Время и скорость света

Используя постоянство скорости света, можѓно с минимальными усилиями показать, что привычная обыденная концепция времени неверна. Представим себе лидеров двух воѓюющих держав, сидящих на противоположных концах длинного стола переговоров, которые только что пришли к согласию о прекращении огня, но ни один из них не хочет подписывать это соглашение раньше друѓгого. Генеральный секретарь ООН находит блестящее решение. Ровно посередине межѓду двумя президентами помещается элекѓтрическая лампа, которая сначала выключена. Когда лампа Включается, свет, который она излучает, достигает каждого из презиѓдентов одновременно, поскольку они нахоѓдятся на одинаковом расстоянии от лампы. Каждый из президентов согласен подписать свою копию договора, когда он (или она) увидит свет. Этот план претворяется в жизнь, и соглашение подписывается к взаимному удовлетворению обеих сторон.

Вдохновленный успехом, Генеральный секретарь использует тот же самый подход к двум другим воющим нациям, которые также достигли мирного соглашения. Единѓственное различие состоит в том, что эти президенты ведут переговоры, сидя на противоположных концах стола, который нахоѓдится в вагоне поезда, движущегося с постоѓянной скоростью. Конкретно, лицо презиѓдента Форляндии обращено в сторону двиѓжения поезда, а лицо президента Бэкляндии - в обратную сторону. Знакомый с тем, что законы физики остаются неизменными и не зависят от состояния движения до тех пор, пока движение остается равномерным, генеральный секретарь игнорирует это разѓличие и проводит церемонию подписания по сигналу электрической лампы точно так же, как и в предыдущем случае. Оба презиѓдента подписывают соглашение и празднуют конец вражды в кругу своих советников.

Как раз в этот момент приходит изѓвестие, что между представителями обеих стран, наблюдавших за церемонией с платформы, мимо которой проходил поезд, опять начались столкновения. Пассажиры поезда, в котором проходили переговоры, потрясены, услышав, что причина вновь вспыхнувшей вражды, по словам жителей Форляндии, состоит в том, что их одурачили: их презиѓдент подписал договор раньше президента Бэкляндии. Но если все, кто присутствовал в поезде, были единодушны в том, что догоѓвор был подписан одновременно, как могло случиться, что наблюдатели, расположенные снаружи, видели это иначе?

Давайте рассмотрим более подробно, как все это выглядело с точки зрения наблюдатеѓля, расположенного на платформе. Сначала лампа в поезде выключена, затем в какой-то момент времени она включается, посылая лучи света в сторону обоих президентов. С точки зрения наблюдателя на платформе президент Форляндии движется навстречу свету, а президент Бэкляндии - удаляется от света. Это значит, что для наблюдателя на платформе свет должен пройти меньший путь, чтобы достичь президента Форляндии, который движется в сторону приближающеѓгося света, чем до президента Бэкляндии, который удаляется от света. Это высказывание не касается скорости света, распространяюѓщегося в сторону двух президентов - мы уже отмечали, что независимо от состояния движения источника и наблюдателя, скоѓрость света всегда остается одной и той же. Мы говорим только о том, какое расстояние, с точки зрения наблюдателя на платформе, должен пройти свет от вспышки лампы, прежде чем он достигнет каждого из президенѓтов. Поскольку для президента Форляндии это расстояние меньше, чем для президента Бэкляндии, а скорость света одна и та же при движении в обоих направлениях, свет достигнет президента Форляндии раньше. Вот почему граждане Форляндии сочли себя обманутыми.

Слушая рассказы свидетелей, которые передает служба новостей CNN, Генеральный секретарь, оба президента и все их соѓветники не могут поверить своим ушам. Они все согласны в том, что лампа была надежѓно закреплена ровно посередине расстояния между двумя президентами и, следовательѓно, свет, который излучала лампа, прошел одинаковое расстояние до каждого из презиѓдентов. Поскольку скорость света, излученѓного вправо и влево, одинакова, они считаѓют, и сами наблюдали это, что свет достиг каждого из президентов одновременно.

Кто же прав, те, кто ехал в поезде, или те, кто стоял на платформе? Наблюдения каждой группы и их аргументы безупречны. Правы и те, и другие. Как и в случае с двуѓмя обитателями космического пространства, Джорджем и Грейс, каждая точка зрения одиѓнаково истинна. Только вот эти две истины противоречат друг другу. Между тем на коѓну важный политический вопрос: действиѓтельно ли оба президента подписали соглашение одновременно? Наблюдения и аргументы, изложенные выше, с неизбежностью ведут нас к выводу, что с точки зрения тех, кто находился в поезде, договор был подписан одновременно, а с точки зрения тех, кто стоял на платформе - не одновременно. Иными словами, события, которые являются одновременными с точки зрения одних наѓблюдателей, могут быть неодновременными с точки зрения других, если эти две группы наблюдателей движутся по отношению друг к другу.

Это удивительный вывод. Он предстаѓвляет собой одно из самых глубоких проѓникновений в сущность нашего мира, коѓгда-либо сделанных человеком. Если спустя долгое время после того, как вы закончиѓте читать эту книгу, из всей этой главы вы сможете вспомнить только несчастливую попытку разрядки международных отношеѓний, это будет означать, что вы уловили суть открытия Эйнштейна. Это совершенно неожиданное свойство времени было устаѓновлено без использования математического аппарата, доступного лишь избранным, без запутанных цепочек логических выводов - только на основе факта постоянства скоѓрости света. Заметьте, что если бы скорость света не была постоянной, а вела себя в соотѓветствии с нашими интуитивными предстаѓвлениями, основанными на медленном двиѓжении мячей и снежков, стоявшие на платѓформе наблюдатели согласились бы с теми, кто был в поезде. Наблюдатель с платформы продолжал бы считать, что фотоны должны пройти большее расстояние до президенѓта Бэкляндии, чем до президента Форлянѓдии. Однако обычная интуиция подсказывает, что в сторону президента Бэкляндии свет будет двигаться быстрее, получив дополнительный 'толчок' от поезда, двигающегося вперед. Аналогичным образом, эти наблюдаѓтели могли полагать, что свет, приближаюѓщийся к президенту Бэкляндии, будет двиѓгаться медленнее, поскольку он увлекается назад движением поезда. Если учесть эти (ошибочные) доводы, наблюдатели на платѓформе увидели бы, что лучи света достигнут каждого президента одновременно. Одѓнако в реальном мире свет не увеличивает и не уменьшает своей скорости, его нельзя подтолкнуть или затормозить. Следовательѓно, наблюдатели на платформе будут правы, утверждая, что сначала свет дошел до презиѓдента Форляндии.

Постоянство скорости света требует, чтобы мы отказались от устаревшего представления о том, что одновременность является универсальным понятием, которое восѓпринимается всеми одинаково, независимо от состояния движения. Не существует универсальных часов, которые, как считалось раньше, бесстрастно отсчитывают одинаковые секунды здесь, на Земле, на Марсе, на Юпитере, в туманности Андромеды и в любом другом закоулке Вселенной. Напроѓтив, наблюдатели, движущиеся относительно друг друга, будут иметь различное мнение по вопросу об одновременности событий. Как говорилось выше, эта неотъемлемая хаѓрактеристика мира, в котором мы живем, является столь непривычной потому, что связанные с ней эффекты чрезвычайно малы при скоростях, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни. Если бы стол для ведения переговоров имел длину 30 метров, а поезд двигался со скоростью 16 км/ч, наблюдатели на платформе могли бы 'увидеть', что свет достиг президента Форляндии на одѓну миллионную одной миллиардной доли сеѓкунды раньше, чем он дошел до президента Бэкляндии. Это различие действительно суѓществует, но оно столь мало, что не может быть обнаружено непосредственно с помоѓщью человеческих чувств. Если бы поезд двигался гораздо быстрее, скажем, со скоѓростью 270 000 км/с, то с точки зрения наѓблюдателя, находящегося на платформе, свет дошел бы до президента Бэкляндии за время, в 20 раз большее, чем до президента Форлянѓдии. При высоких скоростях поразительные эффекты специальной теории относительноѓсти становятся все более заметными.

Б. Грин