Стратегии гениев. Том 2. Альберт Эйнштейн
Шрифт:
Эйнштейн понимал, что вся физика и в основном все способы восприятия людьми мира строились на определенных предположениях об измерении. Например, как вы определите, с какой скоростью мчится всадник на световом луче? Как вообще мы измеряем что-либо на земле? Берем измерительный прибор-линейку, измерительную ленту и т.п., устанавливаем единицу измерения и отмечаем, где начало и где конец.
А если объект, который я измеряю, движется очень быстро? Я мог бы видеть его левый край в начале линейки, скажем, во время -1 (t1), но, когда я переведу глаза, чтобы увидеть, где этот объект заканчивается, он сдвинется. Иными словами, если я начну измерять объект (например доску), концентрируясь на одной лишь его стороне во время t1, и в тот момент, когда
Если бы вы, находясь на астероиде, попытались измерить линейкой нечто движущееся, в то время, когда вы будете переводить взгляд с одного конца линейки на другой, ваш объект улетит на весьма существенное расстояние.
Чтобы получить более “ясную картину” данной концепции и открыть, какие же кажущиеся бесспорными положения стоят за ней, Эйнштейн рисует символический образ:
Молния ударила в рельсы на железнодорожном полотне в точках А и В, расположенных далеко друг от друга. В дополнение скажу, что эти две вспышки произошли одновременно. Если я спрошу вас, есть ли смысл в этом утверждении, вы решительно ответите “да”. Но если я попрошу вас точнее объяснить мне смысл этого явления, то, подумав, вы сочтете, что все не так просто, как казалось с первого взгляда.
Возможно, какое-то время спустя прозвучит ответ: “Значимость подобного утверждения ясна сама по себе и в дальнейших объяснениях не нуждается. Возможно, надо все-таки поразмыслить и, еще лучше, понаблюдать, чтобы уверенно заявить об одновременности событий”.
Я не удовлетворен ответом, и вот почему. Представим, что некий метеоролог делает открытие: молнии всегда ударяют в точки А и В одновременно. Нам нужно проверить этот теоретический результат на практике. И с подобной трудностью мы сталкиваемся во всех утверждениях в физике, где идет речь об “одновременности”8.
Итак, заявлению “значимость утверждения ясна сама по себе и не нуждается в дальнейших объяснениях” подписан приговор. Объяснение все-таки нужно.
Эйнштейн продолжает рассуждать:
Обдумав этот вопрос, вы предложите следующий проверочный тест: расстояние /АВ/ надо измерить и поместить стороннего наблюдателя посередине М (срединная точка). У наблюдателя имеются два зеркала, наклоненные под углом 90°, что позволяет ему видеть А и В одновременно. Если он увидит две вспышки молнии в одно и то же время, они и будут одновременными.
Мне очень приятно слышать это рассуждение, но я не могу счесть дело решенным, поскольку вынужден возразить: ваше определение можно было бы признать верным, если бы я знал, что свет, воспринимаемый наблюдателем в пункте М движется от А до М с той же скоростью, что и от В до М. А это исследование можно провести только в том случае, если в нашем распоряжении будут средства измерения времени. Таким образом, мы движемся по логическому кругу.
Подумав еще немного, вы смерите меня презрительным взглядом и изречете: “Я выдвинул мое предыдущее определение, потому что в действительности в нем ничего не говорится о свете. Речь идет об одновременности, и только, и в каждом реальном случае правота концепции доказывается эмпирически. Этому требованию мое определение, несомненно, отвечает”. То, что свету потребуется то же самое время, чтобы пересечь путь от А до М и от В до М, в действительности не имеет никакого отношения к физической природе света, это лишь условие, которое я волен упомянуть или нет в своем определении одновременности”.
Чтобы продемонстрировать, что события происходят одновременно, нам нужно предположить, что существует способ
Эйнштейн продолжает “комбинаторную игру”:
“До сих пор мы отталкивались от особого тела отсчета, которое определили как “железнодорожная насыпь”. Представим себе очень длинный состав, движущийся по рельсам с постоянной скоростью V и в указанном на рисунке направлении. Люди, путешествующие на поезде, считают его твердой точкой отсчета; все события вокруг происходят относительно него. Определение одновременности применимо к поезду так же, как и к железнодорожной насыпи. Совершенно естественно возникает следующий вопрос:
Два события (например, те же удары молнии в точке А и точке В) происходят одновременно относительно поезда так же, как и относительно полотна железной дороги? Нам предстоит непосредственно продемонстрировать негативный ответ.
Говоря, что молния ударяет в А и В одновременно относительно насыпи, мы имеем в виду следующее: лучи света от ударов молнии испускаются в точки А и В, встречаются посередине расстояния А aВ в точке МI. Но события А и В также соотносятся с положением этих точек А и В на поезде. Пусть МI будет посередине расстояния А aВ на железнодорожном составе. Как только сверкнули вспышки света (смотрим с насыпи), точка МI естественно совпадает с М на полотне, но МI движется вместе с поездом. Если наблюдатель, сидящий в точке МI не будет двигаться с той же скоростью, что и поезд, он останется на М, и световые лучи от молний в точке А и точке В достигнут его одновременно; они встретятся как раз там, где он расположился. А в действительности, он спешит по направлению к лучу В, уносясь прочь от луча А. Следовательно, наблюдатель увидит луч света, исходящий от В, раньше, чем от А. Наблюдающие за грозой изнутри поезда заключат, что вспышка В произошла раньше, чем А”.
И, как это было с концепцией пространства, Эйнштейн находит точку, в которой одежды старых предположений разрываются: основываясь на определении “одновременности”, те же самые события не выглядят таковыми с позиций движущегося и неподвижного наблюдателя. Все не так просто, как считалось прежде.
Сначала, мы будем склонны считать разницу в восприятии времени “оптической иллюзией” движущегося наблюдателя. Но тем самым поставим наблюдателя на железнодорожной насыпи в некую особую привилегированную позицию. Если бы оба они наблюдали за событиями в космосе с астероидов одинакового размера, несоответствие было бы таким же. Просто там вопрос “времени” был бы вообще неуместен.
Эйнштейн приходит к выводу:
“События, происходящие одновременно относительно железнодорожной насыпи, не одновременны относительно поезда и наоборот (понятие относительности одновременности). У каждого тела отсчета есть собственное особое время, и если такого относительного тела нет, нет смысла вообще говорить о времени, в которое это событие происходит.
До появления теории относительности в физике безмолвно принималась абсолютность времени, то есть его независимость от движений относительного тела. Но мы только что увидели, насколько это положение несопоставимо с самым естественным определением одновременности”.