Продолжение, начало: http://www.proza.ru/2018/07/15/604
Итак, чёрный ящик в студию! На нашем интеллектуальном прозаическом шоу «Что? Где? Когда? Почём?» появляется чёрный ящик под названием СТО (специальная теория относительности). Вопрос знатока из Москвы: «Кто является главными действующими лицами СТО?». — «Не успеем, ребята, время…» — как говаривали когда-то весёлые ребята из одноимённой советской телепередачи, пародируя «знатоков» из клуба «Кто? Где? Когда? (Почём?)».
https://youtu.be/2alNuL8NMIA
Минута на размышление. Открываем чёрный ящик. Внутри — пять главных действующих лиц: 1) пространство, 2) время, 3) материальные тела (безразмерные точки и имеющие длину стержни), 4) часы (“А маленькие часики смеются тик-так”) и 5) свет (“Да будет свет!”). Все эти пять действующих лиц и участвуют в первой, кинематической части СТО.
Правда, ловким движение руки автор СТО, АГЭ (Альберт Германович Эйнштейн), совершил небольшую оптимизацию. (Переиначивая небезызвестные слова одного небезызвестного, но очень нехорошего человека из Третьего Рейха, я бы сказал так: «Когда я слышу слово “оптимизация”, моя рука тянется к пистолету» [1]. Надеюсь, я не стал таким же нехорошим, как и он?). Оптимизация заключалась в том, что время и показания часов были приравнены друг к другу. Понятие “время” было заменено понятием “стрелки часов”.
«подобное математическое описание имеет физический смысл только тогда, когда предварительно выяснено, что подразумевается здесь под “временем”. Мы должны обратить внимание на то, что все наши суждения, в которых время играет какую-либо роль, всегда являются суждениями об одновременных событиях. Если я, например, говорю: “Этот поезд прибывает сюда в 7 часов”, — то это означает примерно следующее: “Указание маленькой стрелки моих часов на 7 часов и прибытие поезда суть одновременные события”» [2].
Итак, если часы и тела не разделяет первый участник «чёрного ящика» СТО под названием «пространство», то «все трудности, касающиеся определения “времени”, могут быть преодолены тем, что вместо слова “время” я напишу “положение маленькой стрелки моих часов”» [2].
Оптимизировали. Осталось 4 участника: 1) пространство, 2) показания часов=время, 3) материальные тела, 4) свет. Вопрос был простенький, но приз уходит знатоку из Москвы.
Следующий вопрос будет уже посложнее. А что происходит в СТО с тем самым временем, которое для АГЭ олицетворяют стрелки часов?
О, тут-то и начинается самое интересное. Понятие “время”, которое во времена Ньютона было Абсолютом и тикало одинаково, абсолютно синхронно во всех, самых удалённых концах Вселенной, вдруг из абсолютного стало понятием относительным. Вместо одного Времени, единого для всех, появились многочисленные времена, причём каждому материальному телу в пространстве полагается своё время, свои часики. (О времена! О нравы!)
Тут, на руке влюблённого вьюноши со взором горящим, оно тикает по-своему – пылко, быстро и страстно, а там – на руке ветреной девушки – по-другому – равнодушно, медленно и ровно, как бы в насмешку над нами, влюблёнными дурачками. (“А маленькие часики смеются тик-так. Ни о чем не жалей, и люби просто так” © Лена Стюф.) В СТО это асинхронное “тик-так” называется словосочетанием “относительность одновременности”.
Почему так? Потому что в истории физики после Ньютона, который открыл законы классической механики, был Максвелл, который открыл законы классической электродинамики. Изобрёл понятие «поля», которого не было у Ньютона, да и не было в нём нужды, а в электродинамике без него — как без рук. Доказал, что свет имеет электромагнитную природу. Выяснил, что в инерциальной системе отсчёта (ИСО) свет движется с постоянной скоростью, не добавляясь к скорости движения источника этого света. По-научному это звучит примерно так: «скорость распространения электромагнитных волн инвариантна относительно скоростей движения ИСО наблюдателя и источника этих электромагнитных волн». А этот экспериментально установленный в XIX веке факт, как мы помним из первой части нашего небольшого иронического исследования, и являлся одним из двух главных предпосылок Альберта Германовича, изложенных им во Введении:
«Это предположение (содержание которого в дальнейшем будет называться «принципом относительности») мы намерены превратить в предпосылку и сделать, кроме того, добавочное допущение, находящееся с первым лишь в кажущемся противоречии, а именно, что свет в пустоте всегда распространяется с определенной скоростью V, не зависящей от состояния движения излучающего тела».
Вот для того, чтобы объяснить этот парадокс, гений Альберт, парадоксов друг, и изобрёл понятия “замедление времени” и “сокращение длины” движущегося по инерции тела.
С этого места поподробнее.
Допустим, некие материальные тела с идущими на них часиками, отсчитывающими их внутреннее время, покоятся друг относительно друга. В этом случае лучу света, двигающемуся с самой большой в мире скоростью, надо одинаковое время, чтобы долететь от одних часиков, скажем, на Земле, до других, скажем, на Луне, и вернуться обратно. Часы идут синхронно. Проблем нет.
А если часы начинают двигаться относительно друг друга. В этом случае, сказал АГЭ, синхронизация нарушается. Что это значит? Это значит, что бывшее доселе ЕДИНЫМ и НЕДЕЛИМЫМ ВРЕМЯ отныне разделяется на ВРЕМЯ ВНУТРЕННЕЕ и ВРЕМЯ ВНЕШНЕЕ, и так для всех без исключения материальных тел во Вселенной.
Внутреннее время, которое тикает на некой гипотетической материальной точке, некоем гипотетическом стержне, на некой руке некого юноши, девушки, внутри поезда, самолёта, звездолёта, остаётся неизменным, как и внутренние размеры точки, стержня, рук, юношей, девушек, поездов, самолётов и звездолётов.
Зато время внешнее начинает, согласно АГЭ, замедляться, если тела с прикреплёнными к ним маленькими часиками начинают вдруг двигаться относительно друг друга. Скажем, идёт паровоз — привет Мальчишу, который стоит в сторонке, а не сидит внутри поезда, и является наблюдателем со своими, внешними часиками. Летит самолёт — привет Мальчишу, который стоит внизу, на земле, а не летит внутри самолёта, и является наблюдателем со своими, внешними часиками. Летит звездолёт — привет земному наблюдателю Мальчишу-Кибальчишу, который сверяет свои земные часы с часиками на звездолёте. Во всех этих трёх случаях, как и во всех остальных подобных, Мальчишу кажется, что время на движущихся поезде, самолёте и в звездолёте замедляется по сравнению с его неподвижными часиками. Но это ему только кажется! Внутри поезда, самолёта и звездолёта они тикают по-прежнему, точь-в-точь как встарь.
Почему же нашему неподвижному наблюдателю Мальчишу кажется, что часики на движущемся поезде, самолёте и звездолёте замедляются? Это всё проделки двух других действующих лиц СТО, которых мы достали из чёрного ящика в самом начале: пространства, разделяющего тела с прикрепленными к ним часиками, и света, скорость которого огромна, но конечна. Была бы бесконечна — не была бы проблем. При движении в пространстве, согласно АГЭ, свету необходимо уже иное время, чтобы долететь от часиков на руке Мальчиша, снять «показания счётчиков» в виде стрелок внутри поезда, самолёта и звездолёта, и вернуться обратно к Мальчишу. Долетел свет туда, снял показания счётчиков-стрелок, вернулся обратно, к Мальчишу, а наблюдателю Мальчишу вдруг показалось, что часики внутри поезда, самолёта и звездолёта отстали от часиков на его руке. (Как говорится, «креститься надо, когда кажется». Свят, свят, свят!)
В медицине есть понятие «шизофрения» (от др.-греч. — «расщеплять», «раскалывать» + «ум, мышление, мысль»), которое по сути означает расщепление ума или расщепление личности. Был один человек — стало два в одном: «ангел» доктор Джекил и демон мистер Хайд. Так и в СТО произошло расщепление ЕДИНОГО и НЕДЕЛИМОГО ВРЕМЕНИ Исаака Ньютона на ВРЕМЯ ВНУТРЕННЕЕ и ВРЕМЯ ВНЕШНЕЕ Альберта Эйнштейна.
Если тела с прикреплёнными к ним часиками не двигаются друг относительно друга, то показания часиков-счётчиков времени синхронны. Если они начинают передвигаться друг относительно друга, то время начинает пошаливать. Замедляется оно, говорят формулы АГЭ, а сами тела сокращаются в длину в сторону движения. Но и замедление времени, и сокращение длины тела являются только кажущимися эффектами, которые появляются в силу наличия пространства и конечности распространения в этом пространстве света.
Для чего всё это Альберту Германовичу нужно было доказывать? Для того, чтобы объяснить парадоксальный эффект неизменности скорости света как при покоящемся состоянии его источника, так и при движении источника света относительно наблюдателя, гипотетического Мальчиша-Кибальчиша. Ведь чем быстрее движется некий гипотетический стержень с прикреплёнными на нём часиками, удаляясь от гипотетического наблюдателя-Мальчиша, тем сильнее эффект замедления времени на внешних часах Мальчиша по сравнению со внутренними часиками стержня. Чем быстрее он движется – тем больше сокращается его длина по сравнению с длиной в состоянии покоя.
Если земной Мальчиш-Кибальчиш наблюдает в телескоп за звездолётом, летящим со скоростью 0,9999 скорости света, в котором сидит Мальчиш-Плохиш и любуется на свой недремлющий Брегет, чтоб не проспать космо-обед, то Кибальчишу кажется, что время на звездолёте почти остановилось, а сам звездолёт сжался в крохотную точку. А для Плохиша всё идёт по-прежнему: регулярные 10 банок варенья, 20 пачек печенья, те же нагулянные бока, те же закрома звездолёта, тот же недремлющий Брегет. Ничего не изменилось!
Если Кибальчишу кажется, что звездолёт застыл во времени и сжался практически до нуля в пространстве, то его движение в пространстве со скоростью 0,9999 скорости света уже никак для этого хорошего Мальчиша не заметно. А если звездолёт как бы застыл для Кибальчиша во времени, то даже если он испустит луч света в сторону движения, то скорость его как бы будет равна нулю.
Вот и получаем таким образом подтверждение открытия науки времён Максвелла: «скорость распространения электромагнитных волн инвариантна относительно скоростей движения ИСО наблюдателя и источника этих электромагнитных волн».
Внешнее время для движущегося стержня замедлилось, внешняя длина того же стержня кажущимся образом сократилась, а это значит, что вперёдсмотрящий луч света, прикреплённый к этому стержню, в этом случае как бы и не приплюсовывается к скорости движения стержня. Во всяком случае, для стороннего наблюдателя, гипотетического Мальчиша-Кибальчиша. Вот вам и инвариантность скорости света.
Перерыв на новости.
Продолжение следует: http://www.proza.ru/2018/07/29/326
1. http://www.bibliotekar.ru/encSlov/10/114.htm
2. К ЭЛЕКТРОДИНАМИКЕ ДВИЖУЩИХСЯ ТЕЛ, § 1. Определение одновременности
http://path-2.narod.ru/02/03/kedt.pdf