Естественнонаучная картина мира - [59]
Итак, Эйнштейн ставит хорошо известные нам физические модели на качественно новый фундамент, с одной стороны, изменяющий эти модели до неузнаваемости, с другой – строго очерчивающий границу их традиционного применения. Нельзя забывать, что меняется не природа, а лишь уточняется наше ее понимание и описание. Эти описания могут быть лучше или хуже, точнее или приблизительнее. Мы говорим: пространство движущегося объекта «растягивается», длина «уменьшается», а время «замедляется». Но все это происходит как результат измерений только в соответствующих системах отсчета, равноправных по отношению друг к другу. Инвариантной в соответствии с эйнштейновским постулатом остается только предельная скорость передачи сигналов, при помощи которой становится единственно возможным измерение времени и пространства. Все измерения, производящиеся разными наблюдателями, будут относительны, если предельная скорость абсолютна, ибо нет абсолютно точных линеек и абсолютно точных во всех системах отсчета часов. Измерения дают нам разные результаты для разных систем, но ведь они и производятся в разных системах. При этом невозможно сказать, какой результат соответствует реальному положению дел, невозможно сказать, какова длина стержня или перрона «на самом деле», ибо такая постановка вопроса будет неявным допущением абсолютной системы отсчета, привилегированной по отношению ко всем остальным системам.
Правда, не следует забывать: все вышесказанное относится только к системам (а значит, телам и наблюдателям), движущимся равномерно, прямолинейно и параллельно друг другу. Если хотя бы одна из систем ускорится (замедлится) или изменит направление, все результаты СТО придется также безжалостно переписать. Именно этот случай часто описывается под названием «парадокс близнецов». Схема данного мысленного эксперимента следующая. Допустим, один из братьев-близнецов остается на Земле, а другой на ракете с около световой скоростью отправляется к некой звезде. Он эту звезду фотографирует и с той же скоростью отправляется обратно. Часы брата-путешественника в соответствии с описанными выше эффектами должны идти медленнее, однако, как мы помним, часы лишь измеряют реальные временные интервалы, а не абсолютные минуты и секунды, следовательно, замедляются все процессы на ракете (в том числе и пульс, и жизненные процессы в организме брата-путешественника, чего он изнутри своей системы отсчета, конечно, зафиксировать не может). Таким образом, по возвращении брат-путешественник окажется моложе своего брата-домоседа. С точки зрения постулатов СТО, в указанном эксперименте все верно – для наблюдателя на Земле пройдет больше времени, чем для наблюдателя на ракете (здесь же можно вспомнить эффект замедления времени в сверхточных атомных часах или приведенный выше пример с мюонами). То, что это противоречит здравому смыслу и обыденному опыту, вообще не говорит ни о чем – хороша наука, опирающаяся на житейские представления! Однако есть некоторые моменты, которые и делают, собственно, этот парадокс парадоксом. Во-первых, системы отсчета братьев не равноправны, поскольку в противном случае всегда можно предположить, что брат-путешественник покоится, а брат-домосед удаляется (а затем приближается) с околосветовой скоростью. При взлете и посадке, например, брат-путешественник будет испытывать такие эффекты, которые не испытает брат-домосед. Во-вторых, эти системы вообще не инерциальны, поскольку ракете необходимо совершать как минимум разгон и торможение (предположим, что часть пути она все-таки летит с постоянной скоростью), а также совершать разворот обратно к Земле по достижении звезды, то есть отклоняться от прямолинейного движения. Таким образом, эффект замедления времени будет наблюдаться только в периоды, когда ракета будет перемещаться прямолинейно и равномерно. Другие моменты ее движения в рамках СТО не описываются. Эти вопросы относятся уже к области общей теории относительности (ОТО).
§ 8. Проблема гравитации и принцип эквивалентности масс
Главное отличие ОТО от СТО в том, что в центре внимания первой находятся такие системы отсчета, которые второй полностью игнорируются, – системы, движущиеся относительно друг друга с ускорением и не по прямолинейным траекториям. Такие системы называются неинерциальными, и в них не соблюдаются a priori те законы и принципы, которые были справедливыми для инерциальных систем. СТО, таким образом, выступает как частный случай ОТО и может быть выведена из нее. Некоторые авторы утверждают, что возможен и обратный вывод с очень похожими результатами. Тем не менее ОТО сама по себе в момент своего появления не была, подобно СТО, ответом на вызов научного кризиса или остроумным решением старой проблемы – она лишь развивала положения СТО в определенном направлении. Эйнштейн напряженно работал над ней до 1916 г., рассматривая ее как распространение постулатов теории относительности на неинерциальные системы отсчета.
