Физика времени

А часы на Земле? Вот тут-то и нужно учесть, что инерциальность системы отсчета, связанной с Землей, является лишь приближенной. Ранее ее неинерциальностью мы пренебрегали. Но теперь стоит внимательно к ней приглядеться.

Система отсчета, опирающаяся на поверхность Земли, — пусть это будет, например, просто стол, на котором стоят часы, — и в самом деле неинерциальна. Ведь относительно нее свободно падающие тела движутся не равномерно, а с ускорением, равным ускорению свободного падения. Вот если бы этот стол сам свободно падал, тогда часы находились бы в невесомости, и другие свободно падающие тела двигались бы относительно него равномерно и прямолинейно или покоились. Свободному падению стола мешает упругость земной поверхности — сила упругости, уравновешивающая силу тяготения, и делает эту нашу систему отсчета неинерциальной. Степень ее

неинерциальности измеряется земным ускорением свободного падения.

Стоит заметить, что круговое движение Земли по орбите вокруг Солнца не вносит дополнительной неинерциальности, хотя это и не прямолинейное движение. Важно, что это свободное движение под действием тяготения Солнца. Наоборот, если задержать и остановить Землю, появится неинерциальность, так как ее состояние стало бы уже не свободным. Неинерциальность создается из-за всего того, что мешает свободному падению. И только эти препятствия свободному падению и способны вызывать неинерциальность.

Мы видим, что система отсчета, связанная со свободно летящим ядром, гораздо ближе к инерциальной, чем система отсчета, связанная с поверхностью Земли. Так какие же часы окажутся отстающими? Теперь ясно, что отстанут часы, покоящиеся на Земле. Они испытывают действие тяготения, они весят, а часы на ядре находятся в невесомости.

Сходство с полетом космонавта оказалось только внешним, и оно подсказывало неправильный ответ. Но если бы космонавт не включал свой ракетный двигатель, его полет был бы, как полет пушечного ядра, свободным и инерциальным на всем участке пути после начального ускорения и перед конечным торможением.

Ну, а если на всем своем пути космонавт хотя и испытывает ускорение, но меньшее, чем g, он сам окажется старше своего брата, остававшегося на Земле. С этим дополнением, полученным из решения задачи Фока, мы имеем теперь уже полный ответ на все вопросы о парадоксе часов, или парадоксе близнецов.

Снова о четырехмерном

Тяготение различных тел природы привносит в мир физических явлений нечто абсолютное — то, что не зависит от точки зрения, от системы отсчета, в которой мы ведем наблюдения и эксперименты. К этому выводу мы приходим на основании знакомства с новыми свойствами времени, открытыми общей теорией относительности. Но вместе с тем эта теория, созданная вслед за специальной теорией относительности, продолжает, можно сказать, сокрушение абсолютов классической физики.

Вспомним, что специальная теория относительности открыла относительность времени. Она установила также и относительность, то есть зависимость от системы отсчета, пространственных понятий, таких как, например, расстояние между точками или размер какого-либо тела. Вместо уже не абсолютного времени и уже не абсолютного пространства специальная теория относительности выдвинула идею четырехмерного пространства-времени. Эта идея получила надежное обоснование в большом числе исключительно точных опытов.

Специальная теория относительности представляет нам пространство-время как некую универсальную конструкцию, как жесткий четырехмерный каркас, похожий на идеальную кристаллическую решетку. Время и пространство по отдельности теперь не абсолютны, но в специальной теории относительности абсолютно их четырехмерное единство. Смысл этой абсолютности состоит в том, что четырехмерное пространство-время по своим физическим и геометрическим свойствам ни от чего не зависит и всегда и всюду остается одинаковым и неизменным как целое.

Эту абсолютность решительно отменяет общая теория относительности. Опыты, подтверждающие специальную теорию относительности и ее абсолютное пространство-время, охватывают все явления физики — но за одним исключением. Это исключение — тяготение, гравитация. Согласно новой теории, тяготение искажает идеально правильный каркас пространства- времени. Тяготение искривляет и деформирует его, причем искривление тем больше, чем сильнее тяготение.

Представим себе какую-то область мирового пространства, в которой располагается несколько звезд, отделенных друг от друга большими расстояниями. Тяготение, очевидно, сильно вблизи каждой звезды, но оно почти отсутствует там, где до ближайшей звезды далеко. В межзвездном пространстве, вдали от звезд четырехмерный каркас пространства-времени остается почти идеально правильным. Он заметно деформируется только в окрестности каждой звезды. Да и то его искривление не очень значительно, если это обычная звезда, подобная Солнцу.