Теория относительности для миллионов - [12]

Однако, когда относительные скорости очень велики, изменения становятся значительными. К счастью, оказалось, что та же самая формула для сокращения, которая была получена Фитцджеральдом и Лоренцем для объяснения опыта Майкельсона — Морли, может быть применена здесь. В теории относительности сокращение по-прежнему называется Лоренц — Фитцджеральдовым, но было бы более понятным, если бы оно носило другое имя, поскольку Эйнштейн дал этой формуле совершенно другую интерпретацию.

Для Лоренца и Фитцджеральда сокращение было физическим изменением, обусловленным давлением эфирного ветра. Для Эйнштейна оно было связано только с результатами измерений. Пусть космонавт на одном космическом корабле измеряет длину другого корабля. Наблюдатели на каждом из кораблей не обнаружат никаких изменений длины своего собственного корабля или длин предметов внутри него.

Однако, когда они измерят другой корабль, они найдут, что он короче. Фитцджеральд все еще считал, что движущиеся тела имеют абсолютные «длины покоя». Когда тела сокращаются, они не имеют больше своих «истинных» длин. Эйнштейн, отказавшись от эфира, сделал понятие абсолютной длины лишенным смысла. Осталась только длина, полученная в результате измерения, и оказалось, что она меняется в зависимости от относительной скорости объекта и наблюдателя.

Вы спросите, как это возможно, чтобы каждый корабль был короче другого? Вы задаете неправильный вопрос. Теория не говорит, что каждый корабль короче другого. Она говорит, что космонавт на каждом из кораблей при измерении найдет, что другой корабль короче. Это совсем разные вещи. Если два человека станут по разные стороны огромной двояковогнутой линзы, то каждый из них увидит другого меньше себя; но это не то же самое, что сказать, будто каждый из них меньше другого.

Помимо кажущихся изменений длины имеются также кажущиеся изменения времени. Космонавты на каждом из кораблей найдут, что часы на другом корабле идут медленнее. Простой мысленный эксперимент показывает, что это действительно так. Представьте себе, что вы смотрите через бортовое отверстие одного корабля в отверстие другого корабля. Оба корабля пролетают один мимо другого с постоянной скоростью, близкой к скорости света. В момент, когда они проходят рядом, на том корабле посылают луч света от потолка к полу. Там он падает на зеркало и отражается обратно к потолку. Вы же увидите путь этого луча в виде буквы V. Если бы у вас были достаточно точные приборы (конечно, такие приборы сейчас не существуют), вы могли бы засечь время, которое требуется лучу, чтобы пройти этот V-образный путь. Разделив длину на время, вы получили бы скорость света.

Теперь предположим, что, когда вы засекаете время прохождения лучом его V-образного пути, космонавт внутри другого корабля делает то же самое. С его точки зрения, его корабль является неподвижной системой отсчета и свет просто идет вниз и вверх вдоль одной и той же прямой, проходя, очевидно, более короткое расстояние, чем вдоль V-образного пути, который наблюдаете вы. Когда он разделит это расстояние на время, которое требуется лучу, чтобы пройти вниз и вверх, он тоже получит скорость светя. Так как скорость света постоянна для всех наблюдателей, он должен получить в точности тот же самый результат, что получили вы: 300 000 км/сек. Но у него путь, пройденный светом, короче. Как может его результат быть тем же самым? Имеется только одно объяснение: его часы идут медленнее. Разумеется, эта ситуация совершенно симметрична. Если вы пошлете луч вниз и вверх внутри вашего корабля, то космонавт будет видеть его путь V-образным. Он придет к заключению, что ваши часы отстают.

Тот факт, что эти, сбивающие с толку, изменения длины и времени названы «кажущимися», не означает, что имеется «истинная» длина или время, которые разным наблюдателям просто «кажутся» разными. Длина и время являются относительными понятиями. Они не имеют смысла вне связи объекта с наблюдателем. Вопрос не стоит так, что одна система измерений «истинна», а другая система «ложна». Каждая система истинна относительно наблюдателя, производящего измерения: относительно его собственной системы отсчета. Нельзя считать одно измерение более правильным, чем другое. При этом все это отнюдь не оптические иллюзии, которые должны быть объяснены психологом.

Измерения могут быть записаны приборами. Они не требуют присутствия живого наблюдателя.

Масса также является относительным понятием, но мы должны отложить этот и другие вопросы до следующей главы.

4. Специальная теория относительности. Часть II

Длина и время, как было показано в предыдущей главе, являются относительными понятиями.

Если один космический корабль пролетает мимо другого с постоянной скоростью, то наблюдатели на каждом из кораблей найдут, что космонавты на другом корабле похудели и передвигаются медленнее. Если их относительная скорость достаточно велика, то движения их коллег будут напоминать движения актеров в замедленной кинокартине. Все явления с периодическим движением будут казаться замедленными: движение маятника и балансира в часах, пульсация сердца, колебание атомов и т. д.