Естественнонаучная картина мира - [57]

относительно наблюдателя А будет проходить не расстояние 2λ, но расстояние равное 2/√((^t)/2)² + λ². Соотношение расстояний таково: λ < √/((Kt)/2)² + λ². При постоянной скорости света на прохождение меньшего пути требуется меньшее время, а для прохождения большего – большее. Следовательно, для наблюдателя А его собственное время будет меньше наблюдаемого им времени наблюдателя В, поскольку луч света в его часах пройдет меньшее суммарное расстояние (наблюдатель В, напомним, по-прежнему ничего не заметит, пока не выйдет из вагона и не сравнит свои часы с часами А). Разница во времени в неподвижной и движущейся системах, измеренная относительно первой, таким образом, будет составлять все то же соотношение: 1/√(1 – V²/с²).

Но предположим, со световыми часами все понятно. А почему же замедляются часы механические, кварцевые, электронные? Почему же, утверждают ученые, замедлению относительно А подвергнутся все физические процессы, в том числе и процессы в организме наблюдателя В – например, биение пульса? Дело в том, что часы замедляются не вследствие нарушений в работе, не вследствие иллюзий наблюдателей (и уже тем более – ошибок в наблюдениях), а вследствие чисто физических процессов и эффектов. «Время течет медленнее» означает всего-навсего то, что интервалы между событиями увеличиваются. Наши часы – лишь инструменты измерения феномена времени, поэтому они должны соответствовать его размерности. Время, как мы неоднократно убеждались, не абсолютная величина или сумма таковых величин, но всего лишь функция расстояния при постоянной скорости с; за большее время свет пройдет большее расстояние, и, наоборот – на прохождение большего расстояния свету потребуется большее время. Здесь все зависит от того, кто измеряет время и в какой именно системе отсчета.

Итак, любые часы наблюдателя В, движущегося относительно А, замедляются, причем эффект этот незаметен наблюдателю В до тех пор, пока он не сравнит показания своих часов с часами А. Часы А покажут, что луч прошел туда – обратно (2λ)х раз. Часы наблюдателя В покажут, что их луч проделал эту операцию у раз, причем x > y. Следовательно, Т (время в системе А) количественно больше t (времени в системе В). Это примерно то же самое, как если бы мои часы переместили минутную стрелку за полчаса на шесть делений, а часы моего знакомого – всего лишь на пять с половиной. Но предположим, механические часы наблюдателя В покажут то же время, что и наблюдателя А (то есть их показания разойдутся с показаниями световых часов). Возможно ли это? Что произошло бы в таком случае? В этом случае произошло бы то, что постулаты СТО категорически запрещают: наблюдатель В смог бы определить скорость системы В относительно абсолютной среды через абсолютное время. Ведь именно абсолютное время зафиксировали бы часы, идущие одинаково во всех системах и для всех наблюдателей. Никакой опыт не должен давать возможности определить наличие абсолютной среды или измерить относительно нее что-либо. Эффект замедления времени объясняет уже знакомый нам эффект сокращения длины движущегося объекта относительно неподвижного наблюдателя. Здесь все становится на свои места, если мы постоянно держим в уме простой факт – нет абсолютного времени и абсолютного расстояния, это всего лишь взаимозависимые и взаимоопределяемые через скорость света величины. Предположим, длина перрона представляет собой расстояние, которое свет проходит для наблюдателя А за время Т. Но что мешает измерять длину перрона наблюдателю В? Эту длину он, конечно, будет измерять по своим часам и получит в результате S = ct. Но Т > t. Следовательно, для наблюдателя В, движущегося относительно перрона, перрон будет тем короче, чем сильнее проявляется в его системе эффект замедления времени. Для решения проблемы Эйнштейн вводит поправки, пропорциональные в числовом отношении уже известному нам коэффициенту Лоренца (точнее, Лоренца – Фитцжеральда): 1/√(1 – V²/с²). Эти поправки в расчеты позволяют точно описать физические эффекты, не нарушая постулатов СТО: линейные размеры объекта, движущегося относительно неподвижной системы (и измеряемые относительно нее), сокращаются, время движения для этого объекта (измеренное опять же – относительно некой избранной неподвижной системы) замедляется. Запомним, что это не просто произвольные поправки с целью «спасения теории»– они опираются на эксперимент и подтверждаются им.

§ 7. Некоторые любопытные следствия

Если относительны пространственно-временные показатели движения, тогда относительной должна быть любая скорость, кроме скорости света в вакууме, поскольку скорость есть первая производная пройденного расстояния по времени. Но в том случае, если пространственно-временные характеристики скоростей могут сильно различаться для различных инерциальных систем, скорости нельзя складывать чисто арифметически или по простым правилам сложения векторов. Эйнштейн предложил иную формулу сложения любых скоростей: W = (V₁ + V₂) / (1 + V₁V₂ /с²). Особенность этой формулы заключается в том, что ни одна сумма никогда ни при каких условиях не даст значения больше скорости света: