Что такое теория относительности - [8]

Чтобы обнаружить нашу ошибку, впредь будем основываться только на положениях, установленных опытом.

Садимся в поезд

Представьте поезд длиной в 5 400 000 километров, который движется прямолинейно и равномерно со скоростью в 240 000 километров в секунду.

Пусть в некоторый момент времени в середине поезда зажглась лампочка. В переднем и заднем вагонах устроены автоматические двери, которые открываются в тот момент, когда на них падает свет. Что увидят люди в поезде и что увидят люди на платформе?

Отвечая на этот вопрос, будем, как условлено, придерживаться только опытных фактов.

Люди, сидящие в середине поезда, увидят следующее. Так как, согласно опыту Майкельсона, свет распространяется относительно поезда с одинаковой по всем направлениям скоростью — 300 000 километров в секунду, то через 9 секунд (2 700 000: 300 000) он дойдет одновременно до заднего и по переднего вагонов и обе двери откроются одновременно.

Что же увидят люди на платформе? Относительно станции свет также распространяется со скоростью 300 000 километров в секунду. Но задний вагон идет навстречу лучу света. Поэтому свет встретится с задним вагоном через 2 700 000 / (300 000 + 240 000) = 5 секунд. Передний же вагон луч света должен догонять, и поэтому достигнет его лишь спустя 2 700 000 / (300 000–240 000) = 45 секунд.

Итак, людям на платформе покажется, что двери в поезде откроются не одновременно. Сначала откроются задние двери и лишь спустя 45 — 5 = 40 секунд откроются передние[1].

Таким образом, два совершенно сходных события — открытие передних и задних дверей поезда — окажутся для людей в поезде одновременными, а для людей на платформе — разделенными промежутком времени в 40 секунд.

«Здравый смысл» посрамлен

Есть ли в этом противоречие? Не является ли обнаруженный факт полнейшим абсурдом, вроде такого: «Длина крокодила от хвоста до головы два метра, а от головы до хвоста один метр»?

Попытаемся вдуматься, почему полученный результат кажется нам столь нелепым, несмотря на то, что он находится в полном согласии с опытными фактами.

Но сколько бы мы ни думали, нам не удастся найти логическое противоречие в том, что два явления, происшедшие для людей в поезде одновременно, для людей на платформе оказались разделенными промежутком времени в 40 секунд.

Единственное, что мы сможем сказать себе в утешение, — это то, что наши выводы противоречат «здравому смыслу».

Но вспомним, как «здравый смысл» человека средних веков сопротивлялся факту вращения Земли вокруг Солнца! Ведь в самом деле, весь повседневный опыт говорил средневековому человеку с непреложной достоверностью, что Земля покоится, а Солнце движется вокруг нее. И разве не «здравому смыслу» обязаны люди упоминавшемуся смехотворному доказательству невозможности шарообразной формы Земли?!

Столкновение «здравого смысла» с реальным фактом высмеяно в известном анекдоте о фермере, который, увидя в зоологическом саду жирафа, воскликнул: «Этого не может быть!»

Так называемый здравый смысл являет собой не что иное, как простое обобщение наших представлений и привычек, сложившихся в повседневной жизни.

Это определенный уровень понимания, отражающий уровень опыта.

Вся трудность понять и осмыслить то, что нам на платформе будут представляться неодновременными два события, происходящие в поезде одновременно, подобна затруднению фермера, которого озадачил вид жирафа. Подобно фермеру, никогда не видевшему этого животного, мы никогда не двигались со скоростью, даже отдаленно приближающейся к баснословной скорости 240 000 километров в секунду. Нет ничего удивительного в том, что, когда физики сталкиваются со столь баснословными скоростями, они наблюдают факты, весьма отличные от тех, к которым мы привыкли в повседневной жизни.

Неожиданный результат опыта Майкельсона, поставивший физиков перед этими новыми фактами, заставил их пересмотреть, даже вопреки «здравому смыслу», такие, казалось бы, очевидные и привычные представления, как одновременность двух событий.

Конечно, можно было бы, оставаясь на почве «здравого смысла», отрицать наличие новых явлений, но, поступая так, уподобляешься фермеру из анекдота.

Время постигает судьба пространства

Наука не боится столкновений с так называемым здравым смыслом. Ее страшит лишь несогласие существующих представлений с новыми данными опыта, и, если это имеет место, наука безжалостно ломает сложившиеся представления, поднимая наши знания на более высокую ступень.

Мы считали, что два одновременных события являются одновременными в любой лаборатории. Опыт привел нас к иному выводу. Выяснилось, что это верно лишь в том случае, когда лаборатории покоятся друг относительно друга. Если же две лаборатории движутся друг относительно друга, то события, одновременные в одной из них, должны быть признаны разновременными в другой. Понятие одновременности становится относительным, оно имеет смысл лишь при указании, как движется лаборатория, где эти события наблюдаются.

Вспомним пример с относительностью угловых величин, о котором мы говорили на стр. 9. Как обстоит дело там? Пусть угловое расстояние между двумя звездами при наблюдении с Земли оказалось равным нулю, так как обе звезды попали на общую прямую. В повседневной жизни мы никогда не придем к противоречию, считая это утверждение абсолютным. Иное дело, если покинуть пределы Солнечной системы и наблюдать те же звезды с какой-либо другой точки пространства. Угловое расстояние в этом случае окажется уже отличным от нуля.