Есть такой мысленный эксперимент Эйнштейна про поезд, платформу, фотоны.
Не нашел статьи на Хабре на русском языке, которая доступным языком объясняет мысленный эксперимент с поездом и фотоном.
А это фундаментальная физика. Я полагаю, что многим, как и мне в свое время, хотелось бы понять его. Поэтому сейчас тот самый момент, чтобы понять мысленный эксперимент с поездом и фотоном. Но на этом мы не остановимся, я хочу не просто коснуться мироустройства, поэтому прочитав статью вы узнаете:
почему не бывает одновременных событий
что такое срез в блоке вселенной
почему у каждого он свой и мы буквально находимся каждый в своем уникальном срезе
что такое «СЕЙЧАС», вы поймете абсурдность этого слова
Для определения точки старта в вашем понимании попробуйте ответить себе на несколько простых вопросов. Представьте поезд, который движется слева направо мимо платформы. Есть два наблюдателя: вы, который стоите на платформе, и ваш друг внутри поезда, который подкидывает и ловит теннисный мячик. Фокус наблюдения будет на мячике. Нас интересует поведение мячика и его относительность. Предлагаю над каждым вопросом сначала поразмыслить самостоятельно, ответить на него и потом уже читать дальше.
В чем будет разница в движении мячика для вас как наблюдателей? Будет ли вообще она или вы понаблюдаете одинаковую ситуацию?
Может показаться, что никакой разницы в движении: друг подкидывает мячик, вы оба видите его движение в поезде — движение вверх‑вниз. Разница будет лишь в том, что для вас как внешнего наблюдателя мяч будет двигаться не только вверх‑вниз, но еще и в направлении поезда. Вы будете наблюдать, как поезд проезжает мимо вас и внутри уже мяч подбрасывают. Ваш друг не будет наблюдать движение поезда, так как находится внутри поезда. Это уже относительное движение, оно отличается в зависимости от наблюдателя и точки наблюдения.
Погружаемся глубже. Если ваш друг встанет ровно в центр поезда, возьмет два мяча и один бросит по направлению поезда, а другой против движения, внутри поезда. Для мысленного эксперимента представим, что он сможет одновременно и с одинаковой силой (то есть скорость будет одинаковой) бросить эти мячи в этих направлениях.
Вопрос. Одновременно ли коснутся мячи передней и задней стенки поезда?
Стройная логика будет звучать так. Если бросок происходит ровно из центра поезда, одновременно, с одинаковой силой, так же учитываем, что мячи по массе, весу и объему идентичные. Все происходит в идеальной модели ради мыслительного эксперимента. Мы понимаем, что никакие другие силы не действуют на мячи, так как они находятся внутри поезда, то есть вагон преодолевает расстояние и ветер разбивается о переднюю часть поезда. Ближе к делу. Очевидно, что да! Мячи коснутся передней и задней стенки поезда одновременно.
Вопрос. А что увидит наблюдатель с платформы? Для него изменится наблюдаемая картина?
Продолжу мои скучные попытки предсказывать ваши мысли. Вы подумаете, что мяч, который идет по ходу поезда, коснется стенки быстрее, чем тот, который идет навстречу задней стенке. (Так мне отвечали, когда я лично задавал такие вопросы). Останавливаюсь на этих моментах, дабы залатать все дыры. Во‑первых, повторю, что на мячики не воздействует внешняя среда, мячи существуют внутри поезда, ни ветер, ничто другое не соприкасается с мячами, экосистема внутри и снаружи поезда разная. И вот внутри поезда на мячи действует простая физика, как если бы поезд стоял (опустим тряску). Во‑вторых, как может в целом отличаться реальность и одновременность событий от разных точек зрения? Это же не логично. Может отличаться, и это вполне логично, если скорость света — это максимально доступная скорость в нашей вселенной.
Если первые вопросы показались вам легкими, поздравляю: вы хорошо разобрались в наблюдаемой физике. Теперь переходим к релятивистским особенностям нашей реальности.
Вопрос. А что будет, если человек теперь будет не мячики кидать в разные стороны из центра, а запускать фотоны света? Одновременно ли фотоны коснутся передней и задней стенки, испущенные из центра поезда?
Когда я спрашиваю «что будет?», я полагаю, что вы ответите мне в более широком смысле, чем просто скажете «одновременно». Потому что тут помимо одновременности произойдет нечто сложно осознаваемое. Скорость света всегда одинакова, верно же? Это значит, что ни один объект не может двигаться относительно другого быстрее, чем со скоростью света (заметка: я понимаю, что если мы поговорим про расширение Вселенной, то да — далекие галактики могут удаляться от нас со скоростью, превышающей скорость света. Но это не движение галактик сквозь пространство, а растяжение самого пространства. Эту скорость расширения определяет темная энергия, которая отвечает за ускоренное расширение. И здесь нет нарушения теории относительности — ограничение на скорость света действует только для передачи информации и движения внутри пространства, а само пространство может расширяться быстрее c).
Итак, мы понимаем, что когда фотоны будут выпущены в противоположные стороны, а каждый из них имеет скорость движения почти 300 000 км в секунду, это значит, что относительно друг друга они будут двигаться со скоростью 300 000 км плюс 300 000 км? Так же считают обычно относительное движение.
На примере машин: если две машины из одной точки выезжают в противоположные стороны со скоростью 50 км в час, то удаляются они друг от друга со скоростью 100 км в час. То есть спустя час расстояние между ними должно быть равно 100 км. Именно так все и работает.
И с фотонами то же самое: спустя секунду между двумя фотонами, которые летят в разные стороны, расстояние будет равно 600 000 км. Значит ли это, что совокупная скорость удаления этих частиц друг от друга была равна 600 000 км в секунду? Ведь на двоих они преодолели такое расстояние. Как и в случае с машинами.
Открываем дверь в неизвестность!
Мы живем в пространстве‑времени, переплетение этих измерений оказалось достаточно гибким и взаимокомпенсирующим. Чтобы сохранить скорость света неизменной, пространство подстраивается под события таким образом, чтобы нивелировать разногласия. Понимаю, я очень сильно упрощаю пояснения, однако делаю это для разъяснения удивительных особенностей нашей реальности для абсолютного большинства. Потому что мой опыт подсказывает мне, что очень мало людей понимают нашу вселенную даже на уровне метаконструкций.
Вернемся к фотонам в поезде: одновременно ли фотоны коснутся передней и задней стенки, испущенные из центра поезда? Уточнение — для вашего друга, который внутри поезда.
Краткий ответ: да! Он понаблюдал бы одновременное касание фотонов передней и задней части. Точнее, он делал бы это с помощью датчиков.
«Все очевидно, автор!» — скажете вы, и я с вами согласен. Остался последний вопрос!
Одновременно ли фотоны коснутся передней и задней стенки, испущенные из центра поезда? Уточнение — для вас как наблюдателя с платформы.
Подумайте минутку.
⏳
Время вышло, мистер Поттер!
Вот теперь можете проговорить тот простой ответ, который был озвучен выше:
«Мяч, который идет по ходу поезда, коснется стенки быстрее, чем тот, который идет навстречу задней стенке».
Осталось заменить слово «мяч» на «фотон».
«Фотон, который идет по ходу поезда, коснется стенки быстрее, чем тот, который идет навстречу задней стенке».
И теперь пояснения, почему так работает. Скорость света преодолеть нельзя, она всегда неизменна. Для полного понимания объясню через мячик и поезд.
Поезд едет, например, со скоростью 100 км в час. Мяч для простоты летит со скоростью 10 км в час. Соответственно для наблюдателя с платформы тот мяч, который летит в сторону передней части поезда, будет иметь скорость свою 10 км плюс скорость поезда 100 км — итого 110 км в час. А противоположный будет иметь скорость для наблюдателя с платформы 100 − 10, так как летит против скорости поезда, то есть 90 км в час.
И получается, что именно этот факт позволяет сохранить одновременность событий. Для вашего друга в поезде все будет одновременно, если мячи будут двигаться с его точки зрения с одной скоростью. Для вас же как наблюдателя снаружи, как мы описали выше, скорость движения в пространстве учитывает еще и движение поезда, что очевидно, и одновременность сохраняется.
ФОТОНЫ! Точно, мы же говорили про фотоны.
Получается, для того чтобы сохранить одновременность событий для вас как наблюдателя с платформы, скорость фотона, летящего в сторону движения поезда, должна приплюсовать к скорости света и стать 300 000 км/с плюс 100 км/час. А это невозможно. Вывод: для вас сначала стенки поезда коснется тот фотон, который двигается против движения поезда (поезд направляется к нему навстречу), а через микромгновение фотон, который направляется по ходу движения, тоже коснется стенки поезда. Однако одновременность сломалась.
Меня захватывает такой вопрос: каким образом должна быть устроена вселенная, в которой такое возможно? То есть внутри поезда событие уже произошло, а снаружи еще нет. Если бы в это мгновение рассинхрон, хоть оно и колоссально бесконечно маленькое, однако рассинхрон существует. Если бы в это мгновение мы остановили пространство‑время, заморозили бы его во всех направлениях, то мы бы увидели нечто странное. Например, мы бы решили посмотреть на этот мир глазами того, кто в поезде, после чего плавно смещали бы угол обзора на ту реальность, которую наблюдает эту же ситуацию с платформы. Представляйте это как линию таймлайна на видео, только она смещает не время видео, а угол обзора и создается эффект параллакса.
Однако, оказавшись на месте обзора с точки зрения наблюдателя, мы уже замечаем рассинхрон с предыдущей точкой обзора. Получается, мы не можем зафиксировать вселенную как кусок льда. Мы можем сделать это только в рамках одного наблюдателя, ведь каждый имеет свой срез вселенной и свой момент «сейчас».
Попробуем окунуться поглубже, надеюсь, тут еще кто‑то остался. Получается логичный вывод, что момента «сейчас» не существует. У каждого этот момент сейчас разный, мало того — разный он колоссально разный в зависимости от угла просмотра. Ведь рассинхрон во временных событиях происходит даже на таких маленьких расстояниях, как платформа и пара метров до поезда. У каждого время идет по‑своему. У человека в поезде время показало бы 12:00, к примеру, а вы на его часах увидели бы другое время, точнее что‑то около 11:59.999999999999, понимаете о чем я?
А если бы он захотел посмотреть на часы человека из другой галактики, то за счет ограничения скорости света он смог бы обнаружить, что сейчас у них другой день — прошлый понедельник. И этот момент для всех считается моментом настоящего. В галактике Андромеда маловероятно, что в это мгновение кто‑либо испытывает чувство, что он живет в прошлом.
И что же за неуловимая нить, которую каждый из нас чувствует как момент «СЕЙЧАС»? Почему мы все так уверенны в этом моменте?
Заключение
Если вам интересно то, что я доношу своими словами. Если вы удивляетесь мироустройству вместе со мной — поддержите меня, и я буду публиковаться чаще.
Вот мой канал в ТГ (объясняю сложные вещи простым языком): https://t.me/+uH8Hm6kPWhU2OTc6
ТГ для связи: @karim_product
Комментарии (19)
ildarz
05.05.2026 11:14стать 300 000 км/с плюс 100 км/час. А это невозможно
Вы релятивистский закон сложения скоростей решили на помойку выкинуть, что ли?
mahmud90
05.05.2026 11:14скорость расширения из-за темной материи будет выше скорости света... это разрыв вселенской ткани
Вам стоит матчасть подтянуть перед написанием таких статей. Узнать, что такое темная материя, чем она отличается от темной энергии, и какая из них влияет на расширение вселенной. Ну а "разрыв вселенской ткани" - с такими перлами на дзен надо идти.
KarimAbushaev Автор
05.05.2026 11:14Поправил перл - (заметка: я понимаю, что если мы поговорим про расширение Вселенной, то да — далекие галактики могут удаляться от нас со скоростью, превышающей скорость света. Но это не движение галактик сквозь пространство, а растяжение самого пространства. Эту скорость расширения определяет темная энергия, которая отвечает за ускоренное расширение. И здесь нет нарушения теории относительности — ограничение на скорость света действует только для передачи информации и движения внутри пространства, а само пространство может расширяться быстрее c).
TimurZhoraev
05.05.2026 11:14надо просто промоделировать это явление!
Разрыв вселенской ткани (вайб-версия)
Промпт: Дай вывод лоренц-фактора питон строй матплотлиб гравитирующая масса сингулярность 2д плоскость сетка, дай вывод сетки цвет узла величина искажения, второй график контурные линии масс 2 штуки масса расстояние 200 пикселей экран 600 на 600 класс супер цвета чтобы рвались. а Лоренц фактор считай в прямоугольной сетке икс игрек каждая точка относительно масса гравитационная постоянная Пифагор но метрика локальная учти. Питон скрипт мне подать
Код
import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt # Параметры экрана и физики WIDTH, HEIGHT = 600, 600 G = 1 # Гравитационная постоянная (условная) C = 50 # Скорость света (занижена для наглядности эффекта) M = 500 # Масса объекта EPS = 1e-5 # Для предотвращения деления на 0 def calc_gamma(x, y, m_pos, mass): # Расстояние по Пифагору r = np.sqrt((x - m_pos[0])**2 + (y - m_pos[1])**2) + EPS # Гравитационный лоренц-фактор (замедление времени) # gamma = 1 / sqrt(1 - rg/r), где rg = 2GM/c^2 rg = 2 * G * mass / (C**2) val = 1 - rg / r gamma = 1 / np.sqrt(np.maximum(val, 0.01)) return gamma, r # Подготовка сетки x = np.linspace(0, WIDTH, 30) y = np.linspace(0, HEIGHT, 30) X, Y = np.meshgrid(x, y) m_center = [WIDTH//2, HEIGHT//2] # 1. Расчет искажения сетки и Лоренц-фактора Gamma, R = calc_gamma(X, Y, m_center, M) # Искажение: узлы "стягиваются" к центру distortion = 2000 / (R + 50) X_dist = X + (m_center[0] - X) * (distortion / WIDTH) Y_dist = Y + (m_center[1] - Y) * (distortion / HEIGHT) fig, (ax1, ax2) = plt.subplots(1, 2, figsize=(12, 6), facecolor='black') # График 1: Искаженная сетка ax1.set_facecolor('black') for i in range(len(x)): ax1.plot(X_dist[i, :], Y_dist[i, :], color='cyan', alpha=0.3, lw=0.5) ax1.plot(X_dist[:, i], Y_dist[:, i], color='cyan', alpha=0.3, lw=0.5) scatter = ax1.scatter(X_dist, Y_dist, c=Gamma, cmap='magma', s=10, edgecolors='none') ax1.set_title("Lorentz Factor & Grid Distortion", color='white') plt.colorbar(scatter, ax=ax1, label='Lorentz Factor γ') # 2. Контурные линии двух масс m1_pos = [WIDTH//2 - 100, HEIGHT//2] m2_pos = [WIDTH//2 + 100, HEIGHT//2] x_fine = np.linspace(0, WIDTH, 200) y_fine = np.linspace(0, HEIGHT, 200) XF, YF = np.meshgrid(x_fine, y_fine) def get_potential(xf, yf, pos, mass): r = np.sqrt((xf - pos[0])**2 + (yf - pos[1])**2) + EPS return -G * mass / r Z = get_potential(XF, YF, m1_pos, M) + get_potential(XF, YF, m2_pos, M) # График 2: Контуры (супер-цвета "рвутся") ax2.set_facecolor('black') # Используем 'prism' или 'gist_stern' для резких, "рвущихся" переходов cp = ax2.contourf(XF, YF, Z, levels=50, cmap='gist_stern') ax2.set_title("Mass Contours (Dist: 200px)", color='white') plt.colorbar(cp, ax=ax2) for ax in [ax1, ax2]: ax.set_xlim(0, WIDTH) ax.set_ylim(0, HEIGHT) ax.axis('off') plt.tight_layout() plt.show()Результат
Видим как минимум 2 разрыва вселенской ткани, но Лоренц-фактор почему-то целый, что не даёт ему рваться и почему вдруг он имеет отличное значение между гравитирующими массами - это уже отдельный предмет.
Kolmartok
05.05.2026 11:14Не все понял.Особенно про про скорость мячей 100 +10 =110 и 100 -10=90.Ну если смотреть с точки зрения наблюдателя,так оно и есть.Но с точки зрения наблюдателя ,одна из стенок удаляется от мяча (который 100+10)а другая приближается к мячу(который 100 -10).Сам не считал,но скорее всего это все уравнивает, и мячи достигают стенок одновременно.
Теперь мой мысленный эксперимент.Не знаю как его представите,но пофантазируйте.Есть планета А и удаленная космическая станция.Относительно друг друга они неподвижны,то есть расстояние между ними не меняется.Пусть расстояние между ними 500 000 км.И вот с планеты А отправили космический корабль.Без разницы куда,но пролетать он будет мимо космической станции.Между людьми на планете А,космического корабля и космической станции,есть договоренность.В момент,когда корабль будет пролетать мимо станции,люди со станции и с корабля,одноременно должны отправить 3-секундный световой сигнал в сторону планеты А.Проще говоря,оба включат фонарики в сторону планеты на одинаковое время.
Пускай скорость корабля будет 10 000 км/с.И вот в этой ситуации получается,что первые фотоны выпущенные с обоих фанариков ,дойдут до планеты одновременно а вот последние фотоны от фонарика с космичнского корабля,дойдут позже.Так как за эти 3 секунды,корабль пролетит еще 30 000 км.То есть первому и последнему фотону с космической станции,нужно будет пройти 500 000 км,а вот первому и последнему фотону с кораля 500 000 км и 530 000 км соответственно.И раз скорость света одинакова,то фотон находящийся дальше,придет к финишу позже,даже если они выпущенны одновременно.Мне сейчас накидают в панамку,про то что у объекта на скорости и часы медленее идут.Но я не про это.
Я все про тот же поезд.Не секрет,все что мы видим - это лишь отрашение света от объектов.Так вот возможно,что свет ,от момента касания мяча дальней стенки,доходит до наблюдателя позже (на миллионные доли секунды,чем свет от момента касания мяча ближней стенки.И поэтому кажется что события неодновоемены.А на самом деле они одновременны.
KarimAbushaev Автор
05.05.2026 11:14Ну нет, я прочитал ваш мысленный эксперимент и в целом я со всем согласен, ну что фотон выпущенный через 3 сек будет дальше поэтому последний фотон коснется позже. Не понял как этот случай связан с моей статьей. Далее вы пишите, мол
Так вот возможно,что свет ,от момента касания мяча дальней стенки,доходит до наблюдателя позже (на миллионные доли секунды,чем свет от момента касания мяча ближней стенки.И поэтому кажется что события неодновоемены.
Отвечаю, нет это не связанные вещи. Различия во времени происходят по той причине, что свет не может двигаться выше своей собственной скорости, а для одновременности событий, необходимо прибавить скорость света к скорости поезда(там еще кто-то пишет а как же релятивистский закон сложения скоростей решили на помойку выкинуть, что ли? ) видимо совсем не понял о чем статья.
В общем еще момент, мы в целом не способны глазом зафиксировать такие скорости и тем более различия в них. Да и само понимание зрения и наблюдателя теряет смысл на световых скоростях. Так что ваше утверждение ошибочно.Kolmartok
05.05.2026 11:14Я про это и писал.Что из двух событий,произошедших одновременно,наблюдатель увидит первым то,которое находится ближе.
KarimAbushaev Автор
05.05.2026 11:14когда я говорю увидит, это не в буквальном смысле увидит. Потому что увидеть такое невозможно. Я говорю про датчики. В общем вы меня не поняли
Kolmartok
05.05.2026 11:14И я не буквально.Хорошо.Пусть будет- зафиксирует.
KarimAbushaev Автор
05.05.2026 11:14В этом вы правы, от того где будут замеры происходить, будет задержка. И все же эта задержка, не является обсуждаемой в данной статье, я бы сказал эта задержка плюсуется к той, которая описанная выше.
Kolmartok
05.05.2026 11:14Да,вы правы.Я запутался,после того как вы подменили мячики на фотоны.Вы взяли то что имеет массу и обладает инерцией ,и заменили на то что массы не имеет и не обладает и инерцией.Но я теперь как то не уаерен,что датчики в поезде зафиксируют одновременность.Ведь в оригинальном мысленном экперементе,свет от молнии который двигался навстречу человеку,дошел до него быстрее,чем свет от молнии ,который его догонял.Так и здесь будет.Фотон который движется противоположно движению поезда(на встречу стенке)придет быстре,чем тот что движется в ту же сторону (в догонку)что и поезд.
Pavel____1111
05.05.2026 11:14То есть внутри поезда событие уже произошло, а снаружи еще нет.
Является ли это доказательством детерминизма вселенной ? Если нет, то в случае отсутствия детерминизма каким именно образом объяснить, что ещё не наступившее для человека определённое событие уже произошло для стороннего наблюдателя ? Если только не допустить наличие для всего пространства вселенной некого единого ограничения на максимально допустимую длину временного интервала, позволяющего тому или иному стороннему наблюдателю... получается ...заранее с опережением фиксировать факт ещё не состоявшегося для человека события. И лишь только момент начала этого временного промежутка накануне наступления события непосредственно для самого человека и является единым моментом для всей вселенной, когда это событие уже предопределено на 100%, но не раньше. Тогда, конечно, появляется вопрос - какова продолжительность этого максимально допустимого временного интервала ? Или же каким-то иным способом, не противоречащим факту отсутствия одномоментности одного конкретного события для разных наблюдателей, можно объяснить отсутствие детерминизма во вселенной ?
KarimAbushaev Автор
05.05.2026 11:14То о чем вы говорите, эта логическая конструкция называется "Аргументом Ритдейка-Патнэма" - можете подробнее ознакомиться, он буквально тоже самое говорит. Итак контраргументы:
- ну вообще это именно математическая модель, что в целом самом по себе пока не является реальностью. Просто логические выводы из СТО, так же еще есть ограничения в рамках доступного наблюдателю светового конуса. За рамки которого мы не способны заглянуть и соответственно повлиять.
- так же сама квантовая механика подрузумевает сильную неопределенность, считается, событие не произошло, пока не произошло измерение. Если говорить про случай, который описываю в статье, вот этот момент предопределен - это ок. Однако если происходит квантовое событие которое должно было произойти с некой вероятностью, по Многомировой теории Эверетта вселенная разделяется на такое количество вселенных, чтобы случилось каждое, в том числе и маловероятное событие. И каждом блоке вселенной все предопределено до нового квантового события.
И еще немного раскрою мысль с доступным нам световым конусом. Мы ограничены доступной нам реальностью, что не способны проверить правда ли то событие которое произошло в поезде, произойдет на платформе. Как я это понимаю к примеру, так случилось что на платформе в это же мгновение взорвалась бомба, которая была зависима от квантового события (с вероятностью 50/50) и мы имеем ситуацию, где в поезде световой луч коснулся стенки, на платформе еще нет, мы уверенны, что сейчас и с платформы увидим касание, а в реальности взорвалась бомба и снесла стенку, вы оказались в той вселенной где стенки нет и фотон ее не касался, а наблюдатель внутри поезда жив в той вселенной где вероятность взрыва не сработала. И там вправду коснулся фотон стенки, потому что ее не снесло. А проверить разницу событий мы не можешь из-за ограничений.
ion2
05.05.2026 11:14Кровь из глаз. "Стенка поезда". Что это? Кривость перевода или галлюцинации нейросети?
KarimAbushaev Автор
05.05.2026 11:14Пишу статьи самостоятельно. Стенка поезда - это буквально часть поезда, которая выступает стеной в ее буквальном понимании. Что вас смутило, не понимаю
RumataEstora
С самого начала статьи разброд в терминах. Первое верно, второе - лишено смысла.
KarimAbushaev Автор
Благодарю, поправил