Аттракцион "Ромашка"

Несколько дней назад приобрёл в Доме книги новый экземпляр книжки Брайана Грина "Элегантная Вселенная. Суперструны, скрытые размерности и поиски окончательной теории". Предыдущий экземпляр самостоятельно уехал в электричке в деревню по моему недосмотру. Ну ничего, пусть и деревенский житель прикоснётся к передовой науке. Так вот что я хотел сказать. Я прочитал пока лишь страниц пятьдесят этой книжки и до собственно суперструнной теории добраться пока не успел. В начале книги автор вводит в контекст повествования, кратко рассказывая об имеющих место совеременных научных представлениях об устройстве микромира, в частности об основах теории относительности.

Хочу отметить, что автор книги — не какой-нибудь непризнанный гений-одиночка, а весьма заслуженный учёный, читающий лекции во всевозможных университетах по всему миру, и являющийся одним из ведущих разработчиков теории суперструн. То есть ожидаешь от этой книги очень ясного, членораздельного объяснения. Однако я споткнулся на первых же главах, в частности меня привели в замешательство некоторые моменты, призванные объяснить основы теории относительности (ТО).

Один пример я приводил в пред-предыдущем посте. Вот ещё один. Переходя от объяснения специальной теории относительности (СТО) к общей теории относительности (ОТО), Грин приводит такой пример. Имеется аттракцион типа "вертушка". В советских лунапарках такое раньше, кажется, называли "Ромашкой". Типа круглая такая штука, люди встают по периметру лицом к центру. Вертушка раскручивается, и людей прижимает к внешней стороне вертушки. В книге вертушка раскручивается с релятивистской скоростью, и по её периметру начинает ползти человек с рулеткой и измерять длину окружности вертушки. Далее цитаты из книги:

"Теперь, используя ускоренное движение во вращающемся аттракционе для имитации действия силы тяжести, можно, следуя Эйнштейну, посмотреть, как выглядит пространство и время для тех, кто находится на круге. Его рассуждения в приложении к нашей системе были бы такими. Мы, неподвижные наблюдатели, легко можем измерить длину окружности и радиус вращающегося круга. Например, чтобы измерить длину окружности, мы будем аккуратно прикладывать рулетку к ободу вращающегося круга. ... А как это будет выглядеть с точки зрения того, кто катается на этом аттракционе?

...

Когда он (человек, ползущий по периметру вертушки - Escaper) прикладывает рулетку к окружности, мы замечаем, что её длина уменьшается. Это не что иное, как обсуждавшееся в главе 2 лоренцево сокращение, которое связано с тем, что длина тела представляется уменьшившейся в направлении движения. Уменьшение длины рулетки означает, что мы должны будем уложить её, совмещая с концом, большее число раз, чтобы обойти весь круг. Так как Слим (так зовут ползущего чувака - Escaper) продолжает считать, что длина рулетки составляет один метр (поскольку между ним и его рулеткой нет относительного перемещения, он думает, что она имеет свою обычную длину один метр), он измерит большую длину окружности, чем мы."

Возникает совершенно естественный вопрос — если рулетка уменьшила свою длину, почему точно также не поступила поверхность вертушки, к которой данная рулетка прикладывается? К данному абзацу есть сноска, в которой автором делается попытка ответить на этот вопрос:

"... может показаться непонятным, почему длина окружности колеса не испытает лоренцевского сокращения в той же мере, что и линейка: в этом случае результат, полученный Слимом, совпадал бы с первоначальным. Здесь следует иметь в виду, что мы всё время считали, что колесо непрерывно вращается и никогда не рассматривали его в состоянии покоя. Таким образом, с точки зрения неподвижных наблюдателей, единственное различие между измерениями Слима будет состоять в том, что линейка Слима испытывала лоренцевское сокращение; колесо вращалось и во время наших измерений, и тогда, когда мы наблюдали за измерениями Слима. Видя, что линейка Слима испытала сокращение, мы понимали, что ему придётся приложить её большее число раз, чтобы пройти по всей длине окружности и, следовательно, он получит большее значение, чем мы. Лоренцевское сокращение окружности колеса можно установить, только сравнив результаты измерений на покоящемся и вращающемся колесе, однако такое сравнение нас не интересовало."

В переводе на русский это означает, что поскольку вертушка вращалась всё время эксперимента, то она уже сократилась, то есть уменьшила длину своей окружности ещё до начала эксперимента. То есть как бы противоречия нет — и рулетка свою длину уменьшила, и вертушка. Но как уменьшение длины окружности вертушки согласуется с неизменным радиусом?

"Ну, а что насчёт радиуса? Джим использует тот же метод определения радиуса (то есть ползёт с рулеткой от центра к краю круга по линии радиуса — Escaper), и нам, с высоты птичьего полёта, видно, что он получит такое же значение, которое получили мы. Причина состоит в том, что его рулетка располагается не по мгновенному направлению движения круга (как было при измерении длины окружности). Она направлена под углом 90 градусов к направлению движения и поэтому не сокращается в направлении своей длины."

То есть мы имеем некую окружность определённой длины. Затем, в результате раскручивания, длина этой окружности уменьшается, но радиус при этом остаётся прежним. Интересно, как с точки зрения автора это будет выглядеть? Неподвижная линейка, которой измеряют длину вращающейся окружности, увеличит свою длину что-ли? То есть вот так чисто из-за того, что где-то что-то раскрутили, все линейки в мире вдруг удлиннятся. Налицо логический тупик.

Вообще, интересно, если ещё до начала описания собственно теории суперструн книга изобилует подобными казусами, стоит ли ожидать, что теория суперструн будет описана лучше? Впрочем, посмотрим. Как бы то ни было, одна из идей суперструнной теории — о том, что пространство имеет больше трёх измерений — мне очень симпатична. Может быть с описанием этой теории в книге совсем не всё так плохо.