Физика времени

Пусть тело движется навстречу нам, — но не строго по лучу зрения, а под небольшим углом к нему. Пусть объект испустил два сигнала по направлению к нам. сначала один, а затем, через определенный промежуток времени, другой. За время между испусканием сигналов тело прошло путь ОА на нашем рисунке. Видимое нами перемещение меньше — оно, очевидно, представляет собой проекцию этого пути на то, что астрономы называют картинной плоскостью. Это плоскость, перпендикулярная к лучу зрения. Проекция составляет отрезок ОВ.

Как астрономы получили свои оценки скорости? Они делили видимое перемещение (отрезок ОВ) на время между приемом первого и второго сигналов. Они брали именно время между приемом, а не между испусканием двух сигналов.

Но это разные промежутки времени. Когда источник движется на нас, промежутки времени, как мы знаем, сокращаются — в соответствии с эффектом Доплера. Промежуток между приемом сигналов меньше промежутка между их испусканием. И если скорость источника близка к скорости света, разница между ними может оказаться сколь угодно большой.

При вычислении видимой скорости перемещения мы, так сказать, проигрываем в пути (проекция ОВ меньше пути ОА), но зато можем очень сильно выиграть во времени. Из-за этого и получается пугающе большое отношение видимого пути к времени между приемом двух сигналов, посланных в начале и в конце этого пути. Это отношение и считали скоростью движения.

Такая «видимая» скорость вполне может оказаться больше скорости света. Но она не совпадает с реальной скоростью движения тела. Реальная скорость равна отношению пройденного пути (ОА на нашем рисунке) к промежутку времени между испусканием — а не приемом! — сигналов. Как показывают расчеты, она должна быть довольно большой, близкой к скорости света, но при этом никак ее не превышать.

Видимые сверхсветовые скорости — это иллюзия. Она возникает из-за относительности времени. Нельзя вычислять скорость делением пути, пройденного «там», на промежуток времени, измеренный «здесь». Стоило астрономам забыть об этом, и они натолкнулись на парадокс.

К счастью, загадка оказалась не такой уж трудной. Правильный ответ был вскоре найден. Теория относительности и, прежде всего, идея относительности времени в очередной раз восторжествовали.

ГЛАВА 7 МИРОВАЯ ЛИНИЯ

Герман Минковский (1864—1909), немецкий математик и физик, много сделавший для разработки математического аппарата теории относительности, разъясняя в 1908 году новые взгляды на пространство и время, заявил: «Отныне понятия пространства самого по себе и времени самого по себе осуждены на отмирание и превращение в бледные тени, и только своего рода объединение этих двух понятий сохранит независимую реальность».

Мы обсудим сейчас это решительное утверждение, постараемся разобраться, что на самом деле скрывается за «своего рода объединением» и «независимой реальностью», о которых говорит один из основоположников новейшей физики.

Далее мы коснемся таких важных тем как причинная связь явлений во времени и абсолютный характер различия между прошлым и будущим.

4 = 3 + 1

Чтобы изучить какое-то событие в мире физических явлений, нужно прежде всего знать, где и когда оно произошло. Ответить на вопрос где! — значит указать место происшествия; ответить на вопрос когда! — указать соответствующий момент времени.

Указать место в пространстве мы можем с помощью координат. Каждой точке на Земле отвечают, как известно, две географические координаты — широта и долгота. Это два числа. Например, 60 градусов северной широты, 40 градусов восточной долготы. По этим двум числам легко найти место на карте или на глобусе.

Если летит самолет, то для указания его положения в пространстве нужно задать уже не два, а три числа: географические координаты точки, под которой самолет пролетает, плюс еще высота его полета.

Неважно даже, какими координатами мы будем пользоваться, географическими или какими-либо иными, все равно в общем случае для определения места события нужно всегда знать три числа.

Четвертое число, которое к ним нужно добавить, — это момент времени. Момент задается одним числом.

Все это означает, что пространство трехмерно, а время одномерно. Мир физических событий, каждое из которых определяется четырьмя числами, является из-за этого четырехмерным: 3 + 1 = 4.

«Когда нематематик слышит о «четырехмерном», его охватывает мистическое чувство, подобное чувству, возбужденному театральными приведениями», — говорит в одной из своих статей Эйнштейн и добавляет, что «тем не менее нет более банального утверждения», чем утверждение о четырехмерности мира. Четырехмерность не означает ничего иного, кроме того, что мир физических явлений «складывается из отдельных событий, каждое из которых описывается четырьмя числами».

Четырехмерность не была изобретением теории относительности. Мир классической физики тоже, очевидно, четырехмерен. Поэтому четырехмерность не нужно было открывать или вновь вводить.

Время—движение—пространство