Эйнштейновская теория относительности - Борн М.
Скачать (прямая ссылка):
Можно было бы вообразить, что теория Эйнштейна не добавляет ничего нового к нашим знаниям о предметах физического мира и касается лишь определений и условностей, которые вытекают из фактов и согласуются с ними, но которые можно было бы с равным успехом заменить какими-то другими. К подобной интерпретации мы приходим, если вспомнить об исходной точке наших рассуждений о примере с караваном лодок, в котором наше внимание было сосредоточено на условной и на произвольной сторонах природы эйнштейновского определения одновременности. По сути дела, если для регулировки часов пользоваться звуковым сигналом, то эйнштейновская кинематика оказывается применимой к случаю лодок, движущихся при неподвижном воздухе, во всей своей полноте. Символ с обозначал бы в этом случае скорость звука во всех полученных нами формулах. Каждая движущаяся лодка имела бы свои собственные единицу длины и единицу времени соответственно своей скорости, а преобразования Лоренца имели бы место между системами измерений, связанными с различными лодками. Мы получили бы полностью внутренне согласованный мир Эйнштейна в малом масштабе.
Но этот мир был бы внутренне непротиворечив лишь до тех пор, пока мы признаем, что единицы длины и времени не ограничены никакими постулатами, кроме двух принципов относительности и постулатом постоянства скорости звука или света. В этом ли смысл теории Эйнштейна? § 5. Видимость и действительность
245
Безусловно, нет. Наоборот, предполагается как самоочевидный тот факт, что измерительная линейка, применяемая сначала в системе отсчета S, а потом в другой системе S', при одних и тех же физических условиях должна представлять одну и ту же длину в обеих системах (коль скоро она ни в одной из этих систем не подвержена воздействию каких-либо внешних сил). Фиксированная линейка, покоящаяся в системе S и имеющая в ней длину 1 см, будет, разумеется, иметь длину в 1 см и в том случае, когда она покоится в системе S', коль скоро все остальные физические условия (гравитация, положение, температура, электрические и магнитные поля и т. д.) в системе S' те же, что были в системе 5. Точно то же самое должно было быть постулировано и относительно часов.
Это молчаливое допущение, принятое в теории Эйнштейна, мы могли бы назвать «принципом физической равноценности единиц измерения».
Сразу, как только мы отдадим себе отчет в существовании этого принципа, становится ясно, что применение кинематики Эйнштейна к случаю лодок и сравнение часов с помощью звуковых сигналов несовместимо с этим принципом. Действительно, если единицы длины и времени определены по эйнштейновским правилам через скорость звука, они будут, вне всякого сомнения, не равными единицам длины и времени, измеряемым с помощью физически идентичных линеек и часов: ведь линейки различаются не только на каждой движущейся лодке соответственно ее скорости, но сама единица длины в направлении движения отличается от единицы длины в направлении, перпендикулярном (или наискосок) к направлению движения. Таким образом, кинематика Эйнштейна была бы возможным способом определения, но в данном случае ее нельзя было бы считать даже полезной. Обычные приемы обращения с линейками и часами были бы, вне всякого сомнения, гораздо предпочтительнее.
Вот по этой-то причине едва ли вообще возможно проиллюстрировать кинематику Эйнштейна с помощью простых моделей. Такие модели, безусловно, дают соотношения между длинами и временами в различных системах отсчета правильно, но они несовместны с принципом идентичности единиц измерения; в таких моделях нет никакого иного выхода, кроме как выбрать различные шкалы длин в двух системах S и S', движущихся одна относительно другой.
Положение дел в реальном мире, согласно Эйнштейну, совершенно иное. В нем новая кинематика должна быть справедливой именно тогда, когда одна и та же линейка и одни и те же часы используются для задания единиц длины и времени сначала в системе S, а потом в системе S'. В этом и заключается особенность теории Эйнштейна, благодаря которой она поднимается 246 Г л. VI. Эйнштейновский специальный принцип относительности
выше уровня простой условности и оказывается способной отражать определенные свойства реальных тел. Именно эта особенность придает эйнштейновской теории фундаментально важную роль в физических воззрениях на природу.
Проиллюстрируем сказанное на примере рёмеровского метода определения скорости света с помощью затмения спутников Юпитера. Солнечная система в целом движется относительно неподвижных звезд. Представим себе систему отсчета S, жестко связанную с неподвижными звездами, и пусть Солнце и планеты связаны с другой системой S'. Юпитер и его спутники образуют (идеально совершенные) часы. Юпитер движется вокруг Солнца по кругу, так что в какой-то момент времени направление его движения совпадает с направлением движения системы S' относительно системы S, а в другой момент времени оно противоположно последнему. Мы никакими средствами не смогли бы произвольно отрегулировать скорость хода наших часов — Юпитера в этих двух положениях так, чтобы время, затрачиваемое лучом света на прохождение диаметра орбиты Земли, было одинаковым во всех направлениях; нет, скорее все уже обстоит таким образом совершенно само по себе, благодаря самой конструкции наших часов с Юпитером. В самом деле, эти часы показывают лишь собственное время солнечной системы S', а не какое-то абсолютное время или чуждое время системы S, связанное с фиксированными звездами. Другими словами, периоды оборота спутников Юпитера постоянны относительно солнечной системы (скорость самого Юпитера относительно солнечной системы мы здесь не учитываем).
