Техника - молодёжи 1960-06, страница 16

Классической иллюстрацией законов частной теории относительности является эпизод с поездом, движущимся мимо станционной платформы. Луч света от вспышки фонаря посредине поезда побежал в голову и хвост поезда. Действуя через фотоэлемент, он зажег одновременно два фонаря — у машиниста и у кондуктора, что и было зафиксировано фотоаппаратом, установленным на поезде.

Иначе говоря, когда корабль совершал свой поворот у Веги, его движение в течение некоторого времени не было ни равномерным, ни прямолинейным. Полет космического корабля здесь текже сопровождался ускорением (замедление считеется отрицательным ускорением).

Но из механики известно, что в ускоренно движущихся телах действуют особые — инерциальные — силы. Их величина пропорциональна имеющемуся ускорению и массе тела. Действие этих сил, вероятно, каждый испытывал не раз во время резкой остановки или стремительного начала движения поезда, автомобиля, лифта.

Согласно же современному учению о пространстве и времени, так называемой общей теории относительности, инерциальные силы тождественны силам тяготения.

Де, мы можем рассматривать неподвижной ракету с пассажирами, отправившуюся до Веги. Но, сказев «а», мы должны сказать и «б»: мы должны немедленно допустить в полном соответствии с принципом относительности, что во время поворота ракеты Земля ускоренно падает на нее под действием поля инерциальных сил, или, что то же, поля тяготения.

Учтя все зто, мы обязаны сказать, что на «падающей!» Земле процессы будут сильно ускорены сравнительно с процессами на ракете. Потом, когда ракета выйдет в состояние прямолинейного и равномерного движения, то есть движения без ускорения, процессы на Земле опять замедлятся по отношению к процессам на космическом коребле. Но, как показывают расчеты, уже ничто не будет в состоянии наверстать замедления, происшедшего на ракете эа относительно небольшое время ее поворота к Земле.

Точные расчеты говорят, что реэультет будет тем же самым, какой получается, если рассматривать Землю покоящейся, а ракету движущейся равномерно и прямолинейно со скоростью, близкой к скорости света. Вычисленное нами ранее замедление времени в 100 раз в ракете по отношению к ходу времени на покоящейся Земле будет тем же самым, если считать наоборот: что покоится ракета, а движется Земля.

НЕОДНОВРЕМЕННАЯ ОДНОВРЕМЕННОСТЬ

Обратимся теперь к положению об относительности одновременности. Это положение теснейшим образом связано с установленным экспериментально фактом постоянства скорости свете во всех ииерциельных системах отсчета, то есть в системах отсчете, связанных с равномерно и прямолинейно движущимися телами. С большим приближением такой системой отсчета является наша Земля, движущаяся в отношении Солнца со скоростью 30 км/сек.

Знаменитые опыты на интерферометре америкенского физика А. Майкельсона показали одинаковость скорости света в любых направлениях в отношении направления движения Земли. Следовательно, движение Земли по ее орбите, кото

рое можно считать приближенно инерциальным, не влияет ив величину скорости распространения света ив Земле. Этот надежно устеноалеииый экспериментальный факт приводит к весьма радикальным изменениям наших привычных представлений о времени и особенно об одновременности явлений.

Скеэенное поясним на одном простом, конкретном примере. Пусть поезд движется рввномерио и прямолинейно вдоль платформы (см. рис.). В некоторый момент времени из середины поезда испускается световой сигнал, который достигает его головной и хвостовой части. При этом он зажигает при помощи фотоэлементов установленные там лампочки. Так как скорость распространения света не зависит от движения поезда, то обе лампочки зажгутся одновременно. Не то будет на платформе. В системе «неподвижная платформа» эти же самые лампочки на поезде зажгутся в разные моменты времени. Ведь когда световой сигнал достигает фотоэлементе в хвосте поезда, то этот хвост эа время респространения светового сигнала передвинется на некоторое ресстояиие. С неподвижной платформы сперва зажжется зедняя лампочка поезда. Передняя часть поезда в этот момент будет на большем ресстоянии. Следовательно, передняя лампочка зажжется несколько позднее.

С этим «не согласился» фотоаппарат, установленный на платформе. Так как, пока луч света бежал к фотоэлементам, поезд ушел немного вперед, с платформы была заснята с начала вспышка заднего фонаря (у кондуктора), а затем — переднего (у машиниста).

Читателю, конечно, ясно, что второй пример является чисто умозрительным. Вследствие малой скорости поезда по сравнению со скоростью свете обнаружить относительность одновременности зажигания лампочек при современном уровне точности измерений невозможно.

ПРАКТИКА ПОДТВЕРЖДАЕТ ТЕОРИЮ

Естественно возникает вопрос: не были ли проведены какие-нибудь опыты и наблюдения, в которых все эти парадоксы времени обнаруживаются наглядно? Оказывается, существуют и прямые опытные доказательстве правильности положений о зависимости временных длительностей от

Мы говорили, что на роль часов годится любое тело, в котором совершается периодический процесс. Счетом циклов измеряется время. Кек известно, в атомах совершвются некоторые периодические электромагнитные процессы, обуславливающие излучение электромагнитных волн света определенной честоты. Следовательно, и атом можно рассматривать как особого рода часы. Измеряя при помощи специальных приборов — спектроскопов — частоту излучаемого света покоящегося атома и атома, движущегося перпендикулярно прямой, соединяющей его местоположение с точкой наблюдения, мы тем самым сравниваем показания движущихся и покоящихся часов. Это позволяет проверить величину замедления времени, обусловленную движением теле, о котором шле речь в примере космического корабля.

Такого рода опыты действительно были проведены с ато-

12