Если бы принцип относительности был
справедлив, то суммарная скорость света в движущейся жидкости должна была бы
быть равной сумме скорости жидкости и скорости света в покоящейся жидкости.
Однако это было не так. Опыт Физо показал, что суммарная скорость была
несколько меньше, чем указанная сумма.
Несмотря на это, отрицательный результат всех новейших попыток
обнаружить движение относительно эфира побуждал физиков и математиков искать
такое математическое толкование этих опытов, которое могло бы согласовать
друг с другом волновое уравнение для распространения света и принцип
относительности. Поэтому Лоренц предложил в 1904 году математическое
преобразование, которое удовлетворяло этому требованию9. Он должен был для
этого ввести гипотезу, что движущиеся тела сокращаются в направлении своего
движения (причем коэффициент сокращения зависит от скорости тела), а также
что в различных системах отсчета измеряются различные кажущиеся промежутки
времени, которые во многих опытах играют ту же роль, какую до сих пор играли
реальные промежутки времени. На таком пути он смог прийти к результатам,
соответствующим принципу относительности; кажущаяся скорость света была
теперь в каждой системе отсчета одной и той же. Подобные идеи обсуждались
Пуанкаре, Фицджеральдом и другими физиками.
Решающий шаг был сделан в 1905 году Эйнштейном, истолковавшим кажущееся
время в преобразованиях Лоренца как время реальное и исключившим из
рассмотрения время, которое Лоренц называл "истинным". Это означало
изменение оснований физики -- совершенно неожиданное и радикальное
изменение, для которого именно и была необходима смелость молодого и
революционного гения. Чтобы сделать этот шаг в плане математического
описания природы, надо было лишь применить к опыту преобразование Лоренца
непротиворечивым образом. Однако благодаря новому истолкованию этого
преобразования изменялись представления физиков о структуре пространства и
времени, и многие проблемы физики предстали поэтому в новом свете Эфирная
субстанция,
например, оказывалась ненужной и могла быть просто вычеркнута из
учебников физики. Так как в таком случае все системы отсчета, находящиеся
относительно друг друга в состоянии равномерного и прямолинейного движения,
при описании природы эквивалентны друг другу, то более не имеет никакого
смысла высказывание о том, будто есть такая эфирная субстанция, которая в
одной определенной системе из этих систем отсчета находится якобы в
состоянии покоя. На самом деле принимать во внимание такую субстанцию больше
не имеет смысла и много проще говорить, что световые волны распространяются
в пустом пространстве и что электромагнитные поля обладают своей собственной
реальностью и могут существовать в пустом пространстве.
Решающее изменение, однако, затрагивает структуру пространства и
времени. Очень трудно описать это изменение словами обычного языка без
применения математики, так как обычные слова "пространство" и "время" уже
относятся к структуре пространства и времени, представляющей собой
идеализацию и упрощение действительной структуры. Несмотря на это,
необходимо попытаться описать новую структуру, и, пожалуй, это можно сделать
следующим образом. Когда мы употребляем слово "прошлое", то тем самым имеем
в виду все те события, о которых мы, по крайней мере в принципе, можем
что-то знать и получить какие-то сведения. Подобным же образом слово
"будущее" охватывает все те события, на которые мы, по крайней мере в
принципе, еще можем воздействовать, которые мы можем как-то пытаться
изменить или воспрепятствовать их свершению. Хотя сразу трудно утверждать,
почему эти определения слов "прошлое" и "будущее" следует считать особенно
целесообразными, но можно легко показать, что они в самом деле очень точно
соответствуют обычному употреблению этих выражений. Если их употребляют
подобным образом, то, как показывают результаты многих экспериментов,
область событий, относимых к будущему или прошлому, не зависит от состояния
движения или других свойств наблюдателя. На более строгом математическом
языке можно сказать, что введенное определение инвариантно относительно
перемещений наблюдателя. Оно справедливо как в ньютоновской механике, так и
в теории относительности Эйнштейна.
Но здесь возникает существенное различие: в классической теории мы
принимаем, что будущее и прошлое отделены друг от друга бесконечно малым
интервалом времени, который можно назвать настоящим мгновением. В теории же
относительности мы видели, что дело обстоит несколько иначе. Будущее
отделено от прошлого конечным интервалом времени, длительность которого
зависит от расстояния до наблюдателя. Какое угодно воздействие может
распространяться только со скоростью, которая меньше или равна скорости
распространения света. Поэтому наблюдатель в данное мгновение не может ни
знать, ни оказать влияние на событие, происшедшее в некоторой удаленной
точке в промежутке между двумя характеристическими моментами времени. Первый
момент -- мгновение,
в которое должен быть послан из места события световой сигнал, который
достигнет наблюдателя в момент наблюдения. Другой момент -- мгновение, в
которое световой сигнал, посланный наблюдателем в момент наблюдения,
достигает места события. Весь конечный интервал времени между обоими этими
мгновениями может быть назван для наблюдателя в данный момент наблюдения
"настоящим". Ибо любое событие, происшедшее в этот интервал времени, не
может в момент выполнения наблюдения ни стать известным наблюдателю, ни
испытать какое-либо воздействие последнего, и именно так было определено
понятие "настоящее". Всякое событие, имеющее место между обоими
характеристическими моментами времени, может быть названо "одновременным с
актом наблюдения".
Использование выражения "может быть названо" уже указывает на
двусмысленность слова "одновременно", объясняющуюся тем, что слово
"одновременно" возникло из опыта повседневной жизни, в пределах которого
скорость света можно считать практически бесконечно большой. На самом же
деле слово "одновременно" может быть определено в физике несколько иначе, и
Эйнштейн использовал в своих работах это второе определение
"одновременности". Если два события в одной и той же точке пространства
происходят одновременно, мы говорим, что они совпадают. Это выражение
совершенно однозначно. Теперь представим себе три точки в пространстве,
лежащие на одной прямой линии таким образом, что средняя точка находится на
одном и том же расстоянии от обеих крайних. Если два события в обеих внешних
точках происходят в такие моменты времени, что световые сигналы, посланные в
момент свершения событий, приходя в среднюю точку, совпадают, то оба события
можно определить как "одновременные". Это определение является в данном
случае более узким, чем первое.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
справедлив, то суммарная скорость света в движущейся жидкости должна была бы
быть равной сумме скорости жидкости и скорости света в покоящейся жидкости.
Однако это было не так. Опыт Физо показал, что суммарная скорость была
несколько меньше, чем указанная сумма.
Несмотря на это, отрицательный результат всех новейших попыток
обнаружить движение относительно эфира побуждал физиков и математиков искать
такое математическое толкование этих опытов, которое могло бы согласовать
друг с другом волновое уравнение для распространения света и принцип
относительности. Поэтому Лоренц предложил в 1904 году математическое
преобразование, которое удовлетворяло этому требованию9. Он должен был для
этого ввести гипотезу, что движущиеся тела сокращаются в направлении своего
движения (причем коэффициент сокращения зависит от скорости тела), а также
что в различных системах отсчета измеряются различные кажущиеся промежутки
времени, которые во многих опытах играют ту же роль, какую до сих пор играли
реальные промежутки времени. На таком пути он смог прийти к результатам,
соответствующим принципу относительности; кажущаяся скорость света была
теперь в каждой системе отсчета одной и той же. Подобные идеи обсуждались
Пуанкаре, Фицджеральдом и другими физиками.
Решающий шаг был сделан в 1905 году Эйнштейном, истолковавшим кажущееся
время в преобразованиях Лоренца как время реальное и исключившим из
рассмотрения время, которое Лоренц называл "истинным". Это означало
изменение оснований физики -- совершенно неожиданное и радикальное
изменение, для которого именно и была необходима смелость молодого и
революционного гения. Чтобы сделать этот шаг в плане математического
описания природы, надо было лишь применить к опыту преобразование Лоренца
непротиворечивым образом. Однако благодаря новому истолкованию этого
преобразования изменялись представления физиков о структуре пространства и
времени, и многие проблемы физики предстали поэтому в новом свете Эфирная
субстанция,
например, оказывалась ненужной и могла быть просто вычеркнута из
учебников физики. Так как в таком случае все системы отсчета, находящиеся
относительно друг друга в состоянии равномерного и прямолинейного движения,
при описании природы эквивалентны друг другу, то более не имеет никакого
смысла высказывание о том, будто есть такая эфирная субстанция, которая в
одной определенной системе из этих систем отсчета находится якобы в
состоянии покоя. На самом деле принимать во внимание такую субстанцию больше
не имеет смысла и много проще говорить, что световые волны распространяются
в пустом пространстве и что электромагнитные поля обладают своей собственной
реальностью и могут существовать в пустом пространстве.
Решающее изменение, однако, затрагивает структуру пространства и
времени. Очень трудно описать это изменение словами обычного языка без
применения математики, так как обычные слова "пространство" и "время" уже
относятся к структуре пространства и времени, представляющей собой
идеализацию и упрощение действительной структуры. Несмотря на это,
необходимо попытаться описать новую структуру, и, пожалуй, это можно сделать
следующим образом. Когда мы употребляем слово "прошлое", то тем самым имеем
в виду все те события, о которых мы, по крайней мере в принципе, можем
что-то знать и получить какие-то сведения. Подобным же образом слово
"будущее" охватывает все те события, на которые мы, по крайней мере в
принципе, еще можем воздействовать, которые мы можем как-то пытаться
изменить или воспрепятствовать их свершению. Хотя сразу трудно утверждать,
почему эти определения слов "прошлое" и "будущее" следует считать особенно
целесообразными, но можно легко показать, что они в самом деле очень точно
соответствуют обычному употреблению этих выражений. Если их употребляют
подобным образом, то, как показывают результаты многих экспериментов,
область событий, относимых к будущему или прошлому, не зависит от состояния
движения или других свойств наблюдателя. На более строгом математическом
языке можно сказать, что введенное определение инвариантно относительно
перемещений наблюдателя. Оно справедливо как в ньютоновской механике, так и
в теории относительности Эйнштейна.
Но здесь возникает существенное различие: в классической теории мы
принимаем, что будущее и прошлое отделены друг от друга бесконечно малым
интервалом времени, который можно назвать настоящим мгновением. В теории же
относительности мы видели, что дело обстоит несколько иначе. Будущее
отделено от прошлого конечным интервалом времени, длительность которого
зависит от расстояния до наблюдателя. Какое угодно воздействие может
распространяться только со скоростью, которая меньше или равна скорости
распространения света. Поэтому наблюдатель в данное мгновение не может ни
знать, ни оказать влияние на событие, происшедшее в некоторой удаленной
точке в промежутке между двумя характеристическими моментами времени. Первый
момент -- мгновение,
в которое должен быть послан из места события световой сигнал, который
достигнет наблюдателя в момент наблюдения. Другой момент -- мгновение, в
которое световой сигнал, посланный наблюдателем в момент наблюдения,
достигает места события. Весь конечный интервал времени между обоими этими
мгновениями может быть назван для наблюдателя в данный момент наблюдения
"настоящим". Ибо любое событие, происшедшее в этот интервал времени, не
может в момент выполнения наблюдения ни стать известным наблюдателю, ни
испытать какое-либо воздействие последнего, и именно так было определено
понятие "настоящее". Всякое событие, имеющее место между обоими
характеристическими моментами времени, может быть названо "одновременным с
актом наблюдения".
Использование выражения "может быть названо" уже указывает на
двусмысленность слова "одновременно", объясняющуюся тем, что слово
"одновременно" возникло из опыта повседневной жизни, в пределах которого
скорость света можно считать практически бесконечно большой. На самом же
деле слово "одновременно" может быть определено в физике несколько иначе, и
Эйнштейн использовал в своих работах это второе определение
"одновременности". Если два события в одной и той же точке пространства
происходят одновременно, мы говорим, что они совпадают. Это выражение
совершенно однозначно. Теперь представим себе три точки в пространстве,
лежащие на одной прямой линии таким образом, что средняя точка находится на
одном и том же расстоянии от обеих крайних. Если два события в обеих внешних
точках происходят в такие моменты времени, что световые сигналы, посланные в
момент свершения событий, приходя в среднюю точку, совпадают, то оба события
можно определить как "одновременные". Это определение является в данном
случае более узким, чем первое.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52