движущиеся часы совершат меньшее число тиков, чем неподвижные, т. е. для движущегося наблюдателя пройдёт меньше времени.

9

Если опыт с ускорителем частиц, понятный узкому кругу специалистов, не выглядит для вас очень убедительным, приведём ещё один пример. В октябре 1971 г. Дж. С. Хафеле, работавший в то время в университете Вашингтона в Сент-Луисе и Ричард Китинг из Военно-морской лаборатории США провели эксперимент, в ходе которого цезиевые атомные часы провели около 40 часов на борту самолётов, совершавших коммерческие авиарейсы. После того, как был учтён ряд тонких эффектов, связанных с действием гравитации (которая будет обсуждаться в следующей главе), расчёты с использованием специальной теории относительности показали, что показания движущихся часов должны быть меньше показаний неподвижных часов на несколько сотен миллиардных долей секунды. Именно такие данные и получили Хафеле и Китинг: для движущихся часов время действительно замедляет ход.

10

Хотя на рис. 2.4 правильно изображено сжатие тела в направлении движения, этот рисунок не даёт представления о том, что мы в действительности увидим, если мимо нас пролетит тело, движущееся со световой скоростью (при условии, что наш глаз или фотографическое оборудование, которое мы используем, имеют достаточную разрешающую способность, чтобы вообще хоть что-то увидеть!). Чтобы увидеть что-то, глаз или камера должны получать свет, отражённый от поверхности тела. Однако, поскольку отражённый свет приходит от разных участков тела, тот свет, который мы будем видеть в каждый момент времени, будет проходить по путям различной длины. Результатом явится релятивистская иллюзия — тело будет выглядеть сократившимся по длине и повёрнутым.

11

Для читателей, имеющих математическую подготовку, заметим, что по 4-вектору положения в