Время и скорость света

Используя постоянство скорости света, мож¬но с минимальными усилиями показать, что привычная обыденная концепция времени неверна. Представим себе лидеров двух во¬юющих 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 дру¬гого. Генеральный секретарь ООН находит блестящее решение. Ровно посередине меж¬ду двумя президентами помещается элек¬трическая лампа, которая сначала выключена. Когда лампа Включается, свет, который она излучает, достигает каждого из прези¬дентов одновременно, поскольку они нахо¬дятся 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. Един¬ственное различие состоит в том, что эти президенты ведут переговоры, сидя на противоположных концах стола, который нахо¬дится в вагоне поезда, движущегося с посто¬янной скоростью. Конкретно, лицо прези¬дента Форляндии обращено в сторону дви¬жения 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 раз¬личие и проводит церемонию подписания по сигналу электрической лампы точно так же, как и в предыдущем случае. Оба прези¬дента подписывают соглашение и празднуют конец вражды в кругу своих советников.

Как раз в этот момент приходит из¬вестие, 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 прези¬дент подписал договор раньше президента Бэкляндии. Но если все, кто присутствовал в поезде, были единодушны в том, что дого¬вор был подписан одновременно, как могло случиться, что наблюдатели, расположенные снаружи, видели это иначе?

Давайте рассмотрим более подробно, как все это выглядело с точки зрения наблюдате¬ля, 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 приближающе¬гося света, чем до президента Бэкляндии, который удаляется от света. Это высказывание не касается скорости света, распространяю¬щегося в сторону двух президентов — мы уже отмечали, что независимо от состояния движения источника и наблюдателя, ско¬рость 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 президен¬тов. 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 со¬ветники не могут поверить своим ушам. Они все согласны в том, что лампа была надеж¬но закреплена ровно посередине расстояния между двумя президентами и, следователь¬но, свет, который излучала лампа, прошел одинаковое расстояние до каждого из прези¬дентов. Поскольку скорость света, излучен¬ного вправо и влево, одинакова, они счита¬ют, 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 дву¬мя обитателями космического пространства, Джорджем и Грейс, каждая точка зрения оди¬наково истинна. Только вот эти две истины противоречат друг другу. Между тем на ко¬ну важный политический вопрос: действи¬тельно 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 на¬блюдателей, могут быть неодновременными с точки зрения других, если эти две группы наблюдателей движутся по отношению друг к другу.

Это удивительный вывод. Он предста¬вляет собой одно из самых глубоких про¬никновений в сущность нашего мира, ко¬гда-либо сделанных человеком. Если спустя долгое время после того, как вы закончи¬те читать эту книгу, из всей этой главы вы сможете вспомнить только несчастливую попытку разрядки международных отноше¬ний, это будет означать, что вы уловили суть открытия Эйнштейна. Это совершенно неожиданное свойство времени было уста¬новлено без использования математического аппарата, доступного лишь избранным, без запутанных цепочек логических выводов — только на основе факта постоянства ско¬рости света. Заметьте, что если бы скорость света не была постоянной, а вела себя в соот¬ветствии с нашими интуитивными предста¬влениями, основанными на медленном дви¬жении мячей и снежков, стоявшие на плат¬форме наблюдатели согласились бы с теми, кто был в поезде. Наблюдатель с платформы продолжал бы считать, что фотоны должны пройти большее расстояние до президен¬та Бэкляндии, чем до президента Форлян¬дии. Однако обычная интуиция подсказывает, что в сторону президента Бэкляндии свет будет двигаться быстрее, получив дополнительный «толчок» от поезда, двигающегося вперед. Аналогичным образом, эти наблюда¬тели могли полагать, что свет, приближаю¬щийся к президенту Бэкляндии, будет дви¬гаться медленнее, поскольку он увлекается назад движением поезда. Если учесть эти (ошибочные) доводы, наблюдатели на плат¬форме увидели бы, что лучи света достигнут каждого президента одновременно. Од¬нако в реальном мире свет не увеличивает и не уменьшает своей скорости, его нельзя подтолкнуть или затормозить. Следователь¬но, наблюдатели на платформе будут правы, утверждая, что сначала свет дошел до прези¬дента Форляндии.

Постоянство скорости света требует, чтобы мы отказались от устаревшего представления о том, что одновременность является универсальным понятием, которое вос¬принимается 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. Напро¬тив, наблюдатели, движущиеся относительно друг друга, будут иметь различное мнение по вопросу об одновременности событий. Как говорилось выше, эта неотъемлемая ха¬рактеристика 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 од¬ну миллионную одной миллиардной доли се¬кунды раньше, чем он дошел до президента Бэкляндии. Это различие действительно су¬ществует, но оно столь мало, что не может быть обнаружено непосредственно с помо¬щью человеческих чувств. Если бы поезд двигался гораздо быстрее, скажем, со ско¬ростью 270 000 км/с, то с точки зрения на¬блюдателя, находящегося на платформе, свет дошел бы до президента Бэкляндии за время, в 20 раз большее, чем до президента Форлян¬дии. При высоких скоростях поразительные эффекты специальной теории относительно¬сти становятся все более заметными.

Б. Грин