Физика времени

в общей сложности свет проделал путь в виде латинской буквы V». Это и понятно. Ведь пока свет шел от потолка к полу, пол и зеркало вместе с ним переместились вперед по ходу поезда. Чтобы достичь зеркала, свет должен был двигаться по наклонной прямой. После отражения свет устремился обратно к фонарику на потолке, но за время движения света от потолка к полу и обратно потолок, а с ним и фонарик переместились вперед по ходу поезда, и, чтобы догнать фонарик, свет двигался по наклонной прямой. Итог: общий путь света больше удвоенной высоты вагона».

Сопоставим эти сообщения. По измерениям «полевой» лаборатории свет прошел явно большее расстояние, чем по измерениям «поездной». Вместе с тем мы знаем, что скорость света одинакова для обеих лабораторий. Значит, с точки зрения «полевой» лаборатории свет путешествовал дольше, чем с точки зрения «поездной».

Время между двумя событиями, измеренное из разных систем отсчета, оказывается, таким образом, различным. В той системе, где сами эти события произошли, время между собы-

тиями меньше, чем в другой системе, которая движется относительно нее и из которой наблюдают те же события.

Последние два предложения специально составлены так, чтобы не пользоваться названиями лабораторий — «поездной» и «полевой». Ведь мы хорошо понимаем, что движение относительно, и потому «полевая» лаборатория покоится только относительно поля, но движется относительно поезда. Если эксперимент с фонариком и зеркалом произвести в «полевой» лаборатории, то мы получим от наших физиков в точности те же сообщения, только теперь они поменяются ролями. О вертикальном пути света сообщит «полевой» физик, а о V-образном — «поездной».

Мы видим, что промежуток времени между событиями, происходящими «здесь у нас», всегда короче, чем промежуток времени между теми же событиями, когда они происходят «там у них».

Время событий, происходящих в данной инерциальной лаборатории, называется собственным временем, когда оно измеряется по часам той же лаборатории (системы отсчета).

Когда мы измеряем время между происходящими с нами самими и рядом с нами событиями, пользуясь нашими собственными часами, то видим на наших часах наше собственное время. Собственное время всегда короче всех других времен, которые измеряют по своим часам другие наблюдатели, глядя на происходящее с нами или у нас.

И здесь имеется, конечно, полная взаимность. Ведь другим, когда они наблюдают за нами, все, что с нами происходит, представляется замедленным. По их часам мы тратим больше, чем они, времени на те же действия. Они считают, что леденец у нас во рту тает медленнее, чем у них. Их собственный леденец уже растаял, а нас они видят еще с леденцом. Нам же, разумеется, медлительными кажутся «они» — те, кто проносится мимо нас в воображаемом поезде Эйнштейна или на ракете. И их леденец, как мы считаем, тает дольше.

Быстрые пионы

К счастью, относительность времени незаметна в повседневной жизни, так как скорости всех относительных движений очень малы по сравнению со скоростью света. А иначе «весьма бы усложнился трезвый быт».

Относительность времени и все связанные с нею эффекты, бесспорно, существуют всегда, но при малых скоростях движений они совершенно неуловимы, ускользают от наших ощущений и даже от самых чувствительных приборов.

Другое дело — явления при больших скоростях, приближающихся к скорости света. Такие явления постоянно встречаются в физике элементарных частиц. Электроны, протоны, мюоны, пионы и другие частицы нередко рождаются очень быстрыми в тех или иных процессах в микромире. Их также специально ускоряют на установках, которые так и называются ускорителями. На самых больших ускорителях частицы разгоняются до больших скоростей, действительно приближающихся к скорости света. Тогда-то относительность времени оказывается не то что уловимой, а просто очень сильной.

Расскажем об одном из реальных экспериментов. Пионы (или, иначе, пи-мезоны), упомянутые выше среди других частиц бывают трех видов — положительные, отрицательные и нейтральные в соответствии с имеющимся у них электрическим зарядом. Все они неустойчивы, самопроизвольно распадаются и живут очень недолго. Среднее время жизни положительного пиона составляет 25 миллиардных долей секунды.

Мы назвали время — так скажем же, в какой системе отсчета. Это среднее время жизни в системе, в которой пионы покоятся, то есть в их собственной системе отсчета.

Иногда вместо среднего времени жизни частиц говорят о времени полураспада; это время, за которое число распадающихся частиц уменьшается вдвое. Оно составляет приблизительно 69 % среднего времени жизни (0,69 — натуральный логарифм числа 2, взятый с точностью до первых двух цифр после запятой), для пионов это — 17 миллиардных долей секунды.