Физика времени

Нельзя просто сказать «сейчас такой-то час». К этому нужно добавить «в такой-то системе отсчета», чтобы высказывание приобрело смысл.

Открытие относительности времени вызвало настоящий переворот в физической науке. Оно означало коренную ломку самых фундаментальных, самых первичных и исходных представлений о мире, созданных всем предшествовавшим развитием науки и, прежде всего, классической механикой Галилея — Ньютона. Время перестало быть абсолютным — что же произошло тогда с классической механикой? Неужели крах после двух столетий торжества?

Нет, новейшая физика не отменила классическую механику. Очевидным образом обнаружилось, что механика Галилея и Ньютона не столь универсальна, как на то надеялись ее творцы, а за ними и все другие физики XVIII —XIX веков (и последние чаще всего даже в большей степени). Но вся классическая теория остается в силе, если рассматривать только такие движения, скорость которых много меньше скорости света. По сравнению с этими малыми скоростями скорость света столь велика, что фактически ее можно считать бесконечной. А при таком условии сводится на нет относительность одновременности (мы уже говорили об этом), а с ней и относительность самого времени вообще.

Новейшая теория указала границы и пределы применимости классических представлений: механике Галилея — Ньютона подвластны только относительно медленные движения. И в этих ясно осознаваемых границах классическая механика продолжает и до сих пор жить полнокровной жизнью, неизменно прибавляя все новые и новые успехи к и без того уже внушительному списку своих достижений.

Когда же нужно изучать быстрые движения или распространение электромагнитных волн, классической теории для этого уже явно недостаточно. Здесь требуется теория относительности, и чем ближе скорости движений к скорости света, тем заметнее и значительнее эффекты относительности, или, как говорят, релятивистские эффекты. В следующей главе мы расскажем о таких явлениях, где эти эффекты, и в первую очередь относительность времени, действуют в полную силу.

Классическая механика обрела свои рамки, нашла свое настоящее место в нашей системе знаний о физическом мире. Тем самым она получила и новое обоснование своим исходным предпосылкам. Она стала частным случаем новой, более общей теории, рамки которой много шире, а основания надежнее и глубже. Теория относительности включила в себя классическую механику в качестве своей не вполне точной, приближенной формы, достаточной для «работы» с относительно медленными движениями.

Вместе с тем — и это гораздо важнее — теория относительности произвела принципиальный пересмотр природы времени. Это было решительное преодоление догматизма и застоя в «принципиальных вещах». Это был огромный шаг вперед на пути к проникновению в самую сущность времени, которое стало теперь не только предметом описания, но и объектом прямого исследования — теоретического и экспериментального.

ГЛАВА 6 СОБСТВЕННОЕ ВРЕМЯ

Инерциальные лаборатории, которыми мы пользуемся в наших мысленных экспериментах, снабжены, как говорит Эйнштейн, «всеми мыслимыми физическими приборами». Из этих приборов самый важный для нас — часы, инструмент для измерения времени. С помощью часов мы отмеряем промежутки времени, фиксируем одновременность или неодновременность событий.

Относительность времени означает, очевидно, и относительность в самом ходе часов, в их ритме. В мире уже нет единого и всеобщего времени, которое заставляло бы все часы идти «в ногу» как по команде «раз-два, раз-два». Несколько совершенно одинаковых часов, никак не отличимых друг от друга, когда они стоят рядом в лаборатории, резко расходятся в своих показаниях, когда какие-то из них приходят в движение и летят относительно других со скоростью, приближающейся к скорости света.

Продолжая знакомство с различными свойствами относительного времени, мы выясним в этой главе, где одинаковые процессы идут быстрее — рядом с нами или в движущемся мимо нас вагоне поезда, в летящем самолете, на ракете. Мы узнаем о реальных, а не только мысленных экспериментах и наблюдениях, в которых изучается темп бегущего времени.

Время здесь и время там

Начнем с нового мысленного эксперимента, в котором, как и раньше, два физика ведут наблюдения в двух инерциальных лабораториях.

Пусть в вагоне «поездной» лаборатории имеются источник света, фонарик, который располагается на потолке, и прямо под ним на полу зеркало. Эксперимент состоит в том, что оба наших физика, каждый в своей лаборатории, будут следить за тем, как свет распространяется сверху вниз, от фонарика к зеркалу и обратно, от зеркала к фонарику.

Эксперимент проведен, и физик «поездной» лаборатории сообщает: «свет упал по вертикали на зеркало и, отразившись от него, прошел тот же путь в обратном направлении. Общий путь света равен удвоенной высоте вагона».

Иную картину наблюдал «полевой» физик: «Свет падал с потолка к полу по наклонной прямой и, отразившись от зеркала, проделал путь по другой наклонной прямой, так что