Мир приключений 1961 г. №6
Шрифт:
Если звуковые волны распространяются в воздухе, то, по их мнению, световые колебания совершаются в особой, всепроникающей среде — «мировом эфире». Тем удивительнее оказались результаты эксперимента, произведенного американским физиком Майкельсоном в 1881 году.
Идея его опыта весьма проста. Известно, что Земля, обращаясь вокруг Солнца, несется в мировом пространстве со скоростью около 30 км/сек. Допустим, что мы хотим измерить скорость света двух звезд относительно Земли. Одна из них находится в той точке неба, куда движется в данный момент наша планета, а другая — в прямо противоположной
Разница в скоростях, конечно, небольшая. Но в распоряжении Майкельсона был такой точный прибор (интерферометр), который мог уверенно зафиксировать даже гораздо меньшее различие.
Тем не менее, после весьма тщательно проведенного эксперимента Майкельсон пришел к парадоксальному выводу: скорость света в любых ситуациях всегда остается постоянной, равной 300 000 км/сек.
Сколько ни искали впоследствии ошибок в измерениях Майкельсона, сколько раз ни повторяли его знаменитый опыт, результат не изменился — скорость света действительно оказалась мировой константой, то есть не меняющейся ни при каких условиях, постоянной величиной.
Этот факт, эта коренная особенность мира и была взята Альбертом Эйнштейном в качестве второй основы теории относительности.
Признание двух принципов — принципа относительности покоя и равномерного прямолинейного движения и принципа постоянства скорости света — не есть выражение симпатии, вкуса того или иного ученого. Эти принципы проверены всей практикой человечества, они являются краеугольными камнями современной науки, и отрицание их равносильно невежеству.
Но если дело обстоит именно так, то тогда легко из указанных двух принципов получить как следствие некоторые парадоксальные выводы о свойствах времени.
Сущность сложных явлений лучше всего уясняется на простых примерах. Пусть эти примеры несколько отвлеченны, даже искусственны. Но зато суть дела видна в таких случаях куда яснее, чем при рассмотрении реального, подчас очень сложного явления.
Представим себе абстрактный поезд, мчащийся куда-то с фантастической скоростью — 240 000 км/час. Заставим его, в отличие от реальных поездов, двигаться прямолинейно и равномерно. Допустим, что в середине одного из вагонов поезда имеется источник света, по команде посылающий лучи света на заднюю и переднюю дверь вагона.
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
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.