Знаете, кто самый опытный релятивист, но который даже не подозревает об этом?! Охотник, тот, кто промышляет птицу! Ведь в большинстве случаев охотнику приходится стрелять в летящую птицу. Летящая птица и летящий заряд дроби должны сойтись в одной точке, это и будет попаданием. Чтобы эта встреча состоялась – охотник стреляет не в птицу, а в пустоту, туда, где птицы ещё нет. Понятно, что если охотник выстрелит прямо в летящую птицу, то явно промахнётся. Ведь пока заряд дроби летит прямо в птицу, птица будет уже далеко. Причина понятна: заряду дроби нужно время, чтобы достичь птицы. Потому охотники по летящей птице всегда бьют с упреждением, а именно, в ту точку перед курсом полёта птицы, где через некоторое время птица и заряд дроби встретятся (одновременность событий). Т. е. тут мы имеем дело с обычным релятивизмом, отношением скоростей, отношением метров к секундам. Опытный охотник знает – какое упреждение при выстреле нужно делать для разной птицы, ведь птицы отличаются не только размерами, массой, но и скоростью полёта. Скорость полёта заряда дроби всегда примерно одинакова у патронов своего класса. А вот скорости полёта птиц заметно отличаются. Расстояние упреждения высчитывается по простой формуле: S = vt, где v – скорость полёта птицы, t – время, за которое долетит заряд дроби.
Глупость, конечно, но если представить себе охотника, едущим с ружьём на ж/д платформе. Изменится ли тактика стрельбы охотника? Конечно, изменится. Тут появляется ещё одна скорость, третья, движение платформы. Если платформа едет со скоростью полёта птицы параллельным курсом, то куда должен стрелять охотник? Летящая птица относительно охотника как бы покоится. Значит, стрелять нужно прямо в птицу. Так-то так, но если не учитывать возросшее сопротивление воздуха при движении (ветер), то можно и промахнуться. Упреждение в стрельбе нужно, но значительно меньше. Тут с подвижной платформой можно спекулировать на все лады, разные комбинации, вплоть до аберрации при встречном движении птицы или удаляющемся полёте. Но в реальности если и встречаются такие прецеденты охоты, то крайне редко.
Позволю себе ещё одну спекуляцию на тему охотника-релятивиста. Если у охотника будет не обычное ружьё, а лазерное, стреляющее импульсом когерентных фотонов, то никаких упреждений при стрельбе делать не придётся. Да, не придётся, потому что скорость света по сравнению со скоростью заряда дроби, а тем более, скоростью полёта птицы, огромна! В данном случае – почти мгновенна. Охотник может стрелять из лазерного ружья прямо в летящую птицу, не промахнётся. Когда же мы имеем дело с большими расстояниями, выходящими за пределы Земли, космическими, астрономическими, то даже при всей огромности величины скорости света, факт предельности, ограниченности скорости света приходится учитывать. Вот почему релятивистские поправки в системах космической навигации неизбежны и необходимы. Дело вовсе не в том, что время, связанное с движущимся объектом, замедляется. Дело в относительности скоростей – скорости движущегося объекта и скорости света, как скорости заряда дроби и скорости птицы. А скорость, повторяю, – это отношение метров к секундам.
Нечасто, но в курсах преподавания азов теории относительности иногда используется метроном, прибор, отмечающий короткие промежутки времени ударами. Метроном можно настроить так, что один период колебания будет равен ровно одной секунде. По-моему, идеальный инструмент для иллюстрации релятивизма, если один такой метроном разместить на космическом спутнике, а другой – на земле. Между спутником и землёй – прямая видеотрансляция в спектре частот ТВ, но с обязательной передачей звука. Метрономы выполняют роль часов. На земле метроном отсчитывает ровно секунды, и на орбите – ровно секунды (космонавты подтверждают). Сначала предположим, что спутник висит над землёй, движется с одинаковой скоростью осевого вращения планеты. Но когда мы на земле накладываем в реальном времени звуки ударов метрономов, то абсолютной синхронности не получается. На орбите метроном как бы замедляет тик-так, секунда растягивается. Это можно не только слышать, но и видеть! Причина растягивания – не в метрономе на орбите, а во времени, которое нужно для прохождения электромагнитных волн от земли к спутнику и от спутника к земле. Если спутник будет дальше от поверхности Земли и перемещаться по орбите станет со скоростью большей, чем осевое вращение Земли, то расхождение в синхронизации ударов метрономов станет ещё больше. Удивительно то, что этот простой опыт с метрономами для иллюстрации релятивизма, насколько я знаю, ни разу не провели! Во всяком случае, в сети такой информации нет. Может быть, этой идеей кто-нибудь заинтересуется и реализует.
Системы космической навигации ГЛОНАСС и GPS тоже работают на основе обмена радиосигналами с учётом задержек времени на прохождение сигналов. Космические навигационные спутники тоже «висят» над Землёй, движутся с планетой с одной скоростью. Чтобы точно определить место объекта на поверхности Земли, задействованы три спутника, получающие сигналы от объекта. Автоматически высчитываются расстояния и выдаются объекту земные координаты. Релятивистские поправки тоже учитываются автоматически. Базовое, системное время атомных часов на земле постоянно синхронизируется с атомными часами на борту спутников. Без этой синхронизации часов невозможны точные вычисления координат.
Синхронизацию обычных часов с помощью световых сигналов, если не ошибаюсь, первым предложил Анри Пуанкаре, занимаясь темой относительности одновременности. Но там были разовые обмены световыми сигналами для сверки показаний часов. Однако, с лёгкой руки Пуанкаре, в теории относительности А. Эйнштейна этот обмен световыми сигналами превратился в свето-зеркальные часы, где луч света неустанно бегает между двумя параллельными зеркалами, вроде светового метронома. Чтобы такой световой метроном отбивал период в одну секунду, параллельные зеркала надо разнести на расстояние в 150 миллионов метров. В сущности, на этом образе зеркальных часов и построена теория относительности времени и пространства, где доказывается неабсолютность временных и пространственных отрезков при относительных скоростях объектов. Действительно, если вы находитесь в ракете, летящей с некоторой скоростью, и у вас есть на борту такие зеркальные часы, где параллельные зеркала расположены вертикально, то тут всё в порядке, вертикальная прямолинейность бегающего светового луча сохраняется. Но для того человека, который наблюдает за вашими движущимися часами из другой системы отсчёта, допустим, покоящейся, вертикальности бегающего луча уже нет. Луч отклоняется от вертикального пути и становится наклонным, при этом длина луча увеличивается, увеличивается его путь (в метрах). При этом скорость луча света не меняется, как не меняется интервал секунды. Но меняется скорость тик-така светового метронома, период колебания увеличивается, иначе, ход световых часов замедляется. Но это только для наблюдателя со стороны. В космическом корабле для космонавта замедления тик-така нет. Вот это возникающее отклонение луча от вертикальности и замедление тик-така описывается релятивистским коэффициентом преобразования Лоренца, где в подкоренном выражении стоит отношение квадрата скорости объекта к квадрату скорости света (отношение изменяющейся скорости к неизменной). Очень кстати тут пригождается теорема Пифагора, потому и скорости получаются квадратичные. Так доказывается относительность временных интервалов. Но не секунды! Секунда при этом остаётся абсолютом! Рухнет секунда – рухнут все теории относительности скоростей, рухнут наши представления о постоянстве скорости света! Хотя, конечно, сама скорость света останется скоростью. Ведь её можно измерять и в других единицах измерения времени, например, в забытых древнеславянских сигах. Отсюда слово – сигануть…
Чтобы доказать, что пространственные отрезки (метры) при движении тоже не абсолютны, зеркала в свето-зеркальных часах нужно повернуть на 90 градусов, из вертикального положения в горизонтальное. Теперь луч света бегает в горизонтальном направлении. В движущейся ракете для космонавта симметрия бегающих лучей сохраняется. Но для наблюдателя со стороны, из покоящейся системы отсчёта, симметрия бегающих вправо и влево лучей исчезает. Если ракета летит вправо, то правый луч будет длиннее, а левый – короче. Если ракета летит влево, то длиннее будет левый луч. Т. е., как видите, для демонстрации относительности временных и пространственных отрезков свето-зеркальные часы нужно поворачивать на 90 градусов, иначе теряется наглядность и убедительность логических построений. Допустимо ли это для физической теории? Думаю, нет! Для физической теории нужна инвариантность, неизменность процессов для всех направлений. В противном случае нам каждый раз придётся гонять покоящегося наблюдателя на разные точки наблюдения.
И ещё важный момент, на который почти никто не обращает внимания. Световой метроном, иначе, свето-зеркальные часы Эйнштейна работать не могут вообще! Луч света не будет бегать между зеркалами устойчиво и долго. Если сделать расстояние между зеркалами три метра, и пустить короткий импульс света, то луч должен за одну секунду сделать сто миллионов колебаний между плоскостями зеркал. К сведению тех, кто не знает: даже лазерный луч когерентных фотонов выдерживает только тридцать отражений и преломлений. Потом энергия когерентных фотонов рассеивается окончательно. Что уж говорить об обычных фотонах света! Фотоны вообще не могут колебаться между зеркалами, они могут только отражаться и преломляться. У фотонов нет инерционной массы. Колебание предполагает изменение скорости вплоть до остановки; так колеблются обычные маятники и струны. Световые фотоны имеют постоянную скорость, и не могут её менять в вакууме и атмосфере (лишь в преломляющей среде). Фотоны, попадая на плоскость зеркала, переизлучаются и отражаются, теряя часть энергии, пусть и небольшую. Т. е. провзаимодействовавший с веществом фотон – уже другой фотон, не прежний, прилетевший.
Здесь, в опусе, я поминал механический пружинный метроном на борту космической станции. Хоть он и пружинный, но есть сомнения – будет ли он на орбите работать? Я хочу предложить идею электростатического метронома, который в невесомости будет работать точно. Правда, тут понадобится большое напряжение – до 30 тысяч вольт. Известно, что если, между двумя металлическими пластинами под высоким напряжением, поместить на растянутой резинке шарик из фольги, то, осторожно прикоснув шарик к одной из пластин, например, положительного заряда, шарик зарядится положительно. Одноимённость зарядов оттолкнёт шарик в противоположную сторону, к отрицательной пластине. Шарик «перемагнитится», получит отрицательный заряд, и случится обратный процесс. Так возникнет колебательное движение шарика между пластинами. И он будет до тех пор, пока есть высокое напряжение. Можно выбрать такие параметры электростатического метронома, что один период колебания будет равен одной секунде.
Строго говоря, относительность скоростей, релятивизм появился именно тогда, когда учёные поняли, что мгновенных взаимодействий в природе нет и быть не может. Скорости взаимодействий ограничены. Вот тогда возникло более серьёзное отношение ко времени, к секунде. К тому же в ту пору большое развитие получила теория точности артиллерийской стрельбы. А когда полетели первые военные аэропланы, тема стала ещё более насущной. Сегодня, когда работают космические навигационные системы, релятивистские поправки стали будничным делом. Обмен сигналами происходит с задержками, с запаздыванием. И чем больше расстояния между объектами, тем больше эти задержки сигналов. Кроме этого, на работу часовых приборов оказывают влияние и другие моменты, например, потенциал гравитационного поля или активность Солнца. К слову сказать, первоначально в парадигму релятивизма входило и релятивистское изменение массы при движении объекта. Но потом от этого дела учёные отказались. Инерционная масса меняться не может, может меняться только энергия движения массы. Если сухую горошину массой 0, 4 грамма спокойно положить на чашку весов, то стрелка покажет 0, 4 грамма. Если этой горошиной выстрелить из пистолета в чашку весов, то стрелка на долю секунды отклонится до пяти кг. Стрелку так круто отклонила не возросшая масса горошины, а энергия горошины. Если этой же горошиной выстрелить под углом 45 градусов к горизонту, то горошина пролетит дальше и проживёт в воздухе дольше, чем бросив её рукой. Мю-мезоны в лабораторных условиях живут 2, 2 микросекунды, распадаясь на один электрон и два нейтрино. Мю-мезоны, рождённые в космических ливнях, живут 66 мкс. Объясняется релятивистским эффектом, замедлением времени жизни. Причина, конечно, не в замедлении времени, а в добавочной большой энергии, получаемой даже фотоном, движущимся к земле сверху вниз (фотон «синеет»). Когда фотон движется вверх от земли – он «краснеет», теряет энергию.