Возвращение чародея - [72]
Можно показать, что оба эти положения противоречат одно другому, если придерживаться обычных представлений о физических свойствах пространства и времени, точнее говоря, представлений, бывших обычными до Эйнштейна.
Более того, тем, прежним представлениям противоречит и одно лишь утверждение о постоянстве скорости света. В самом деле, возьмем пример. Пассажир разгуливает по палубе теплохода, держа в руках электрический фонарик. Сразу получается парадокс. Пассажир движется с различными скоростями по отношению к теплоходу, к берегу, к Солнцу. А по второму положению теории Эйнштейна луч света от его фонарика струится с одной и той же скоростью по отношению и к палубе, и к берегу, и к Солнцу.
Эйнштейн был первым, кто имел мужество сказать, что если оба положения верны, то они не могут быть противоречивыми, что противоречие надо искать в наших представлениях о явлениях природы, о пространстве и времени.
Эйнштейн нашел путь примирения двух принципов. Для этой цели надо было пересмотреть физические понятия пространства и времени, признать за ними свойства, непохожие на те, что признавала классическая физика.
Как результат примирения противоречия родилась, в частности, формула:
гласящая, что полная энергия, содержащаяся в теле, равна его массе, помноженной на невыразимо большую величину — квадрат скорости света.
Теория относительности содержит в себе много совершенно фантастических на первый взгляд утверждений. Например, оказывается, что длина движущегося тела сокращается в направлении движения, причем тем больше, чем больше скорость тела приближается к скорости света. Однако масса тела при этом возрастает. Возрастает и длительность явлений. В будущем космическом корабле, летящем со скоростью, близкой к световой, затормозятся все процессы, если измерять их по часам, оставшимся на Земле. Медленнее будет биться сердце, медленнее будут расти растения, перемещаться часовая стрелка, колебаться электроны в атомах и т. д.
Стал широко известен часто приводимый пример, что если молодой человек, оставив годовалого сына, слетает на околосветовой ракете к звезде Вега и через год вернется, то сын его будет старше своего отца: ведь отец жил в замедленном ритме: его год может оказаться равным пятидесяти и более годам людей, оставшихся на Земле.
Все это кажется настолько невероятным, настолько противоречит здравому смыслу, что вначале даже многие физики не соглашались с Эйнштейном. Известен случай, когда один американский профессор, прослушав лекцию творца теории относительности, сказал ему:
— Мой здравый смысл не принимает вашу теорию. Он отклоняет все, чего нельзя увидеть собственными глазами.
— Ну что ж! — сказал Эйнштейн. — Кладите свой здравый смысл сюда, на стол. Начнем с того, что проверим его наличие.
Общая теория относительности отличается от специальной тем, что наряду с двумя основными положениями специальной теории принимает еще один — третий — принцип: эквивалентность (равноценность) сил тяготения и инерционных сил.
На крутом повороте дороги вас прижало к стенке автомобиля. «Инерция!» — говорите вы лаконично другу, сидящему рядом с вами и о чем-то мечтающему с закрытыми глазами. «Какая же это инерция, — может возразить ваш друг, не открывая глаз, — когда мы неподвижны? Сбоку появилось массивное тело, и оно притягивает нас».
При всей фантастичности ответа, вы не сможете переубедить приятеля, если он не откроет глаз или если окна автомобиля хорошо завешены. Приборы, захваченные для измерения инерции, ничего вам не дадут, потому что и на приборах по измерению силы тяжести будет то же количество килограммов, действующих в ту же сторону. В этом состоит наглядный смысл принципа эквивалентности инерции и тяготения.
Мир общей теории относительности отличается от мира специальной теории относительности тем, что во втором движение систем отсчета друг относительно друга происходит прямолинейно и равномерно, иначе говоря, без ускорения.
Первый же учитывает общий случай: когда системы отсчета движутся и с ускорениями, например вращаются. Космический корабль с установившимся равномерным движением по прямой подчиняется специальной теории относительности. В моменты же набора скорости, полета по кривой и поворота на обратный курс к нему надо применить выводы общей теории Эйнштейна.
Теория относительности гласит, что релятивистские эффекты времени возникают не только за счет создания больших или меньших разниц равномерных скоростей двух тел. Время замедляется и на более массивных телах (например, на Солнце или на белых карликах). Наоборот, на небольших телах длительности явлений сокращаются: часы на искусственных спутниках убыстряют ход по сравнению с часами на Земле.
Эквивалентность тяготения и инерции проявляет себя в том, что совсем не обязательно увеличивать массу тела, чтобы получить на нем релятивистские эффекты: достаточно придать ему большое ускорение. «Искусственные килограммы» — за счет ускорения — удлинят промежутки времени на ракете так же, как удлинили бы естественные килограммы за счет роста массы.
