Парадокс подводной лодки
Данный парадокс представляет собой мысленный эксперимент, иллюстрирующий противоречивость некоторых положений специальной теории относительности Эйнштейна. Согласно последней, размеры объекта, движущегося с околосветовой скоростью, уменьшаются в направлении его движения в тем большей степени, чем ближе его скорость к скорости света. Точнее, данное уменьшение должен зарегистрировать внешний наблюдатель, относительно которого объект движется с околосветовой скоростью. С другой стороны, специальная теория относительности утверждает, что обе эти системы отсчета симметричны и равноправны. Поэтому как внешний наблюдатель должен зарегистрировать сокращение размеров движущегося относительно него с околосветовой скростью объекта, та и сам объект (если рассматривать его как наблюдателя) должен зарегистрировать сокращение размеров движущегося относительно него с околосветовой скоростью внешнего наблюдателя.
А теперь представим себе, что некая субмарина движется под водой с околосветовой скоростью относительно внешнего наблюдателя, например, лежащего в дрейфе противолодочного корабля. Капитану последнего она представляется сжатой в направлении своего движения, а значит имеющей большую плотность. Если предположить, что на плаву она держится только за счет гидростатических сил, то вследствие большой плотности она должна тонуть. Однако капитану субмарины эта ситуация представляется обратной: с его точки зрения в направлении его движения сокращается в размерах и уплотняется водная среда. А поскольку с его точки зрения плотность субмарины не изменяется, то вследствие увеличения плотности воды последняя должна выталкивать субмарину на поверхность.
Первым обратил внимание на это противоречие американский физик Джеймс Саппли, который и сформулировал данный парадокс в 1989 году (по этой причине он еще называется "Парадоксом Саппли"). Однако ни Саппли, ни другие физики не придали ему особого значения, будучи уверенными, что в специальной теории относительности все в порядке, а парадокс возникает только из-за каких-то мелких неучтенных деталей. И они оказались правы, хотя упомянутые детали оказались отнюдь не мелкими. В 2003 году бразильский физик Джордж Матсас показал, что ситуация в данном парадоксе несимметрична и субмарина должна тонуть. Симметричной эта ситуация может быть только в том случае, если обе системы отсчета - капитана субмарины и капитана противолодочного корабля - являются инерциальными (т.е. в них не действуют никакие силы). Именно такую ситуацию рассматривает специальная теория относительности и совершенно справедливо считает ее симметричной. Но, как показал Матсас, в данном парадоксе системы отсчета не являются инерциальными, поскольку плавучесть тел в конечном счете определяется силой всемирного тяготения (см. парадокс Архимеда). Такие системы отсчета описываются общей теорией относительности, согласно которой тяготение между двумя телами также зависит от скорости их относительного движения.
Поэтому правильные рассуждения капитана субмарины должны выглядеть примерно так: когда вода - вместе с Землей - движется с околосветовой скоростью относительно субмарины, то возрастает не только плотность воды, но и гравитационное взаимодействие между субмариной и Землей, т.е. Земля начинает притягивать субмарину с большей силой. Если подсчитать силу этого притяжения по формулам общей теории относительности, то оно оказывается большим, нежели выталкивание субмарины водой вследствие возрастания плотности последней. А это значит, что с точки зрения капитана субмарины его субмарина должна тонуть. Ситуация несимметрична: капитан противолодочного корабля считает, что субмарина тонет из-за увеличения ее собственной плотности, капитан субмарины объясняет тот же результат увеличением силы притяжения субмарины к Земле, но оба они соглашаются, что субмарина тонет. На самом деле, понятно, что субморина, для того, что бы ей не начать на скорости своего движения всплывать к поверхности воды, она должна во первых не иметь элементов ее конструкции (горизонтально расположенных на ее корпусе крыльев, или крылообразность самого ее корпуса) позволяющих ей при увеличении ее скорости всплывать от этого на поверхность воды, во вторых эта субмарина должна будет, даже исходя из того, что ее корпус будет обладать его абсолютной симметричностью, смочь преодолеть в ее этом скоростном движении увеличивающуюся до гигантских ее потенциалов, величину центростремительной силы, которая соответственно должна была бы у нее, при увеличении ее собственной массы увеличиться у нее соразмеримо, в процентном ее соотношении, с величиной увеличения ее массы, которая исходя из теории относительности, при разгоне ее со скоростью равной той скорости (которую принято пока еще считать максимальной скоростью света, в среде ученых на 21 декабря, 2014 года), должна сильно у нее увеличиться. Но так как, на подводную лодку при такой ее скорости, будет действовать при этом еще и водная среда, которая по ее свойствам похожа на воздушную среду, но только более плотную чем эта воздушная среда. А при движении в воздушной среде, при такой ее допустим скорости возникала бы гиганская дополнительная подьемная сила, подобная по ее виду, той небольшой величины ее подьемной силе, которая возникает у летящего в атмосфере Земли дирижабля, которая возникает от численного увеличения давления атмосферы на обшивку этого дирижабля при увеличении при этом его скорости, и от разности этого увеличивающегося давления атмосферы на его обшивку, по сравнеию с тем давлением атмосферы воздуха, которое имеют слои воздуха атмосферы, расположенные снизу, и сверху относительно корпуса самого этого дирижабля. И по этой причине большего уплотнения сталкиваемых в более плотные нижние слои атмосферы, находящиеся снизу под корпусом обшивки дирижабля, сталкиваемых его корпусом потоков воздуха атмосферы, и меньшего уплотнения давления возникающего при сталкивании потоков воздуха корпусом его обшивки вверх, в сторону менее плотных слоев атмосферы, расположенных над корпусом его обшивки, и возникает при горизонтальном движении на скорости дирижабля, более повышенное давление атмосферы воздуха на его нижнюю часть корпуса, чем создаваемое таковое давление атмосферы, на верхнюю часть обшивки его корпуса, отчего и возникает у этого дирижабля в его полете на его скорости, дополнительная подьемная сила. То это все, выше описанное, будет означать собой, что подводная лодка не только не сможет двигаться при таковой ее скорости в подводном ее положении, но она не сможет при этом и на такой ее скорости двигаться даже и в слоях атмосферы Земли, потому как ее от гигантской величины подъемной воздушной силы, и от гигантской величины дополнительной подьемной силы, вызваной гигантским усилением величины центростремительной силы, которая должна будет в ее таковом движении воздействовать с гигантским ее потенциалом на корпус самой этой подводной лодки, и от чего она, эта подводная лодка, должна будет быть просто "выбрашенной" с большой ее скоростью в пространство космоса, прочь от Земли. А при ее попытке же, движения ее на такой ее скорости в водной среде в подводном ее положении, в этом случае более плотная водная среда, чем атмосфера Земли, по причине ее большей плотности, должна была бы создавать подъемную силу внутри слоев воды, гораздо большую в ее потенциале, чем та подьемная сила, которая при ее движении могла бы возникать у нее если бы она двигалась бы в атмосфере воздуха Земли, отчего в этом случае, эта подводная лодка, должна была бы с еще большей ее скоростью, чем та скорость с какой она могла бы быть "выброшена" при ее таковом движении в атмосфере воздуха Земли, в космическое пространство, быть "выброшена" из подводного ее положения, вверх над поверхностью воды.