Тайны Вселенной

ЧАСТЬ 3. В БЕЗДНАХ ВСЕЛЕННОЙ
ПРОСТОЙ СЕКРЕТ СЛОЖНЫХ ФОРМУЛ

Какую же, в таком случае, реальность описывают знаменитые релятивистские формулы, вытекающие из преобразований Лоренца? Только ту, которая зафиксирована в самих формулах, - и никакую другую, причем не в космических масштабах, а в строго определенных границах, очерченных самими же формулами: есть две системы отсчета - условно неподвижная и условно перемещающаяся (в любое время их можно поменять местами), а параллельно равномерному и прямолинейному перемещению движется луч света (что-то вроде следующего: лодка (в темноте) отплывает от берега, а в корму ей светят фонариком).

Обратимся к двум релятивистским формулам, хорошо известным из школьного курса физики:

Из приведенных формул следует, что в материальной системе отсчета, движущейся равномерно и прямолинейно относительно условно покоящейся системы и связанного с ней наблюдателя, временные промежутки "растягиваются" (течение времени "замедляется", отчего родители-космонавты могут якобы оказаться моложе собственных детей, оставшихся дома), а пространственные длины сокращаются. То есть по формуле: t=> t0; l=< l0 Так ли это? Разумеется, так. Но весь вопрос в том, как понимать фиксируемое "растяжение" и "сокращение". Вытекает ли из формул, что "замедляется" всякое время, связанное с перемещающейся системой отсчета, - и продолжительность жизни, и процессы мышления или рефлексы и биоритмы? И действительно ли укорачивается космический корабль, сплющиваются в нем все предметы, живые организмы и сами космонавты? Если рассуждать последовательно-реалистически, то упомянутые эффекты непосредственно из релятивистских формул не вытекают, а являются следствием их свободного истолкования.

Формула, как это ей и положено, описывает (отображает) строго определенные физические параметры и процессы, которые, собственно, и фиксируются в виде символических обозначений. Физическая формула может описывать только физические (а не химические, биологические, социальные) закономерности. Прямая экстраполяция формул на целостную Вселенную также недопустима. В данном смысле приведенные выше релятивистские формулы раскрывают всего лишь объективное отношение между механическим перемещением тела и синхронно-совместным с ним движением света. Соотнесенность этих двух физических явлений зафиксирована в подкоренном соотношении понятий v2 (скорость равномерного и прямолинейного перемещения инерциальной системы) и с2 (скорость света, движущегося параллельно той же системе). И то, и другое соотносится с третьим элементом реального трехчленного отношения - условно неподвижной системой отсчета.

Для наглядного пояснения действительной сути релятивистских эффектов воспользуемся образом Люмена, созданного Камилом Фламмарионом. Он был не только неутомимым пропагандистом новейших достижений естествознания, но и плодовитым автором, на книгах которого училось не одно поколение ученых во всем мире в конце прошлого - начале нынешнего века. Книги Фламмариона знала вся образованная

Россия, не говоря уже о плеяде русских космистов. Несомненно их влияние и на научно-фантастическую прозу Циолковского. Большинство научно-популярных и беллетризированных работ Фламмариона переведены на русский язык. Среди них научно-фантастический роман "Люмен" (в одном из переводов на русский - со значительными дополнениями - он называется "На волнах бесконечности"). Люмен - бестелесное человекоподобное существо, дух, обуреваемый жаждой познания Вселенной и наделенный волшебным качеством - способностью мгновенно, со скоростью мысли перемещаться в любую точку пространства, наблюдать (подобно другому, уже упоминавшемуся фантому - демону Максвелла) любое физическое явление и даже общаться с потусторонним миром. Люмен мгновенно перемещается по бесконечным просторам Космоса, а возвратившись на землю, рассказывает об увиденном своему ученику (в форме их диалогов и написан весь роман).

Помимо воображаемого описания далеких миров, расположенных в различных созвездиях, и их обитателей, Фламмарион устами Люмена описывает поведение света в Космосе. Известно, что любая информация, идущая с помощью электромагнитных волн с Земли и имеющая конечную скорость, приходит к другим далеким мирам с запозданием на сотни и тысячи лет (подобно тому, как с запозданием доходит до Земли свет умерших звезд). Люмен, в частности, развлекается тем, что, перегнав свет, дожидается его в какой-то далекой звездной системе, а затем наблюдает живые картины исторического прошлого Земли (например, подробности событий Великой французской революции). Представляется, что с помощью Люмена нетрудно будет разобраться в физическом смысле релятивистских эффектов, касающихся света и пространственно-временных параметров движущихся объектов.

Итак, перенесемся мысленно вместе с Люменом на просторы Вселенной. Представим условно покоящийся прожектор, расположенный на уединенном космическом объекте, мимо которого с околосветовой скоростью, равномерно и прямолинейно проносится космический корабль (рис. 122). Прожектор включается и посылает световое излучение вслед ракете в момент, когда ее хвост оказывается в точке, возможно близкой от прожектора. Такая ситуация "соприкосновения" особенно удобна, поскольку позволяет, так сказать, непосредственно добиться одновременности событий и снять те вопросы, которые обычно возникают в теории относительности по поводу синхронизации часов. Для наибольшей наглядности поместим Люмена на кончике светового луча (точнее - фронта световой волны, поскольку сам свет в космическом пространстве невидим).

Допустим, что в покоящейся системе отсчета по ходу движения ракеты размещены ориентиры, позволяющие измерить пройденное расстояние. Предположим также, что Люмен запасся хронометром и намерен произвести некоторые расчеты. Сидя верхом на световом луче, он смог бы без труда констатировать уже известный нам факт: в различных системах отсчета свет за одно и то же время (по хронометру Люмена) проходит разный путь, а одинаковое расстояние преодолевает за различные промежутки времени. Так, за время, пока луч света преодолевает в покоящейся системе отсчета расстояние MN, равное длине ракеты, относительно удаляющейся ракеты он продвинется только до точки

В. Другими словами, в движущейся системе световой луч пройдет расстояние, меньшее, "сокращенное" по сравнению с неподвижной системой координат (и тем меньшее, чем выше скорость ракеты). Аналогичным образом свету, излучаемому неподвижным прожектором, потребуется для преодоления длины летящей ракеты большее время, чем для прохождения того же самого расстояния в покоящейся системе (налицо все то же пресловутое "растяжение" временных событий).

Мысленный эксперимент можно повторить и в земных условиях, совершив воображаемое путешествие на поезде в точном соответствии с условиями, заданными в преобразованиях Лоренца. Рассмотрим движение светового луча, параллельного перемещению поезда и железнодорожному полотну. Для упрощения понимания даваемых разъяснений лучше всего представить, что поезд идет не по открытой местности, а вошел в туннель. Это позволит представить одновременное отображение распространения светового луча или фронта световой волны на стенках вагонов поезда и на стене туннеля. А для того, чтобы результаты измерений сделать зримыми и легко сопоставимыми, уместно допустить, что внешние стенки вагонов в стене туннеля покрыты фотоэмульсией.

Представим (рис. 123), что у входа в туннель неподвижно закреплен источник света - О, посылающий сигнал - ОР в направлении движения поезда MN. Источник включается в тот самый момент, когда с ним поравняется конец последнего вагона. Луч света движется вдогонку уходящему поезду. По мере того, как свет достигает головы состава, происходит засветка фотоэмульсии на стене туннеля и на внешних стенках (или крышах) вагонов по всей длине поезда.

Если допустить, что длина туннеля и железнодорожного состава достаточно велика, а поезд движется с околосветовой скоростью, то получим следующие результаты мысленного эксперимента. Чем выше равномерная скорость поезда, тем большее время потребуется свету, чтобы достичь головного вагона (это происходит потому, что начальная точка состава непрерывно убегает; по мере продвижения поезда вперед свет займет положение М=N=. Если свет, догоняющий поезд, погаснет, как только достигнет головной точки (или отразится зеркалом в обратном направлении), то картина засветки фотоэмульсии на внешних стенках вагонов будет отличаться от картины, получившейся на стене туннеля.

Что же именно произойдет? Чтобы воочию уяснить это, поезд по окончании эксперимента придется остановить и вернуть назад к въезду в туннель. Если поместить конец последнего вагона вровень с источником света (то есть совместить точки А , М, O, откуда начиналось движение светового луча), то тень засветки на стене туннеля АВ==ОР окажется по длине больше, чем длина самого поезда - MN, и, соответственно, больше тени засветки на внешних стенках вагонов от их исходной до конечной точки. МN=M=N=, но MN




Тайны Вселенной