Механика и теория относительности - Матвеев А.Н.
ISBN 5-329-007242-9
Скачать (прямая ссылка):
в тот момент, когда в ней рассматриваемый процесс заканчивается. Не имеет
значения закон движения сигнала из первой точки во вторую. Важно лишь,
чтобы он был совершенно одинаков для всех сигналов, т. е., иначе говоря,
чтобы все условия посылки, движения и приема сигнала были совершенно
одинаковыми для всех последовательных сигналов. Эксперимент показывает,
что второй сигнал придет в точку на поверхности Земли не в момент
окончания происходящего там процесса, а несколько раньше.
Такие эксперименты были поставлены лишь сравнительно недавно и будут
более подробно описаны позднее. Здесь же нам важно лишь отметить, что в
принципе возможна такая ситуация, при которой темп хода физических
процессов различен в различных точках тела отсчета. Эта возможная
экспериментальная ситуация выражается в виде утверждения, что в данной
системе отсчета нет единого времени, в каждой точке скорость течения
времени различна. Строго говоря, такая ситуация существует, например,
52
Глава 2. КИНЕМАТИКА МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ И ТВЕРДОГО ТЕЛА
в системе отсчета, связанной с Землей. Но отличие в темпе хода часов в
различных точках вблизи поверхности Земли оказывается весьма малым.
Например, если разность в высоте часов над поверхностью Земли составляет
около 10 м, то длительность некоторого процесса в этих точках отличается
друг от друга примерно па 10лъ его величины. Это совершенно ничтожное
отличие удалось впервые экспериментально наблюдать лишь в 1960 г. Если
пренебречь столь малыми различиями в длительностях, то можно сказать, что
в системе отсчета, связанной с Землей, существует с большей точностью
единое время.
В дальнейшем будут рассматриваться только такие системы отсчета, в
которых возможно введение единого времени если не в абсолютном смысле, то
хотя бы с достаточной точностью. Заметим, что невозможность введения
единого времени у поверхности Земли в принципиальном смысле обусловлена
наличием поля тяготения. Но это поле тяготения невелико и с большой
степенью приближения можно говорить о едином времени.
Однако поле тяготения не является единственным фактором, затрудняющим
введение единого времени. Пусть, например, система отсчета находится во
вращательном движении относительно неподвижных звезд или движется как-
либо ускоренно относительно них. В такой системе отсчета также нельзя
ввести единое время. Это утверждение в настоящее время не проверено
экспериментом, но его справедливость следует из имеющихся многочисленных
данных. Такие системы отсчета называются иеинерциальными. В них единое
время можно ввести лишь с определенной точностью. Это обстоятельство
будет использовано в гл. 14.
Спрашивается, а существуют ли вообще системы отсчета с единым временем?
Ответить на этот вопрос можно так: существуют системы отсчета, в которых
возможно введение единого времени с достаточной для практики точностью;
основанные на введенном таким образом едином времени теории достаточно
хорошо подтверждаются экспериментом; более того, теория позволяет
предсказать отклонения от единого времени, которые проверяются
экспериментально.
Синхронизация часов. Длительность физического процесса, происходящего в
некоторой точке, измеряется по часам, находящимся в той же точке, прямым
сравнением, т. е. путем сравнения длительности физических процессов,
происходящих в одной и той же точке. Измерение длительности сводится к
фиксации начала и конца измеренного процесса на шкале процесса, принятого
за эталонный. Об этом говорится как о фиксации показаний часов в моменты
начала и конца процесса, хотя, конечно, это не имеет никакого отношения к
фактическому нахождению часов (процесса) в рассматриваемой точке.
Результаты измерений дают возможность сравнивать длительности процессов,
происходящих в различных точках, но при условии, что каждый процесс от
начала до конца происхо-
7. Время
53
дпт в одной и той же точке. Но как быть с физическим процессом, который
начинается в одной точке, а оканчивается в другой? Что следует понимать
под длительностью этого процесса? По каким часам эту длительность
измерять? Ясно, что эту длительность нельзя измерить по каким-либо одним
часам. Можно лишь зарегистрировать начало и конец процесса по часам,
находящимся в различных точках. Однако эта фиксация ничего не дает,
поскольку начало отсчета времени на различных часах пока еще никак не
согласовано, или, как говорят, часы не синхронизованы между собой.
Простейшим способом синхронизации является такой: "одновременно" у всех
часов поставить стрелки на одно и то же деление. Но это бессмысленно,
потому что неизвестно, что такое "одновременно". Поэтому необходимо дать
определение синхронизации часов не через какие-нибудь другие известные
понятия, а путем ссылки на физические процедуры, с которыми связана эта
синхронизация. Прежде всего надо установить физическую связь между часами
в различных точках, т. е. снова обратиться к сигналам. Однако теперь
важно не только чтобы сигналы распространялись в неизменных физических
