Sean Carroll: General Relativity, Quantum Mechanics, Black Holes & Aliens | Lex Fridman Podcast #428

Суть теории относительности в том, что нет понятия «сейчас», когда ты далеко. Это вдвойне верно для того, что внутри черной дыры. Можно подумать, ну, галактика очень большая. Это не так. Ее диаметр — несколько десятков тысяч световых лет. А возраст — миллиарды лет. Не нужно двигаться со скоростью близко к скорости света, чтобы.

Заполнить галактику. Сколько.

Существует миров?

Очень много. Очень-очень-очень много. Куда поместились эти миры?

Где они? Если коротко, миры не существуют в пространстве. Пространство существует в каждом.

Мире отдельно. Это разговор с Шоном Кэролом, и его третий раз на этом подкасте. Он физик-теоретик в Университете Джона Хопкинса, ведущий подкаста «Майнскейп», который я сам люблю и рекомендую, и автор многих книг, включая последнюю «Величайшие идеи во Вселенной». Первая книга серии называется «Пространство, время и движение». Она посвящена общей теории относительности. Вторая выходит 14 мая и вам стоит ее заказать. Она называется «Кванты и поля» и рассказывает о квантовой механике. Шон – действующий физик-теоретик, а также один из величайших популяризаторов физики. Я крайне рекомендую послушать его подкаст, прочесть его книги и поддержать его работу, заказав новую. Для меня это большая честь и особое удовольствие. Это подкаст Лекса Фридмана. Чтобы поддержать нас, посмотрите наших спонсоров в описании. Теперь же, друзья, Шон Кэррол. В первой книге из серии «Величайшие идеи во Вселенной. Пространство, время и движение» ты разбираешь классическую механику, общую теорию относительности, взяв основное управление ОТО и сделав его простым для понимания. На высоком уровне. Что такое… Общая теория относительности. Как лучше.

Начать ее объяснять? Пожалуй, лучше всего ее объяснить через специальную теорию относительности, появившуюся в 1905. Она стала кульминацией десятилетия исследований. Но в 1905 Эйнштейн На самом деле, даже не Эйнштейн. Стоит отдать должное и Минковскому в 1907. Эйнштейн в 1905 понял, что можно избавиться от эфира, от абсолютной системы отчета. Тогда все уравнения физики будут иметь смысл, где скорость света максимальна. Затем в 1907-м Минковский, который был профессором Эйнштейна, понял, что самый элегантный способ осмысления его идеи — объединение пространства и времени в пространство-время, чтобы осознать, что в четырехмерном мире, где мы живем, нет жестокого разделения между пространством и временем. Эйнштейн сначала пренебрежительно к этому отнесся. Он думал, ну, математики опять излишне формализируют. Но позже он осознал, что если пространство-время существует, у него могут быть свойства. И, в частности, может быть геометрия. Оно может быть изогнуто в разных местах. И это позволило ему решить проблему гравитации. Ранее он пытался вписать свою новую теорию в то, что нам было известно о гравитации из ньютоновской механики, закон обратных квадратов, но не получилось. Окончательный прорыв заключается в утверждении, что гравитация — это кривизна пространства-времени. И это.

Утверждение, по сути, является ОТО. Проблема была в том, что Минковский был математиком? Да. Это проблема между физикой и математикой. В одной из лекций об этом уравнении Ты говоришь, что Эйнштейн был.

Лучшим физиком, чем принято считать. Ага. Знаю.

Сложно.

Тут есть доля шутки. Да. Мы все отдаем должное Эйнштейну, но мы также Отчасти справедливо, отчасти дабы потешить тяга. Говорим себе, что в поздние годы жизни Эйнштейн потерял хватку. Были молодые ученые, занимавшиеся квантовой механикой, квантовой теорией поля и физикой частиц, а он просто концептуально не мог преодолеть свои возражения на этот счет. Я считаю, что эта история о его поздних годах совершенно неверна. Почти противоположно. Я думаю, что Эйнштейн понимал квантовую механику так же хорошо, как и остальные, по крайней мере, в 30-х. Думаю, что его философские возражения против неё верны. Его следовало воспринимать гораздо серьёзнее. То, что он сделал, чего достиг, пытаясь осмыслить эти задачи, заключались в понимании идей квантовой запутанности, которая сегодня важна для понимания квантовой механики. Да, в 40-х и 50-х годах он сосредоточился на попытках объединить электричество и магнетизм с гравитацией. Это у него не вышло. Все мы идём методом проб и ошибок, в этом я его не виню. Но с точки зрения IQ, с точки зрения стремления быть.

Разумным физиком, он был великим. Что значит величие для физика? Насколько сложно пройти путь от СТО до ОТО? Насколько сложно это вообразить? Рассматривать пространство-время в совокупности.

И представить, что оно искривлено? Да, это отличный вопрос. Полагаю, если нужно доказать величие Эйнштейна, а это несложно, стоит выделить две вещи. Первая — 1905, год-чудо. в котором он пишет три разные работы на три совершенно разные темы, каждая из которых сделала бы его знаменитым сама по себе. СТО — одна из них. Ещё одно, Броуновское движение. Там речь о небольших вибрациях, маленьких пылинок в воздухе. Но кому до этого дело? Важно то, что это доказывает существование атомов. Он объясняет Броуновское движение, представляя молекулы в воздухе и выводя их свойства. Блестяще. Затем он, по сути, открывает миру путь квантовой механике своей работой, которая получила скучное название Фотоэффект. Но на самом деле он изобрел понятие фотонов, и показал, что свет стоит рассматривать как частицы и как волны. Он сделал три совершенно разные вещи за год. Общая теория относительности также присвоила ему статус гения. Это заняло 10 лет, с пятого по пятнадцатый год. Он занимался не только ОТО, работал и над другими вещами. Он изобрел холодильник, много сделал интересного. И он не один работал над решением. Были и другие люди, которые предлагали релятивистские теории гравитации. Но он себя этому посвятил. Полагаю, как ты отметил, решение не пришло просто. Это фундаментально творческий процесс. По его собственным словам, величайшим моментом, самым счастливым для него моментом стало осознание, что, говоря современными терминами, если бы мы были в ракете с ускорением 1G, то есть ускорением свободного падения, и если бы ракета была тихой, мы бы не поняли, в ракете мы или на поверхности Земли. Гравитацию нельзя обнаружить или, по крайней мере, отличить от её ускорения. Во-первых, это очень умная мысль. Во-вторых, приди она тебе или мне, мы бы сказали «Хм, а мы ученые». Она же идет дальше и говорит «Хорошо, если гравитацию не обнаружить…» то она не может быть обычной силой. Электромагнитная сила обнаружена. Мы можем манипулировать заряженными частицами. Положительно заряженные частицы и отрицательно заряженные частицы по-разному реагируют на электрическое или магнитное поле. Он понимает, что мысленный эксперимент показал или предположил, что гравитация не такова. Все одинаково реагируют. На гравитацию. Как такое возможно? Тогда он делает следующий ход. О, это потому, что это кривизна пространства-времени. Это свойство пространства-времени. Это не сила, действующая на него. Кривизна — это свойство. В итоге он говорит, хорошо, очевидно, мне понадобятся математические инструменты для описания кривизны. Я их не знаю, поэтому я их выучу. Тогда не было онлайн-курсов или ИИ. Ему пришлось читать работы по математике.

Он сам изучил дифференциальную геометрию и вывел ОТО. Что насчет времени как еще одного измерения, объединения пространства и.

Времени? Это простой математический ход, как предложил Минковский? Вообще это непросто. Это глубокая идея. Вот почему я считаю, что Минковский заслуживает большего признания. Именно он довёл СТО до конца. Опять же, многие люди говорили о том, что меняются. Если двигаться близко к скорости света, что предсказывают уравнения Максвелла для электромагнетизма и так далее, каковы их симметрии. Такие люди, как Лоренц, Фитт, Жеральд и Пуанкаре — там целая история. Считается, что Эйнштейн всё закончил. Это он сказал. Все это работает, если эфира просто не существует. Его не обнаружить. Мы не знаем его скорость. Все относительно. Отсюда и название теории. Но он не сделал последний шаг к осознанию, что созданная им структура лучше всего воспринимается в единстве, пространство и времени. Я, честно, не представляю, что было в голове у Минковского, когда он это понял. Я не уверен, был ли он настолько одарен математике, что ему это было очевидно, или пришло к.

Нему с усилием, методом проб и ошибок. Не уверен. Ты для него или для Эйнштейна визуализируешь четырёхмерное пространство.

Пытаешься представить себе идею времени как ещё одного измерения? О да, постоянно. Конечно, мы облегчаем себе жизнь, игнорируя два измерения пространства. Вместо четырёхмерного пространства времени мы рисуем картинки с одним измерением пространства и одним измерением времени, так называемую диаграмму пространства-времени. Может, в этом и есть твой вопрос. Но даже лучшие физики нарисуют вертикальную ось и горизонтальную ось, пространство и время. Но, в сущности, это неверно, потому что так отдаётся предпочтение одному направлению пространства и одному направлению времени. На самом деле, пространство-время двумерно. Более правильно будет нарисовать лучи света, Световые конусы из каждой точки есть фиксированное направление, которое представляет скорость света. Это присуще самой.

Структуре. Разделение на пространство и время для людей легко. В чём.

Разница между пространством и временем, с точки зрения ОТО? Это разница между.

Хом и у, когда.

Ты рисуешь оси на бумаге. Разницы и правда нет? Разницы почти нет. Есть одно довольно важное. Следующее отличие. Если в пространстве кривая, я буду рисовать его горизонтально, потому что так мы обычно делаем в диаграммах пространства-времени. Если пространство искривляется, ты знаешь, Что самое короткое расстояние между двумя точками — это прямая. Если искривлено время, и, кстати говоря, это вся наша жизнь, мы все развиваемся, можно начать с одного события в пространстве времени и другого события. Минковский говорит, что время, которое вы измеряете вдоль Ваши траектории во Вселенной точно аналогичны расстоянию, которую вы проходите по кривой в пространстве. Что подразумевается поточно, это что так же верно, что расстояние, которое вы пройдете, зависит от пути. Можно пройти по прямой, коротким путем или длинным по кривой. Время, которое вы измерите в пространстве времени, буквально время, которое идет на ваших часах, также зависит от вашего пути, но наоборот. Самое долгое время между двумя точками — это прямая линия. Если прыгать вперед-назад в пространстве времени.

Потребуется меньше времени, чтобы добраться из точки А в точку Б. Как нам это понять? Разницу между наблюдаемой реальностью и объективной.

Реальностью за ней. Или объективная реальность – это глупость на фоне ОТО? Я верю в нее. Я думаю, что объективная реальность… Ты ее поклонил? Реально. Но я считаю, что люди слишком легкомысленно относятся к взаимосвязи между тем, что мы наблюдаем, и объективной реальностью. Конечно, чтобы понять мир, Наши исходные и финишные точки — это наши наблюдения, наши эксперименты, явления, в которые мы проживаем и видим в мире вокруг. Но между ними есть математическая формация наших идей о происходящем. Если теория соответствует данным, проста и логична сама по себе, мы говорим, что теория верна. Это значит, что мы должны прописать некую реальность сущностям, которые играют.

Важную роль в этой теории. По крайней мере, пока не предложим теорию получше. Думаю, что хорошим способом проверить разницу между объективной и наблюдаемой реальностью заключается в том, что происходит.

На краю горизонта черной дыры. Технически, когда ты ближе к горизонту, время останавливается? И да, и нет. Это зависит от того, насколько мы аккуратны. Как по мне, верно следующее. Представим себе чёрную дыру. Пространство-время. Всё решение уравнения Эйнштейна. И рассмотрим нас с тобой как так называемые тестовые частицы. У нас с тобой нет гравитационных полей. Мы просто движемся в гравитационном поле. Это, конечно, приблизительно, да? Но давай представим. Ты стоишь снаружи чёрной дыры, а я падаю внутрь. По мере того, как я падаю, я тебя машу. Ведь я падаю в чёрную дыру. Ты увидишь, что я двигаюсь все медленнее. А еще свет от меня краснеет. Я смущен от того, что падаю в черную дыру. Существует предел. Будет самый последний момент, когда с твоей точки зрения от меня будет излучаться свет. Последний. Окей. Ты буквально его не увидишь. Потому что я все медленнее излучаю фотоны. Так? С твоей точки зрения. Я такой же яркий, но я, по сути, не буду виден на этой картинке. Это одна ситуация. Другая ситуация, где у меня есть собственное гравитационное поле, и, следовательно, по мере приближения к черной дыре, она не позволяет мне просто пройти. Она расширяется, чтобы меня поглотить, потому что ее суммарная масса будет равна моей плюс ее. Грубо говоря, так, да, мне не нравятся крайности, в них приблизительно говорить невозможно. Но если ты видишь.

Как что-то падает в чёрную дыру, ты.

Видишь, как часы тикают всё медленнее. Как нам знать, упало оно или нет? Никак. Как нам это узнать? Ведь всегда есть вероятность, что в последний момент она передумает и начнет ускоряться прочь. Если ты не видишь захода в дыру, ты точно не знаешь. И стоит отметить, что каким бы умным ни был Эйнштейн, он так и не понял черные дыры, хотя мог бы. Стыдно, что потребовались десятилетия размышлений об ОТО, чтобы понять, что существует. Такие вещи, как... черные дыры. Потому что Эйнштейн вывел ОТО в 1915. Два года спустя Шварцшильд, Карл Шварцшильд, вывел решение уравнения Эйнштейна, представляющее черную дыру. Решение Шварцшильда. Его значимости не понимали.