Теория пространства, времени и тяготения - Фок В.А.
Скачать (прямая ссылка):
пространственный интервал, равный расстоянию между ними в определенной
системе отсчета.
Существующее в теории относительности разделение событий на
последовательные -и квази-одновременные согласуется с понятием
причинности и уточняет его. Если даны два квази-одновременных события, то
ни одно из них не может являться непосредственной причиной или следствием
другого. (Разумеется, они могут иметь общую причину в виде третьего
события, которое наступило абсолютно раньше каждого из них.) Только
последовательные события могут (хотя, разумеется, не обязаны) находиться
в прямой причинной связи: то из них, которое наступило абсолютно раньше,
может оказаться причиной другого.
Введенные здесь понятия являются естественным обобщением понятий старой,
дорелятивистекой физики. Старые понятия не были согласованы с фактом
существования конечного предела для скорости распространения всякого рода
действий (конечной скорости света). Они были недостаточно точно
определены и приводили поэтому к парадоксам. Новые же понятия с самого
начала учитывают конечность скорости света и устраняют эти парадоксы.
В старой физике вводилось априорное (не основанное на опыте) понятие
абсолютной одновременности. Рассмотрим один из парадоксов, к которым это
понятие приводит. Пусть мы имеем две системы отсчета, Движущиеся друг
относительно друга прямолинейно и равномерно, причем в некоторый момент
времени начала координат их совпадают. Предположим, что в этот момент
времени в общем начале координат
54
ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
[гл. 1
произошла световая вспышка, и рассмотрим движение фронта волны с точки
зрения обеих систем отсчета. С точки зрения первой системы фронт волны в
каждый момент времени есть шар с центром в начале координат первой
системы. Но то же самое можно утверждать и с точки зрения второй системы:
там фронт волны в каждый момент времени есть шар с центром в начале
координат второй системы. Между тем оба начала координат совпадали только
в начальный момент времени, а потом разошлись; у шара же не может быть
двух разных центров. Рассуждения эти используют, с одной стороны, принцип
относительности, т. е. тот факт, что в двух системах, движущихся друг
относительно друга равномерно и прямолинейно, все явления происходят
одинаково, и, с другой стороны, вытекающий из понятия поля принцип
независимости скорости света от скорости источника. Но оба эти принципа
совершенно бесспорны. В чем же тогда разъяснение парадокса?
Разъяснение состоит в том, что слова "в каждый момент времени" имеют в
применении к первой и ко второй системе отсчета неодинаковый смысл.
Парадокс возникает только, если понимать эти слова в смысле "в каждый
момент единого абсолютного времени, общего для обеих систем".
Существование такого "единого абсолютного времени" считалось само собою
разумеющимся в старой физике, но отрицается в теории относительности. Как
мы знаем, согласно теории относительности, время в одной системе отсчета
не то же самое, что время в другой системе. Фронт волны в каждой системе
отсчета определяется как одновременное с точка зрения данной системы
положение тех точек, до которых дошло световое возмущение. А так как
события, одновременные в одной системе отсчета, не будут одновременными в
другой, то и фронт волны в первой системе отсчета будет состоять из
других точек, чем во второй системе. Если мы для наглядности представим
себе, что распространение световой волны происходит в некоторой
разреженной среде (в газе), то фронт волны в первой системе будет
проходить через другие частицы газа, чем во второй системе. Поэтому мы
фактически будем иметь дело с разными фронтами волны, и неудивительно,
что у них будут разные центры.
Приведенное здесь разъяснение парадокса с наглядностью показывает
логическую необходимость отказа от понятий "абсолютное время" и
"абсолютная одновременность".
Полвека назад, когда теория относительности только возникала, отказ этот
многим казался чем-то почти неприемлемым, и со стороны создателя теории
относительности Эйнштейна потребовалась большая научная смелость, чтобы
прийти к убеждению в его необходимости. В настоящее же время мы принимаем
этот отказ гораздо легче. Житейское понятие одновременности покрывается
понятием квази-одновременности, в научных же вопросах, там, где мы имеем
дело с большими расстояниями или с большими скоростями, необходимость
уточнения понятия времени представляется совершенно естественной.
СРАВНЕНИЕ ПРОМЕЖУТКОВ ВРЕМЕНИ
55
§ 13. Сравнение промежутков времени в движущихся системах отсчета.
Явление Допплера
Пусть дана некоторая система отсчета (базис), которую мы будем принимать
за неподвижную. Проследим с точки зрения этого базиса за ходом некоторого
процесса в движущейся системе. В качестве такого процесса можно взять,
например, равномерный ход часов, связанных с движущейся системой.
Проследить за ходом часов, если они движутся, можно, скажем, заставив их
ежесекундно испускать световые сигналы (или просто рассматривая издали
