Естественнонаучная картина мира - [54]

/с²). Таким образом, свет в движущейся по оси L системе А-В будет проходить расстояние не L, а меньшее, следовательно, время его прохождения уменьшится относительно расчетного.

Это объяснение, как казалось, было весьма близко к истине, однако математик А. Пуанкаре обратил внимание на общий методологический недостаток всех объяснений такого рода. Дело в том, что все подобные объяснения являются, по сути, объяснениями ad hoc. Ни один эксперимент не мог обнаружить присутствие эфира или измерить скорость относительно него (абсолютную скорость), однако ученые не оставляли попыток объяснить такого рода неудачи различными причинами. Пуанкаре выдвинул смелое предположение: природа, судя по всему, «прячет» эфир от нашего знания, как будто бы не давая нам ни единого шанса его обнаружить ни в каком из возможных опытов. Но если он никак не фиксируется в опыте, то, значит, он и не влияет ни на один опыт. И если он не обнаруживается ни в одном опыте, то не проще ли предположить, что никакого эфира нет…

§ 4. Что такое одновременность?

Вернемся к примеру (1). Мы наблюдаем, как в направлении движения локомотива из прожектора вылетает квант света (фотон) с начальной скоростью, равной скорости света в вакууме – с. Вопрос: чему равна скорость фотона относительно полотна (внешнего наблюдателя)? Любой человек, знакомый с законом сложения и вычитания скоростей сразу даст ответ: (с + V)! Математически здесь все правильно – если мы изобразим описанные выше процессы схематически, то все наши операции сведутся к сложению векторов, что доступно любому школьнику. Однако с точки зрения физических процессов это представляет собой серьезную проблему, ибо здесь нарушается требование Максвелла о постоянстве скорости света.

Для исследования физических явлений необходимы не математические схемы, а эксперимент. Как ответить на вопрос, чему равна скорость света относительно полотна в случае, если свет выпущен из движущегося локомотива? Измерить ее. Для простоты предположим, что у всех наших наблюдателей нет никаких измерительных инструментов или эталонов для сравнения, кроме очень точных часов. Правда, непосредственно внешний наблюдатель фиксирует лишь время прохождения света относительно полотна (и себя самого) от одной точки до другой. Поэтому сравним скорость кванта света, выпущенного с крыши локомотива, со скоростью света, выпущенного из неподвижного относительно полотна источника, путем сравнения времен, необходимых световым лучам для прохождения некоторого расстояния. Представим, что у края железнодорожного полотна установлен прожектор, светящий в том же самом направлении, что и прожектор на крыше локомотива. При прохождении локомотива мимо прожектора в момент включения фонаря на крыше локомотива стационарный прожектор также включается. Два луча, синхронно выпущенные из двух прожекторов, движутся в направлении, например, семафора, находящегося на заданном расстоянии, и достигают его… одновременно относительно неподвижного наблюдателя. Скорость двух потоков света, таким образом, будет одинаковой относительно внешнего наблюдателя. Представим двух бегунов, одновременно стартующих и одновременно приходящих к финишу. Мы сделаем вывод о том, что они бежали с одной и той же скоростью. То же и в нашем примере: скорость первого потока света одинакова со скоростью второго потока, а эффект сложения скоростей для случая с локомотивом в эксперименте не проявляется.

Когда речь идет о том, что оба луча достигли семафора одновременно, имеется в виду, что их прибытие зафиксировано в один и тот же момент на часах внешнего наблюдателя. Условно говоря, касание стрелки отметки «12» совпало с финишем первого и второго лучей. Здесь даже можно и без часов обойтись, ограничившись датчиком, фиксирующим приход кванта света звуковым сигналом, – совпадение звуковых сигналов и будет наглядным проявлением одновременности. Сложнее дело обстоит, когда используются часы не одного наблюдателя, а двух и более, или большое количество часов. Здесь возникает проблема синхронизации.

Вновь вернемся к примеру (1). Предположим, что в центре вагона расположен источник светового сигнала, дающего команду к открытию дверей. Как только сигнал будет дан, двери откроются одновременно и для наблюдателя в голове, и для наблюдателя в хвосте вагона (сигнал будет идти до дверей одинаковое расстояние с одинаковой скоростью). Теперь предположим, что за процессом открытия дверей наблюдает внешний наблюдатель на перроне. Для него задняя дверь откроется раньше, чем передняя, так как движущийся вагон, внутри которого распространяется сигнал, своим движением будет сокращать путь, который сигналу необходимо пройти: t₁ = S₁/(с + V). Сигналу, направленному к передней двери, придется пройти большее расстояние, нагоняя дверь уходящую: t₂ = S₂/(с – V). Таким образом, одно и то же событие представится как одновременное и неодновременное для разных наблюдателей. Где-то допущена ошибка. Но где?

Таким образом, каждое событие фиксируется тем или иным наблюдателем в той или иной системе отчета. Если наблюдатели неподвижны, а их часы тем или иным образом синхронизированы, то наблюдатели смогут фиксировать события как одновременные. Все меняется, если наблюдатели движутся относительно друг друга (как в приведенном выше примере). В этом случае никакие события для разных систем разных наблюдателей нельзя считать одновременными, поскольку время прохождения сигналов до разных наблюдателей в разных движущихся относительно друг друга системах становится частью структуры события и его непременным атрибутом.