Очевидное? Нет, еще неизведанное…

Мне кажется, в истории науки нет второго примера подобного же интеллектуального бесстрашия.

Может быть, только создание неэвклидовой геометрии стоит поставить в один ряд с работой Эйнштейна.

И последнее. Ясно, что к теории относительности предъявляются очень высокие требования. Ей, требующей совершенно новых, на первый взгляд парадоксальных представлений о пространстве и времени, не простят расплывчатых гипотез, приблизительных объяснений, логических погрешностей. Такая теория должна быть кристально ясной и логически безупречной. Абсолютно все известные экспериментальные факты должны получить совершенно четкое объяснение. И наконец, все физические законы, в справедливости которых физики убедились на опыте, все ставшие безусловными физические теории должны быть сохранены как приближенные, справедливые с высокой степенью точности, в определенном классе явлений. Новая теория может обобщить, но не может отбрасывать механику Ньютона.

Все эти требования Эйнштейн должен был выполнить уже на самом первом этапе работы. Он все это сделал. Но можно только еще раз повторить: трудно понять, как смог двадцатипятилетний Эйнштейн создать свою теорию.

А теперь забудем на время обо всем предыдущем.

Постулаты специальной теории относительности, вообще говоря, очень естественны.

К систематическому анализу ее мы и переходим.

Глава XII,

_{в которой существенно обобщается постулат о постоянстве скорости света, после чего обсуждаются понятия времени и одновременности в теории относительности}

Эйнштейн

(одновременность, время)

Пожалуй, стоит начать с одного замечания терминологического характера.

Уже неоднократно упоминалась «точка зрения наблюдателя». В прошлой главе при анализе относительности понятия одновременности событий использовались выражения: «с точки зрения наблюдателя внутри вагона», «с точки зрения наблюдателя на полотне». Эта терминология общепринята у физиков и ведет начало от Эйнштейна. Она очень наглядна, удобна, и мы будем придерживаться ее и в дальнейшем. Она имеет, однако, и один недостаток. Раз говорится о «наблюдателе», о его «точке зрения», то появляются часто филологические основания подозревать, что физики стоят на субъективистских позициях.

Небольшое отступление.

На самом деле ничего подобного, конечно, нет.

Речь идет не о личном, субъективном восприятии наблюдателя, а о совершенно объективных физических измерениях, проделываемых в определенных физических условиях.

«Точка зрения наблюдателя» появляется всякий раз, когда анализируются относительные физические понятия. Мы говорим, например: «В системе отсчета, жестко связанной с вагоном поезда, скорость вагона равна нулю». По-другому ту же мысль выражают так: «С точки зрения наблюдателя внутри вагона поезда» скорость вагона равна нулю.

Содержание этих двух фраз совершенно тождественно. Скорость — относительная физическая величина. Определение или в конечном итоге рецепт измерения скорости существенным образом связаны с понятием системы отсчета. В данной системе отсчета скорость данного тела определяется совершенно объективными измерениями.

Возможно, стоит напомнить, что в физике вообще нет ни одного субъективного понятия, определения или величины.

Все сказанное в той же степени относится и к другим относительным физическим величинам и понятиям. Можно привести как пример угловой размер предмета. Вероятно, ни у кого не возникло мысли, что угол, под которым виден предмет, субъективное понятие. Да, угловой размер зависит и от расстояния и от направления, под которым рассматривается изучаемое тело. Но определяется угловой размер совершенно объективным образом. И если угловой диаметр шара меняется в зависимости от расстояния измерительной установки до этого шара, то понятия «скорость», «одновременность» и другие изменяются в зависимости от того, в какой системе отсчета находится измерительная установка.

Прежде всего несколько изменим второй постулат.

Возвращаемся к обещанному систематическому анализу основ специальной теории относительности.

Сначала внесем чисто словесные изменения. Тогда принцип независимости скорости света от движения источника станет несколько нагляднее.

«Скорость, с которой распространяется в вакууме фронт любой световой волны в любой инерциальной системе отсчета, постоянна по всем направлениям» ^[61] .

61

Маленькая логическая тонкость! Независимость скорости световой волны от движения источника света относительно данной инерциальной системы отсчета учтена в нашем определении, поскольку мы говорим о «любой» световой волне (в том числе и о тех, которые посланы движущимися источниками). Замечание о постоянстве скорости при любом направлении распространения фиксирует изотропность пространства. Ввиду принципа относительности наше утверждение в равной мере относится ко всем инерциальным системам, если только оно справедливо в какой-нибудь одной.

Затем изменим его по существу.

«Максимальная скорость распространения произвольного взаимодействия (любого сигнала) в любой инерциальной системе конечна и не зависит от движения источника, от которого распространяется взаимодействие» ^[62] .

Постулируется существование максимальной скорости для передачи взаимодействия.

Нам придется принять на веру, что анализ постулатов Эйнштейна приводит к выводу, что существует максимальная скорость, с которой распространяется любое взаимодействие (любой сигнал); причем она равна скорости света в вакууме. Принцип постоянства скорости света, как оказывается, скрывал значительно более общий закон природы.

62

В скобках вместо слов «любое взаимодействие» написано «любой сигнал». Под сигналом мы не подразумеваем ничего отличного от житейского понятия. Сигнал — это все, что мыслимо использовать для передачи в точку А сведений о том, что творится в точке В. Словом, сигнал — это передача информации.

Ясно, почему поставлен знак равенства между взаимодействием и сигналом. Передачу сигнала можно осуществить, только использовав какое-нибудь взаимодействие (электромагнитное, гравитационное и т. д.) между объектами А и В. А максимальная скорость распространения взаимодействия и есть максимальная скорость передачи сигнала (информации). Заметим, наконец, что понятие «событие» в теории относительности является первичным и по смыслу соответствует обычному житейскому содержанию этого слова.

Автор снова настаивает, что это исключительно, неповторимо важное место.

Вообще говоря, предположение, что есть максимальная скорость передачи взаимодействия, пожалуй, более естественно, чем гипотеза физики классической: имеются взаимодействия, распространяющиеся с бесконечной скоростью.

Не будем детально рассматривать, как именно из принципа постоянства скорости света вытекает обобщенный принцип — «существует предельная скорость распространения взаимодействий (скорость передачи информации)». Поверим, что это правильно, и перейдем к анализу одного из основных понятий теории — к понятию одновременности двух событий.

Одновременность.

Позвольте прежде всего напомнить, как решали вопрос в классической физике. До Эйнштейна вообще никто не задумывался над понятием одновременности. Считалось, что это самоочевидно. Конечно, в классической физике использовали совершенно определенное понятие одновременности удаленных событий, но давали его бессознательно, интуитивно обобщая опыт.

В III главе мы выяснили точку зрения классической физики на одновременность. Вот что было сказано:

«Два события, такие, что любое из них, вообще говоря, может явиться причиной или следствием другого, одновременны в том единственном случае, когда ни одно из них не может быть причиной или следствием другого».

Легко увидеть, что классическое понятие одновременности продиктовано принципом причинности. Несколько труднее заметить, что, давая определение, мы молчаливо использовали важнейшую гипотезу: «Максимальная скорость распространения взаимодействия (скорость передачи информации) бесконечна».