Я
говорил уже о трудностях понимания
лоренцева сокращения (ЛС) в случае относительного движения двух твердых тел
(стержней). Вместе с мнением Эйнштейна о том, что «сокращение не является
реальным, поскольку оно не существует для наблюдателя, движущегося вместе с
телом; однако оно реально, так как оно может быть принципиально доказано
физическими средствами для наблюдателя, не движущегося вместе с телом» ([1], с.
187), эти трудности у многих людей вызывали ([2]) и до сих пор вызывают многочисленные
вопросы по этой теме. Существуют утверждения о
том, что ЛС реально. Есть и менее
жесткие мнения по этому поводу, близкие к разъяснениям Эйнштейна. Для
устранения всех этих трудностей и опровержения замечания Варичака о том, будто
бы феномен ЛС субъективен и зависит только
от «способа сверки часов и измерения длин», Эйнштейн предложил мысленный
эксперимент, который, по его мнению, должен был показать, что ЛС зависит «не только
от сверки часов и измерения длин» ([1]).
К сожалению, исходные условия предложенного Эйнштейном эксперимента
интерпретированы в известной мне литературе неадекватно (на мой взгляд), что
подробно разъясняется в статье «О влиянии соглашений на лоренцево сокращение», и поэтому авторы
публикаций делают порой ложные выводы. Пример тому, когда Паули из эйнштейновского
эксперимента сделал вывод, будто бы одновременность двух событий, происходящих
в разных местах, можно выявить «с помощью одних масштабов <линеек – МА>,
без использования часов» ([3], с. 29). Понятно, что вывод Паули ошибочен,
потому что одновременность указанных событий определяется только равными
показаниями синхронизированных часов одинаковой конструкции, покоящихся в
местах осуществления событий, и никакие «линейки» тут помочь не смогут (речь
идет о событиях, наблюдаемых в инерциальных системах отсчета — ИСО).
Все «непонятки»,
связанные с интерпретацией ЛС, имеют в своей основе забвение того, что наряду с
существованием реальных абсолютных
явлений есть еще и реальные относительные
явления (это забвение
обусловливает
также трудности понимания феномена замедления времени в движущихся системах
отсчета и пр.). Абсолютные
явления наблюдаемы (измеряемы) всеми наблюдателями (приборами), а относительные
— не всеми, а только покоящимися в некоторых ИСО. Тем не менее,
относительные явления не менее реальны для наблюдающих их субъектов, чем
абсолютные, поскольку следствия относительных явлений с достоверностью предсказывают
будущие события (столкновение или его отсутствие двух тел и пр.).
К подробному
обсуждению
сходств и различий относительных и абсолютных явлений я вернусь, возможно, в
другой заметке. Но сейчас я хочу сказать о другом: эйнштейновский мысленный
эксперимент с начальными условиями, не допускающими разных толкований,
демонстрирует существование абсолютного
феномена, который может быть объяснен только ЛС, если часы синхронизированы по
эйнштейновской методике.
Посмотрим,
как же надо сформулировать начальные условия эйнштейновского эксперимента, чтобы они
воспринимались однозначно. Вот оригинальное описание этого эксперимента,
приведенное в работе ([1], с. 188).
«Пусть два стержня А'B' и A''B'', имеющие одинаковую длину при
измерении в состоянии покоя, могут скользить вдоль оси Х неускоренной
системы отсчета параллельно, с одинаковой ориентацией. Стержни А'B' и A''B'' должны скользить так, что
стержень А'B'
движется
со сколь угодно большой скоростью в
положительном, а стержень A''B'' — в отрицательном направлении оси
Х. При этом концы стержней А' и A'' встречаются в точке A*, а концы B' и
B''
— в точке B* оси Х. Тогда, согласно
теории относительности, расстояние A*B* окажется меньше длины каждого из
стержней А'B'
и A''B'', что можно установить с помощью
одного из стержней, прикладывая его в состоянии покоя к отрезку A*B*».
Красным
цветом я отметил тот фрагмент текста, который может быть понят по‑разному.
Например, Паули полагает, что стержням задают равные «по абсолютной величине,
но противоположно направленные скорости» ([3], стр.30). Ясно, что для придания
стержням таких скоростей необходимо иметь
синхронизированные часы, и в таком случае цель, которую хотел достичь Эйнштейн
своим экспериментом (независимость существования феномена ЛС от «способа сверки
часов и измерения длин») становится недостижимой. Поэтому в начальных условиях следует оговорить, что стержням задается
скольжение с произвольными, не равными нулю, скоростями без их измерения.
Именно в таком случае часы в эксперименте не участвуют.
Если ЛС реально для
неподвижного наблюдателя, то приведенный Эйнштейном мысленный эксперимент с
только что указанными начальными условиями обнаруживает факт изменения размеров движущихся тел, не
зависящий от соглашений (величина и знак этого изменения, как показано в
статье «О влиянии
соглашений на лоренцево сокращение», от соглашений зависят).
Таким образом, взаимность
относительных явлений (например, взаимное сокращение движущихся тел) не является аргументом в пользу иллюзорности
подобных явлений, потому что следствием их реальности для наблюдателей,
которых мы считаем покоящимися, являются реальные факты. Кроме представленного
феномена, к таким фактам можно отнести и абсолютную
формулу для величины ускорений точек равномерно ускоренного стержня, которая
выведена только на основе предполагаемой реальности ЛС для
покоящегося наблюдателя (вывод см. в приложении к статье или здесь).
Но не чувствуете ли вы,
читатель, некоторую неудовлетворенность в связи с тем, что реальность, которую
мы наблюдаем, оказывается реальностью не для всех?
Эйнштейн не считал, по-видимому, что существует реальность «не для всех» наблюдателей (подробней здесь): «существует
нечто вроде «реального состояния» физической системы, существующего
объективно, независимо от какого бы то ни было наблюдения или измерения» ([5]).
С другой стороны, его не смущало, что ЛС «не
является реальным… для наблюдателя, движущегося вместе с телом; однако оно
реально… для наблюдателя, не движущегося вместе с телом».
Попробую разубедить тех читателей, которые такую
неудовлетворенность испытывают.
Исследователи, описывающие природу, принципиально
ограничены в своих возможностях мгновенно получить информацию из удаленных от
них пространственных точек. Каковы, например, показания часов, покоящихся в
некотором удаленном месте, в данный
(текущий) момент времени? Понятно, что в связи с отсутствием в природе
сигналов, способных мгновенно передать нам информацию о положении стрелок
удаленных от нас часов, ответ на этот вопрос не может быть дан в этот же
текущий момент времени, а только спустя некоторое время, когда к нам поступит соответствующая
информация. И именно по этой же причине (в природе нет бесконечно быстрых
информационных сигналов) нет возможности без некоторого произвола выставить начальные
показания покоящихся вдали от нас часов так, чтобы далее они в любой текущий
момент времени имели одновременно равные показания с часами, покоящимися вблизи нас (то есть,
чтобы указанная пара часов стала идти синхронно). Соглашения в науке — это «устранение»
подобных произволов. По этому поводу Пуанкаре (1854–1912) говорил о конвенциональном
характере основ науки, то есть
неизбежности присутствия в основах науки определенных соглашений,
которые не могут быть ни подтверждены, ни опровергнуты опытом ([6]). С необходимостью этих соглашения столкнулись, как
уже говорилось, при ответе на вопрос: как синхронизировать часы, покоящиеся в
разных местах некоторой ИСО? Если вы задумаетесь над ответом, то придете к
выводу, что без некоторых соглашений по скорости сигналов, или по каким-либо
иным физическим процессам, с помощью которых будет осуществляться та или иная методика
синхронизации, вам не обойтись.
К сожалению, даже после
принятия тех или иных договоренностей, невозможно сделать так, чтобы для всех
ИСО удаленные часы показывали одинаковое время (если нет абсолютной ИСО). Но в пределах одной ИСО принятые соглашения
описывают реальность для этой ИСО (ибо ни опытом, ни теорией нельзя эту
реальность опровергнуть!). Сменив ИСО, наблюдатель обязан, таким образом, заменить
«в своей голове» старые соглашения новыми, действующими в этой новой ИСО и
отражающими реальность, наблюдаемую из этой ИСО. Иначе говоря, некоторые
аспекты реальности, например, размеры тел и темп течения времени, относительны, то есть для разных ИСО
имеют разные значения.
Литература
1. Эйнштейн А К парадоксу Эренфеста //В кн.: Собр
научн трудов1187 (М.: Наука, 1965)
2. Varicak V Physikalische Zeitschrift 12
169 (1911)
3. П а у л и В Теория
относительности (М.: Наука, 1983)
4. Эйнштейн А Теория
относительности //В кн.: Собр научн трудов 1 181 (М.: Наука,
1965)
5. Эйнштейн А. Вводные замечания об основных понятиях
//В кн.: Собр. научных трудов III 624 (М.: Наука, 1966)
6. Пуанкаре А
О науке 5-282 (М.: Наука,
1983)
