Симметрия и относительность движения. Тяготение, кванты и ударные волны. Специальный принцип относительности, страница 5

Вот почему излагаемые здесь соображения называются теорией относительности. Они выражают симметрию между равномерно движущимися системами отсчета.

4. Специальный принцип относительности

Уже говорилось, что принцип относительности в применении к электромагнитному полю называется специальным в отличие от общего, который относится к гравитационному полю.

Сравним между собой доэйнштейновский принцип относительности в том «виде, в каком он заключен в галилеевских преобразованиях, и посмотрим, как надо его видоизменить, чтобы он мог применяться к распространению света.

Отказ от абсолютности времени отнюдь не означает признание его субъективности. Некогда абсолютным считали вертикальное направление в пространстве и на этом основании не хотели допускать, что Земля — шар. На рис. 26 иллюстрируется средневековое рассуждение, «опровергающее» шарообразность Земли. Согласно этому рассуждению антиподы не могли бы стоять на Земле вверх ногами, а должны были бы свалиться прямо в ад.

На самом деле вертикальное направление в каждой точке земного шара направлено к его центру. Никто не может усомниться в объективности определения вертикальности в любом месте. Тем не менее в разных местах вертикальные направления образуют между собой угол, доходящий для антиподов до 180°.

То же относится к определению времени в теории относительности: оно вполне объективно в каждой системе отсчета, но относительно для разных систем.

Вообще следует помнить, что термин «теория относительности» имеет в виду не относительность человеческих знаний, а относительную равноценность систем отсчета, движущихся с постоянной скоростью друг относительно друга.

Переходим теперь к самым интересным следствиям из преобразований Лоренца. Прежде всего рассмотрим, как возникает сокращение времени. Допустим, что движущийся наблюдатель имеет с собой часы (мы уже говорили, что часами может быть любое равномерно действующее периодическое устройство, даже сердце). В начальный момент эти часы надо поставить по часам неподвижного наблюдателя. Иначе говоря, надо условиться, что при t = 0 равно нулю и t'. Часы, показывающие время, движутся вместе с наблюдателем. Если они помещены в начале его системы координат, то для них всегда х' = 0. Разумеется, относительно нештрихованной системы эти часы движутся с постоянной скоростью V.  Тогда получится

Ho 1- v²/c²—всегда меньше единицы, так что tбольше t'.Сверяя свои часы с часами движущегося наблюдателя, неподвижный наблюдатель видит, что другие часы отстают.

Но ведь не существует абсолютного движения: какого из наблюдателей выбрать в качестве неподвижного, должно быть безразличным. И действительно, пусть теперь «штрихованный» наблюдатель смотрит на часы «нештрихованного». Для этих часов х = 0 и по формуле (25) получится

Уравнения (30) и (30а) также не противоречат друг другу, как (23) и (25). Они выражают одно и то же: движущиеся часы отстают относительно неподвижных. В такой постановке бессмысленно спрашивать, какие из них отстают на самом деле: отстают те и другие относительно часов наблюдателя, который не движется вместе с ними. Столь же бессмысленно опрашивать, где отвес вертикальнее, в Москве или во Владивостоке: они вертикальны, но находятся под углом один к другому.

Так как наблюдатели движутся прямолинейно и равномерно друг относительно друга, нет смысла спрашивать, кто из них постарел больше. Однако можно в принципе заставите второго наблюдателя повернуть назад для того, чтобы встретиться с первым. Назовем повернувшего назад наблюдателя космонавтом: естественно, что возвращается он, а не земной наблюдатель. Теперь наблюдатели не могут считаться физически равноценными: ведь поворот связан с ускорением, которое почувствует только космонавт. Его, а не земного наблюдателя, специально для этого тренировали!