ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.04.2024
Просмотров: 41
Скачиваний: 1
так и длительность зависит также и от отношения тела или процесса к системе отсчета. По отношению к быст ро движущейся системе отсчета данный процесс пред ставляется замедленным, а длины — укороченными в направлении движения. Это знаменитые лоренцовы сокращения, названные так по имени Г. Лоренца.
Постараемся разобраться в этом следствии теории относительности, которое часто называют релятивист скими эффектами (от слова релятивный — относитель ный). Воспользуемся для этого мысленным эксперимен том, предложенным самим Эйнштейном. Вообразите себе, читатель, такую картину. Около железнодорожно го полотна стоит стрелочник (М), слева от него входной семафор (А), справа на таком же расстоянии паровоз ное депо (Б). Если одновременно в точках А и Б вспых нут молнии, то М увидит их в одно и то же время и будет считать одновременными. Представим теперь, что в момент вспышки молний по дороге от А к Б с боль шой скоростью шел поезд. Что скажет пассажир Т о времени вспышки молний? Поскольку Т движется от А к Б, то он увидит молнию у Б раньше, чем у А. Но он знает, что движется, знает скорость поезда и придет тоже к выводу, что молнии были одновременными. Однако из двух постулатов теории относительности мы знаем: можно считать, что поезд находится в покое, а Земля бежит назад под его колесами. При таком пред положении Т сделает вывод, что вспышка в Б была раньше, а в А позже. С этим должен согласиться и М,
48
если считать, что он вместе с Землей движется, а поезд стоит.
Таким образом, получается, что о времени наступле ния двух событий, их последовательности во времени мы не можем дать абсолютного ответа. Ответ наш будет зависеть от выбора системы отсчета. Это разработанная теорией Эйнштейна проблема относительности одновре менности.
Исходя из невозможности распространения любых действий со скоростью, превышающей скорость света, теория относительности отказалась от представления, что события, отделяющие прошедшее от будущего, длят ся только одно мгновение. Из причинно-следственных отношений между процессами ясно, что прошедшими мы называем такие события, которые могут влиять на происходящее в данное время событие. В свою очередь событие А может влиять на будущее, но будущие со бытия принципиально не могут влиять на А.
Интервал между событиями И и В, отделение про шедшего от будущего будет зависеть от расстояния между ними. Если взять две вспышки света А в момент времени 1а я В в момент времени 1 в, то в какой мере мы можем говорить об их одновременности? Если свет вспышки А успел дойти до В прежде, чем там произо шла вспышка, то мы уверенно говорим об А как о про шедшем, а о В как о будущем событии (по отношению их друг к другу). Но если же вспышка В произошла, когда еще свет А не успел дойти до В, то ответ не будет
4—2571 |
49 |
однозначным: в одной системе отсчета прошедшей бу дет вспышка А, в другой системе — В. Иначе говоря, мы не можем утверждать об абсолютной одновремен ности двух сильно удаленных друг от друга событий. События, которые разделены промежутками времени, менее необходимого для пробегания света от одного до другого, называются квазиодновременными. А для не больших расстояний, с которыми люди встречаются ежедневно, не трудно установить практическую одно временность событий, тем более, если их распростране ние (радиосигналы, например) имеет очень большую скорость.
Следовательно, теория относительности устанавли вает зависимость течения и длительности времени от относительного движения тел и показывает, что нельзя говорить об одновременности событий без учета относи тельного движения тел и их пространственного рас стояния. Но относительность одновременности нельзя абсолютизировать и доводить до отрицания существо вания в природе событий, которые по времени совпада ют. Тела и процессы не лишаются присущих им свойств, но эти свойства различно проявляются в раз личных отношениях. Было бы странно относительность одновременности доводить до крайности, до абсурда, например, до отрицания понятий «до» и «после». Едва ли какой-либо космонавт, с какой бы скоростью он ни двигался, сумеет ухитриться умереть до своего рожде ния. Это же относится к возникновению и гибели лю
50
бого тела и процесса; все они возникают раньше, а кончают свое существование «после» этого.
Отказ от понятия абсолютной одновременности яв ляется одним из важнейших выводов специальной тео рии относительности. Относительность одновременно сти вытекает из того, что в мире нет независимого от материального движения абсолютного времени, нет единого мирового потока времени. Каждый движущий ся предмет в зависимости от скорости движения имеет свое собственное течение времени (точнее говоря: ритм времени).
Теперь мы вплотную подошли к рассмотрению еще более трудных для понимания вопросов об относитель ностипространственной протяженности предметов и яв лений и их длительности во времени. Рассмотрим сле дующий мысленный эксперимент.
Представим себе две космические ракеты А и Б, на ходящиеся в состоянии относительного движения с большой скоростью. Космонавт А смотрит через иллю минатор (в момент встречи двух ракет) и видит, что космонавт Б посылает луч света от потолка к зеркалу на полу. Зеркало отражает свет, и он возвращается сно ва к потолку. Для Б путь луча света будет прямым, а космонавту А он будет виден в виде буквы V. Поскольку длина сторон V больше сдвоенной прямой той Же высо та, то космонавт А может подумать, что в ракете Б свет стал двигаться медленнее. Но помня принцип постоян ства скорости света, он сделает правильный вывод, что
4* |
51 |
это Время в ракете Б течет медленнее. То же самое бу дет наблюдаться и в обратном случае: если луч света будет послан космонавтом А , а наблюдать будет космо навт Б. Выходит, таким образом, что ритм времени за висит от скорости движения тела: чем больше скорость движения, тем медленнее течет время, и наоборот. Если бы материальные тела могли двигаться со скоростью, равной скорости света, то время остановилось бы совсем.
В связи с началом освоения космоса в научно-по пулярной литературе много внимания уделяется этому эффекту теории Эйнштейна (иногда его называют па радоксом часов). В будущих космических перелетах к другим звездам (а не внутри нашей Солнечной систе мы) он сыграет свою роль. Эти перелеты возможны только в том случае, если будет достигнута скорость, близкая к скорости света. Ведь самая ближайшая к нам после Солнца звезда находится на расстоянии бо лее четырех световых лет.
Представим себе, что космонавты будущего с боль шой скоростью (с двухкратным ускорением в первую половину пути и таким же торможением во вторую) летят к галактике в созвездии Андромеды. С такими же скоростью и ускорением возвращаются на Землю. Эта галактика находится от нас на расстоянии более полутора миллионов световых лет. В результате боль шой скорости время внутри ракеты будет идти куда медленнее, чем на Земле. По собственному времени кос
52
монавта пройдет всего двадцать девять лет, а по зем ным часам пройдет три миллиона лет! Если у космо навта остались бы дети и были потомки, то их предок пережил бы своих пра-пра-пра-пра-пра и т. д. внуков и оказался бы моложе многих из живущих при его воз вращении.
Этот эффект настолько не укладывается в рамки нашего здравого смысла, что просто невозможно пове рить в него. Но приходится, потому что это эксперимен тально подтвержденный факт. В опытах на ускорите лях элементарных частиц — в синхрофазотронах и при изучении космических лучей, приходящих на Землю из глубин космоса (и в первом, и во втором случае элемен тарные частицы движутся со скоростями, близкими к скорости света), было установлено, что собственное вре мя частиц течет медленнее.
Нечто подобное происходит и с длинами, вернее с пространственной протяженностью тел. Чем больше скорость данного тела, тем меньше его протяженность в направлении движения в другой системе координат. Если вернуться к встрече двух космонавтов в космосе, то космонавту А будет казаться, что в ракете Б не толь ко время стало идти медленнее, но и сама ракета стала как бы короче. Этот эффект также подтвержден опыт ным путем. Интересно и то, что сами космонавты со вершенно не будут замечать этих эффектов, им будет казаться, что длины остались те же и время течет пообычному.
53
Мы не будем слишком углубляться в суть вопроса, так как это потребовало бы приведения довольно слож ных математических формул. Читатель, интересую щийся этими проблемами, может прочитать рекомендо ванные нами книги.
Из сущности теории относительности о всеобщей связи между пространством и временем вытекает за кон пропорциональности массы и энергии:
Е = ш- с 2,
где Е — энергия материального объекта, ш — масса, с — скорость света в вакууме (в данную формулу она входит в квадрате).
Скорость света — величина постоянная, это и опре деляет пропорциональность массы и энергии.
Поскольку масса есть мера способности тела сопро тивляться ускорению (инертная масса) и мера ее спо собности создавать поле тяготения и испытывать силу в этом поле (тяжелая, или тяготеющая, или весомая масса), а энергия—мера количества материального дви жения, то этот закон является замечательным под тверждением положения марксизма о том, что нет дви жения без материи, как и материи без движения. Эта формула показывает, что определенному количеству массы соответствует определенное количество энергии. Неуничтожимость энергии означает неуничтожимость массы, и наоборот. Формула применима ко всем физи ческим процессам, не исключая и процессы взаимопе
рехода вещества и поля, в которых происходят качест венные изменения не только энергии, но и массы (при неизменности общего количества массы). Она доказы вает положение марксизма о несотворимости и неунич тожимое™ движения и материи (энергии и массы).
Частная теория относительности, таким образом,
установила единство пространства и времени на основе материального движения, показала, что разобщенность их допустима лишь при малых скоростях относитель ного движения тел. Как известно, пространство трех мерно и поэтому измеряется тремя координатами (дли на, ширина, высота). Ввиду того, что время неразрывно связано с пространством и материя движется и во вре мени, оно (время) рассматривается как четвертая коор дината. Поэтому была принята четырехмерная коорди натная система немецкого ученого Г. Минковского. Разделение пространства самого по себе и времени са мого по себе не имеет абсолютного значения. Однако при этом сами по себе пространство и время остаются, а не уходят в царство теней, как считал Минковский. Поэтому новая теория подчеркивает и различия между пространством и временем. Выражение «пространствен но-временной интервал» не означает сведения их друг к другу. Отсюда надо считать правильным предложе ние, что не пространство само по себе и не время само по себе, а пространство — время в своем единстве яв ляются основной формой бытия материи.
** *
Частная теория относительности исходила, как бы ло сказано, из двух принципов: относительности и постоянства скорости света. При этом она, как и клас сическая физика, основывалась на геометрии Эвклида, признавала однородность пространства и времени, не связывала их с распределением тяготеющих масс и их движением. Однако изучение свойств пространства и времени показало необходимость учета влияния на них распределения и движения тяготеющих масс. Это и бы ло сделано Эйнштейном в общей теории относитель ности.
Создание общей теории относительности является, пожалуй, наиболее выдающейся заслугой Эйнштейна. Идеи специальной теории относительности носились в воздухе, к ним подходили вплотную Г. Лоренц и А. Пуанкаре, особенно последний. Если бы эту теорию не создал Эйнштейн, то через год-другой она была бы создана другим ученым.
Но совершенно другое положение с созданием об щей теории относительности. Те вопросы, которые зада вал себе Эйнштейн и ответы на которые привели его к великой теории, даже не возникали в головах других физиков. Без Эйнштейна возникновение теории тяготе ния задержалось бы на несколько десятилетий. Эйн штейн обрушил на головы своих коллег каскад настоль ко новых и неожиданных идей, что физики в первое
66
