Мир приключений, 1961 (№6)

Вполне возможно представить себе, и в этом нет ничего фантастического, фотоэлектрическое устройство, которое, как только луч света попадет на него, мгновенно срабатывает и открывает дверь. Будем считать, что фотоэлектрическим запором обладают обе двери. Наконец, для того чтобы результат расчетов был возможно нагляднее, примем, что длина вагона поезда равна… 5 400 000 км.

Пусть теперь мчится наш фантастический поезд. Где-то в пути включается источник света — тот самый, что находится в середине экспериментального вагона.

Напомним, что поезд движется прямолинейно и равномерно, а потому все явления внутри поезда должны происходить совершенно так же, как если бы поезд стоял на станции. Следовательно, лучи света одновременно (за девять сек.) достигнут дверей вагона, которые одновременно откроются.

Именно это увидят пассажиры фантастического поезда. Совсем другая картина предстанет стрелочнику, которому удалось пронаблюдать эксперимент.

По отношению к стрелочнику лучи света движутся с той же скоростью, что и относительно вагона (300 000 км/сек), — ведь в этом и заключается принцип постоянства скорости света. Но задняя дверь вагона несется навстречу лучу света, а переднюю дверь, наоборот, ему приходится догонять. Следовательно, «правый» луч быстрее достигнет задней двери вагона, чем левый луч — передней. В результате стрелочник увидит (это нетрудно подсчитать), что двери вагона открылись не одновременно — задняя дверь через 5 сек., а передняя дверь через 45 сек.! Таким образом, два события (открытие дверей) пассажирам поезда кажутся одновременными, а стрелочнику — разделенными промежутком времени в 40 секунд.

Бессмысленно ставить вопрос, кто из них прав. Ответ может быть только один: каждый прав по-своему. Убеждение, что два события, наблюдаемые нами как одновременные, и всем другим наблюдателям непременно покажутся одновременными, не больше, как предрассудок. Понятие одновременности — относительно. На движущихся относительно друг друга телах время течет по-разному.

Не подумайте, что парадоксальные выводы, к которым мы пришли, вызваны фантастическими свойствами нашего воображаемого поезда.

Все останется верным и для любого поезда, в том числе и того, в котором вы ездите на дачу. Но только из-за небольших размеров поезда и медлительности его движения эффекты теории относительности здесь менее заметны.

Нам остается убедиться в том, что в поезде время всегда течет медленнее, чем на станции. Для этой цели представим себе, что на полу «экспериментального вагона» укреплена электрическая лампочка, а прямо над ней, на потолке, — небольшое зеркало. Включив лампочку, мы заставим луч света долететь до зеркала, отразиться от него и вернуться обратно. Пассажир поезда сможет при этом констатировать, что луч света прошел путь, равный удвоенной высоте вагона. Однако стрелочник, следивший за этим экспериментом, с ним не согласится.

Для стрелочника эксперимент выглядит совсем иначе. Он видит, что движутся и лампочка, и зеркало, и весь вагон. Поэтому луч света, покинувший лампочку, должен лететь не вертикально вверх, а несколько косо, чтобы попасть на зеркало, которое для луча является своеобразной движущейся мишенью.

Подобно этому и отраженный луч пойдет не вертикально вниз, а по некоторой наклонной, чтобы снова вернуться к движущейся лампочке.

Так как скорости лампочки и зеркала одинаковы, луч, с точки зрения стрелочника, прочертит две стороны равнобедренного треугольника, высота которого равна высоте вагона.

Мы надеемся, что у читателя уже не возникнет вопрос, по какой же траектории на самом деле движется луч света. Но тогда нетрудно сообразить, что рассматриваемый эксперимент протекает для пассажира и для стрелочника с разной длительностью. При одной и той же скорости своего движения луч света, с точки зрения стрелочника, проходит больший путь, чем по мнению пассажира. Сумма двух сторон равнобедренного треугольника больше удвоенной соответствующей высоты. А это означает, что один и тот же процесс — посылка луча от лампочки к зеркалу и обратно, — с точки зрения пассажира, протекает за меньший промежуток времени, чем с точки зрения стрелочника. Следовательно, для движущихся тел время течет медленнее, чем для тел покоящихся. Мы не хотим затруднять читателя подсчетами величины этого «расхождения времени». Очевидно, оно зависит от скорости движения данного тела. Чем быстрее движется поезд, тем на большее расстояние сместится лампочка за время полета светового луча между полом и потолком При этом растягивается основание рассмотренного выше треугольника и увеличиваются боковые стороны.