§8. Относительность одновременности

В теории относительности существует такое понятие, как событие. Нильс Бор определял его как "нечто, о чем можно однозначным образом информировать". Один из соавторов теории относительности Г.Минковский определял событие как : "пребывание частицы в точке, определенной четырьмя координатами" (имеются в виду три пространственных координаты, и принимаемый за четвертую координату момент времени). Другими словами, это некое явление, для которого можно зафиксировать пространственные координаты и момент времени, когда оно произошло. Например, световая вспышка, произошедшая в определенной точке пространства и в определенный момент времени.

Эйнштейн при разработке теории относительности задался таким вопросом: если есть какие-либо два события, можно ли определить, произошли они одновременно или нет? Если скорость распространения взаимодействий конечна, то информация от происхождения события до наблюдателя идет не мгновенно, а в течение какого-то времени. Но тогда получается, что "одновременность" - это понятие относительное.

Например, в 1987 году был зафиксирован взрыв сверхновой звезды в галактике Большое Магелланово облако. Расстояние от нас до этой галактики - 250 тысяч световых лет, то есть взрыв произошел 250 тысяч лет назад, но свет дошел до нас только в 1987 году. Получается, что в действительности эти два события - взрыв сверхновой звезды и наступление 1987 года на Земле - разделяет 250 тысяч световых лет - а для земного наблюдателя они произошли одновременно.

Другой пример, который приводил Эйнштейн. Допустим, есть космический корабль, у которого есть два сигнальных фонаря: один на носу, другой на корме. И есть три наблюдателя: один точно посередине корабля, другой у носового фонаря, а третий - на Земле. И тогда, если эти два фонаря вспыхнут одновременно, то эта вспушка будет одновременной с точки зрения только наблюдателя, который находится точно посередине корабля. В то время как наблюдатель на носу корабля скажет, что носовой фонарь вспыхнул раньше, т.к. к этому наблюдателю значительно раньше придет свет от носового фонаря. А для наблюдается на Земле вывод о том, какой фонарь вспыхнул раньше, а какой позже, будет завистеть от скорости корабля.

Анализируя эти мысленные эксперименты, Эйнштейн сделал вывод, что два события, которые могут быть одновременными для одного наблюдателя, могут быть не одновременными для другого. Этот принцип и называется - относительность одновременности.

В такой формулировке это правило вполне разумно. Всегда можно определить, в какой реальный момент времени произошло то или иное событие. Для этого надо из момента времени, когда наблюдатель зафиксировал событие, вычесть расстояние, разделенное на скорость распространения взаимодействия, и мы узнаем момент времени, когда событие произошло.

Например, допустим, в 2004 году зафиксирована вспышка на Сириусе. Мы знаем, что до Сириуса 8 световых лет и поэтому можем сказать, что вспышка произошла в 1996 году (1996= 2004 - 8)

Другой пример. Скажем, одновременнно со вспышкой на Солнце зафиксирован сигнал от марсохода. Но мы знаем, что свет от Солнца до Земли идет 8 минут, а от сигнал от Марса до Земли - 15 минут. Получается, что событие на Марсе произошло на 7 минут раньше, чем на Солнце, несмотря на то, что нам они кажутся одновременными[1]

.

Но ошибка Эйнштейна состояла в том, что этой относительности одновременности он придал абсолютный характер. Поскольку, по его мнению, скорость света является максимально возможной, то, например, в описанном мысленном эксперименте с космическим кораблем невозможно зажечь и носовой, и кормовой фонари одновременно - для того, чтобы подать сигнал о включении фонаря, необходимо время, равное времени движения светового луча. Отсюда Эйнштейн сделал вывод, что одновременными следует считать события, разделенные между собой световым лучом. То есть, например, если в 1987 году мы зафиксировали вспышку сверхновой в галактике, находящейся в 250 тысячах световых годах от нас, то, значит, эта вспышка произошла не 250 тысяч лет назад, а именно в 1987 году. Потому что, согласно Эйнштейну, все равно не существует сигнала, который смог бы сообщить об этом раньше, чем в 1987 году. А даже если бы некие инопланетяне, расположенные ближе к месту вспышки, видели бы этот взрыв раньше, чем земляне в 1987, то нам они смогли бы передать сигнал об этом не раньше 1987 года.

Таким образом, Эйнштейн совершил идеалистическую ошибку: он провозгласил, что то, что КАЖЕТСЯ наблюдателю - это ему не КАЖЕТСЯ, а происходит В ДЕЙСТВИТЕЛЬНОСТИ. Точно так же произошло и с лоренцевским сокращением длины и времени: сокращение, кажущееся внешнему наблюдателю, теория относительности провозгласила имеющим место в действительности.

Еще одной идеалистической ошибкой теории относительности является так называемый "принцип причинности". Допустим, у нас есть два события, одно из которых произошло раньше другого. При движении со сверхсветовой скоростью при определенных условиях для наблюдателя эти события могут поменяться местами. И если эти два события были связаны причнно-следственной связью, то это выглядит так, что следствие предшествует причине, что невозможно. Например, в статье "Покушение на световой барьер" (журнал "Наука и жизнь", №12-1979) значительная часть статьи посвящена рассуждениям о том, что будет в случае нарушения принципа причинности, которое якобы будет происходить при сверхсветовых скоростях. на самом же деле, как легко видеть, ситуация, когда при сверхстветовых скоростях причина и следствие меняются местами - это состояние КАЖУЩЕЕСЯ, но не имеющее места В ДЕЙСТВИТЕЛЬНОСТИ

Ошибочность такой точки зрения можно продемонстрировать с помощью такого мысленного эксперимента, который можно назвать "парадоксом марсохода". Допустим, на Марсе есть марсоход, который принимает команды с Земли и передает на Землю снимки поверхности. Допустим, радиосигнал идет от Земли до Марса 15 минут. И вот, предположим, марсоход передал на Землю картинку, из которой следует, что перед марсоходом пропасть и он, двигаясь по инерции, упадет в нее через 5 минут. Пока этот сигнал идет до Земли, марсоход уже упал. Но вот через 10 минут после его падения сигнал на Земле уже принят, и, согласно этому сигналу, марсоход находится от пропасти еще в 5 минутах езды. Оператор дает марсоходу команду "Стоп". Очевидно, что это уже поздно и марсоходу ничем не помочь. Однако, если подходить с точки зрения теории относительности, то получается, что марсоход, уже 10 минут назад упавший в пропасть, будто бы в действительности стоит невредимый в 5 минутах хода от нее и его еще можно спасти. Этот мысленный эксперимент показывает, что эйнштейновский подход неверен.

Еще один пример, показывающий неверность эйншетейновского подхода, где информация, принесенная электромагнитным лучом, воспринимается как абсолютная, это еще один мысленный эксперимент, который можно назвать "планета слепых людей". Предположим, есть планета, жители которой ничего не знают ни про свет, ни про какие-либо другие электромагнитные излучения, и ориентируются только по звуку. И, допустим, на этой планете появился свой местный Эйнштейн, который изобрел местный аналог теории относительности. Что она будет собой представлять? Как можно легко догадаться, ее формулы будут полностью аналогичны формулам теории относительности с той поправкой, что вместо скорости света у них будет стоять скорость звука.

Эти примеры показывают, что скорость света с точки зрения фиксанции пространственных и временных координат принципиально ничем не отличается от скорости любых других взаиможействий. Если произошло некое событие, то световая, звуковая информация, поток частиц и проч. могут прийти в разные моменты времени, но зафиксировать РЕАЛЬНЫЙ момент собыьтя всегда можно. А эйнштейновский взгляд является идеалистическим, поскольку ОТРАЖЕНИЕ события принимается за РЕАЛНОЕ событие.

В книге Б.Г.Кузнецова "Этюды об Эйнштейне" говорится:

"Инвариантность относительно фундаментальной группы - более общее название относительности. Сопоставив изменение известных физических переменных группе преобразований, обнаружив неизменность определенных величин при указанном изменении и сопоставив эти величины инвариантам некототорой клейновой геометрии, то мы приходим к той или иной релятивистской теории. Если речь идет о преобразовании от одной инерциальной системы к другой, а инвариантным оказывается расстояние между точками - то перед нами классический принцип относительности Галилея-Ньютона. Если наблюдения приводят к инвариантности четырехмерного интервала по отношению к лоренцевым преобразованиям, мы получаем специальный принцип относительности. Инвариантность четырехмерного интервала с переменной метрикой по отношению к общей группе преобразований - геометрическая форма общего принципа относительности Эйнштейна" (стр. 272).

Итак, в основе специальной теории отнсительности - инвариантность интервала. Но она вытекает из принципа относительности одновременности, сомнительность которого можно доказать (например, "парадокс марсохода"), а последний (принцип), в свою очередь, вытекает из принципа абсолютности скорости света. Получаем, что все эти звенья логической цепочки (абсолютность скорости света -> относительность одновременности -> инвариантность интервала -> сокращение длины и замедление времени) - можно поставить под сомнение.