Очевидное? Нет, еще неизведанное…
Шрифт:
Следовательно, если скорость передачи информации конечна, то для данного события A с координатами (xA; yA; zA) найдется бесконечно большое число событий B1, B2, B3…, происшедших в разные моменты времени в точке (xB; yB; zB), которые не могут быть причинно связаны с A.
[tB – tA] < rAB/c
принципиально разделяет точки (xA; yA; zA) и (xB; yB; zB).
Все это очень прозрачно, и единственное неудобство может доставить лишь абстрактный характер изложения. Поэтому обратимся к иллюстрации.
Поэтов всегда поражало, что мы видим звезды, потухшие много столетий назад. Если в тот момент, когда вы читаете эти строки, на ближайшей к нам звезде (Проксима Центавра) происходит гигантский взрыв, уничтожающий звезду, то мы увидим следы этой катастрофы (вспышку) только через четыре года.
И мир устроен так, что никаким образом нельзя передать сообщение об этой катастрофе (сигнал) быстрее, чем это делает луч света. Мир уже погиб, но мы еще четыре с лишним года будем видеть на небе спокойно сияющую звезду.
Когда астрономы в наши дни отмечают вспышку новой звезды в какой-либо далекой галактике, это означает, что гигантская катастрофа, следы которой исследователи видят сейчас, произошла в те дни, когда на Земле человекообразные обезьяны еще не собирались покидать деревьев и превращаться в человека. И средств сообщить быстрее нет. Так говорит Эйнштейн.
Значит, событие A — катастрофа на Проксиме Центавра — и событие B — фотографирование этой катастрофы (вспышки) на Земле — разделены интервалом времени tинф., равным четырем годам. Эти два события связаны причинно-следственной зависимостью и принципиально не могут быть одновременными.
Любая же другая пара событий, происшедших на Проксиме Центавра и на Земле и разделенных интервалом времени, меньшим четырех лет, принципиально может быть одновременной. Ведь они не могут быть причинно связаны!
Совершенно естественным образом мы пришли к необходимости изменить, уточнить понятие одновременности. А понятие одновременности совершенно необходимо. Без него нельзя сравнивать время (ход часов) в разных точках, невозможно определить длину движущихся тел — просто нельзя строить физику. Поэтому свою теорию Эйнштейн начинает с определения одновременности.
Два события, происшедшие в точках A и B инерциальной системы отсчета K, одновременны, если световые сигналы (или любые другие сигналы с предельной скоростью), посланные из точек A и B в моменты совершения событий, доходят до точки в середине отрезка AB в один и тот же момент времени.
Теперь у нас все есть для строгого определения понятия времени. И оно определяется как
совокупность показаний одинаковых часов, помещенных в разных точках пространства системы К, покоящихся в этой системе и одновременно имеющих одинаковые показания [65] .
65
Кстати, без понятия одновременности весь предыдущий анализ был, строго говоря, бессодержателен, так как мы не знали, что такое время в разных точках пространства. Эта неточность, впрочем, была допущена сознательно, поскольку необходимость по-новому определить понятие одновременности из только что проделанного рассуждения видна очень хорошо, а чтобы сделать его безукоризненно строгим, достаточно небольших уточнений.
Как видите, понятие одновременности событий существенно изменилось по сравнению с определением, данным в третьей главе. Новое определение одновременности, как и все понятия физики, навязано нам реальной действительностью и отражает объективный мир. Определять, вводить понятия, вообще говоря, можно как угодно, но в физике нет места понятиям, которые не отражают реальный мир. Физиков такие понятия не интересуют [66] .
66
Любопытно, что в математике часто оперируют схемами, не имеющими прямого отношения к реальному миру. Достаточно вспомнить неэвклидову геометрию. Геометрий можно построить много, а в реальном мире осуществляется только одна из них.
Понятие одновременности событий в разных точках пространства у Эйнштейна естественным образом вытекает из обобщения опыта.
И в «классике» и у Эйнштейна понятие одновременности основано на принципе причинности. В природе нет другого образа одновременности двух событий, кроме принципиальной невозможности между ними причинной связи [67] .
67
Можно, повторяю, выдумывать не связанные с причинностью определения одновременности, так же как возможно, скажем, назвать судьбу «индейкой», однако все тот же Козьма Прутков (простите автору его слабость) резонно недоумевал по этому поводу: «Не совсем понимаю: почему многие называют судьбу индейкою, а не какой-либо другою, более на судьбу похожею птицею?»
Не останавливаясь на прочих тонкостях, связанных с понятием одновременности (а их осталось очень много), подчеркнем только, в чем существенное отличие понятия одновременности по Эйнштейну от классических взглядов.
Пока речь идет об одновременности событий, происходящих в одной точке, все спокойно, теория относительности совершенно не нарушает классических представлений. Но как только анализируется понятие одновременности двух событий, удаленных друг от друга, положение меняется.
Следуя за Эйнштейном, примем, что максимальная скорость передачи информации хотя и очень велика (300 тысяч км/сек), но все же конечна. Тогда, чтобы сигнал о событии A дошел в точку (xB; yB; zB), принципиально необходим некоторый промежуток времени. И любое из событий B1, В2, B3… в точке (xB; yB; zB), которое произошло в момент времени, попадающий в этот промежуток, принципиально не может быть причинно связано с событием A. Какое из этих событий одновременно с A? Можно ли все их считать одновременными? Это явно нехорошо. Нужно выбрать какое-то одно событие B и объявить его одновременным с A. Но какое?
Невольно очень хочется сказать: «Ну, ясно, какое событие одновременно с A. То, которое произошло в тот же момент времени». Даже понимая, что эта фраза абсолютно бессодержательна, все равно хочется ее сказать. Очень трудно отрешиться от привычного наивного представления, что время есть нечто абсолютное, ни от чего не зависящее, само собой понятное, что-то такое, о чем не стоит вообще говорить.
И может быть, главный барьер для понимания теории Эйнштейна именно в том, что трудно отбросить привычные, обыденные представления.