Техника - молодёжи 1999-11, страница 58
(зависящее от скорости поезда) будет гореть (рис. 2а). Но если предположить, что движется он вместе с рельсами, а не поезд, то сократится расстояние между фонарями, и они некоторое время (тоже зависящее от скорости поезда) будут гореть одновременно (рис. 26). Получается, что лоренцево сокращение длины вроде бы дает возможность «релятивистскому» стрелочнику объективно определить — движется он или покоится! Однако это невозможно согласно постулату самой же СТО. Значит, специальная теория относительности действительно неверна, так как внутренне противоречива? Свет, сфотографированный на лету Решение этого парадокса может быть только тоже парадоксальным: «релятивистский» стрелочник не должен иметь возможности определить с помощью разноцветных фонарей движется ли он или покоится, но при всем при том обязан наблюдать нечто иное, чем его «классический» коллега. Иначе чем отличаются их теории? Еще в 1972 г. в журнале «Успехи физических наук» (т. 107, с. 141) была опубликована статья Я.А.Смородинского и В.А.Угарова, посвященная этой проблеме. Авторы, не выдвигая никаких произвольных гипотез, а анализируя только формулы СТО, пришли к выводу, что, скажем, шар, движущийся с околосветовой скоростью, будет выглядеть не как дыня, сплюснутая вдоль направления движения, а как тот же самый шар. Но этот ШАР ДОЛЖЕН ВЫГЛЯДЕТЬ ВРАЩАЮЩИМСЯ! Эта работа почему-то не получила широкой известности, хотя ее выводы имеют принципиально важное значение для понимания физического смысла эффектов, наблюдаемых в мире больших скоростей: «релятивистский» стрелочник, следя за вспышками фонарей, должен увидеть то же самое, что и его «классический» коллега, и не может решить — движется ли он, или покоится. А именно, если «релятивистский» стрелочник посчитает себя неподвижным, то сделает лишь вывод, что вращается движущийся поезд (рис. За), а если решит, что неподвижен поезд, то заключит, будто вращается он сам, стрелочник (рис. 36). Но не сможет установить — кто «на самом деле» движется, а кто покоится. То есть вопрос о существовании «абсолютной» скорости движения по инерции в «абсолютной» системе координат (и, следовательно, о существовании «мирового эфира», с чего вся эта запутанная история начиналась и продолжается по сей день) вообще лишен какого-либо физического смысла (именно это утверждение, как известно, и лежит в основе специальной теории относительности). Абсолютно лишь ускоренное — например, вращательное — движение или, в общем случае, движение по искривленным траекториям. Конечно, мысль о том, что лоренцево сокращение длины все же можно наблюдать, настолько въелась в сознание нескольких поколений читателей научной, научно-популярной и научно-фантастической литературы, что может показаться, будто описанный выше феномен представляет собой лишь очередной теоретический трюк, не имеющий никакого отношения к действительности. Однако дело в том, что реальность это го явления была доказана с помощью весьма наглядного и убедительного эксперимента. Тому, кто не верит, можно посоветовать разыскать в библиотеке журнал «Успехи физических наук» за 1973 год (т. 109, с. 157), в котором опубликован перевод статьи французского физика М.Дюге «Свет, сфотографированный на лету». Принципиальная схема этого опыта такова. Современные лазеры позволяют создавать световые импульсы длительностью порядка пикосекунды (то есть 1012 с) и даже менее. Пикосекундный световой импульс, летящий, естественно, со скоростью света, имеет длину всего около 102 см, то есть практически выглядит как точка. Если четыре пикосекундных лазера разместить по сторонам квадрата и заставить их сработать строго синхронно, то в пространстве со скоростью света полетят четыре световые точки, а если вслед за ними, через строго рассчитанный промежуток времени, испустить еще четыре синхронных пикосекундных импульса, то полетит как бы скелет куба, образованного восемью световыми точками, размещенными по его вершинам (рис. 4). И с помощью сверхскоростной кинокамеры можно зафиксировать, что происходит с ним во время его движения. Так вот, бесстрастная кинокамера и подтвердила, что световой «куб» остается кубом, а не превращается в параллелепипед, сжатый по направлению движения, но при этом вращается, как то и предсказано теорией Существует, но не наблюдается Существует, но не наблюдается не только лоренцево сокращение длины движущихся тел, но и... «абсолютная» инерциальная система отсчета. Вот как это получается. Для того, чтобы вообще можно было наблюдать движение, необходимо обязательно располагать двумя нехитрыми измерительными приспособлениями: мерной лентой с делениями, расположенными на одинаковых расстояниях R друг от друга, и часами, стрелки которых движутся по кругу со скоростью V и делают один оборот за время Т = 2rcR/V. В классической механике оба эти устройства связаны с «абсолютной» системой координат, и с их помощью можно, например, наблюдать (а без измерений не может быть и наблюдений!), как два тела движутся равномерно и прямолинейно с одинаковой скоростью Vo параллельно и потому всегда находятся друг от друга на одинаковом расстоянии Ro (рис. 5а). В небесной механике существуют теоремы, называемые теоремами сложения движений. Согласно одной из них, параллельный перенос двух тел эквивалентен их взаимному вращению в противоположных направлениях — каждое из них, крутясь, как бы догоняет другое (рис. 56). В этом случае кинетическая энергия поступательного движения просто заменяется равной ей кинетической энергией вращательного движения. А что произойдет, если в какой-то момент отказаться от «абсолютной» системы координат, а с ней и от возможности что-либо измерять? До этого момента система обладала определенным запасом кинетической энергии, а куда она потом девалась? Исчезла, как исчезло и само движение? Если «абсолютной» системы координат больше не существует, то поступательное движение можно заменить вращением только в том случае, если тела представляют собой не бесконечно малые материальные точки классической механики, а тела конечных размеров — скажем, с радиусом R. Тогда они, оставаясь на постоянном расстоянии Ro/R друг от друга, будут вращаться вокруг своих собственных осей со скоростью V/Vo (рис. 5в), то есть станут телами, обладающими спинами, как настоящие элементарные частицы. Это можно пояснить так: для земного наблюдателя Солнце восходит и заходит каждые 24 часа, а если бы наблюдатель находился на Солнце, то для него «восход» и «заход» Земли происходил бы каждые 27 суток (это период обращения Солнца вокруг своей оси). Не сложно сообразить, что все эти преобразования, позволяющие избавиться от «абсолютной» системы координат, сохранив при этом «абсолютный» характер движения, можно выразить простеньким соотношением: R/Ro = V/Vo. Имеют ли эти преобразования какой-либо физический смысл? Отождествим систему двух вращающихся тел с классической моделью атома водорода, находящегося в основном, невозбужденном состоянии. Тогда R — классический радиус электрона Re, a Ro — классический радиус атома водорода Rh, из чего следует, что Re/RH = V/Vo = e2/h = 1/137, где е — заряд электрона, h — постоянная Планка, а безразмерная величина 1/137 — так называемая константа Зоммерфельда, или постоянная тонкой структуры. То есть V — это скорость движения электрона в атоме водорода, a Vo — некая «абсолютная», но непосредственно не наблюдаемая скорость движения атома в «абсолютной» системе координат, равная скорости света С! Потому-то скорость света и фигурирует в знаменитой формуле Эйнштейна Е = тС2. И, наконец, последнее. Известно, что на неподвижные электрические заряды действует только сила Кулона F*, а если эти заряды движутся параллельно друг другу, то на них действует еще и сила Лоренца = — Fk(V2/C2), которая как бы ослабляет кулоновское взаимодействие. В результате суммарная сила взаимодействия движущихся зарядов F = Fk( 1 — V2/C2) становится равной нулю при V = С (рис.6). Иначе говоря, в «абсолютной» системе координат классической механики вообще нет никаких электромагнитных взаимодействий (святая истина!), но эти взаимодействия есть, слава Богу, в реальном мире (без них бы не существовало ни атомов, ни молекул, ни планет, ни звезд, не говоря уж о нас с вами), свойства которого как раз и описывает СТО. Что же в этом плохого? Время — это часы Время почему-то считается непостижимой загадкой природы. Но еще Лукреций Кар писал: Также и времени нет самого по себе, но предметы Сами ведут к ощущенью того, что в веках совершилось, Что происходит теперь и что воспослед-ствует позже; И неизбежно признать, что ничем ощущаться не может Время само по себе, вне движения тел и покоя. ТЕХНИКА-МОЛОДЕЖИ 1 Г 99 56 |
