Время и современная физика - Зайцева Г.А.
Скачать (прямая ссылка):
Таким образом, если теория относительности доказывает существование внутренней общности между пространством и временем, то вместе с тем она четко устанавливает принципиальное различие между положительными и отрицательными значениями четвертых компонент векторов. В результате устанавливается четкое различие между пространственными и временными направлениями, причем последними определяются направления от прошедшего к будущему, сохраняющиеся в классическом пределе.
Основное различие между пространством-временем Галилея — Ньютона и Эйнштейна — Минковского состоит в том, что первое делится на две части горизонтальной гиперплоскостью, общей для всех наблюдателей и характеризуемой универсальным временем, тогда как второе для каждого наблюдателя делится на три части, так что определить универсальное время уже невозможно.
Я хотел бы сказать еще несколько слов о проблеме, вызвавшей столько недоразумений,— о так называемом «снаряде Ланжевена»х. Именно с этой проблемой связаны некоторые разделы книги Бергсона «Продолжительность и одновременность», причем в данном вопросе этот философ допустил серьезную ошибку.
Бергсон заимствует у Эйнштейна пример двух механически-тождественных часов Н и #'; первые все,время находятся в одной и той же лоренцевой системе отсчета I, а вторые сначала находились в лоренцевой системе движущейся со скоростью V относительно ?0, а затем переместились в лоренцеву систему ?2, движущуюся относительно Ц со скоростью —у. Предполагается, что в начальный и конечный моменты времени те и другие
1 П. Ланжевен в 1911 году впервые заметил, что если бы космический снаряд Жюля Верна летел со скоростью, близкой к световой, то путешественники, вернувшись из полета на нем, оказались бы моложе своих сверстников. (См. П. Ланжевен, Избранные труды, Изд-во АН СССР, 1960, стр. 47\). — Прим. ред.
120
часы находятся в одной и той же точке. Однако интервалы времени, разделяющие моменты встречи для тех и других часов, не будут одинаковы. Часы переходящие из одной лоренцевой системы в другую (и, следовательно, в некоторый момент времени испытывающие бесконечное ускорение), покажут меньший промежуток времени, чем часы Я, которые оставались в одной и той
Рис. 10.
же лоренцевой системе отсчета. Если мгновенное ускорение заменить постепенным ускорением, то мы получим рассматривавшееся Ланжевеном явление различной скорости старения: время будет течь различно для разных людей, если один из них живет в обычных условиях, а другой -движется с большой скоростью и претерпевает сильные ускорения. Представьте себе космонавта, который провел два года в движущейся с большой скоростью ракете и, возвратившись на Землю, оказался того же возраста, что и его внуки. Для получения такого различия в степени старения за столь малый промежуток времени несчастный космонавт должен был бы испытывать поистине ужасающие перегрузки
Перенесем эти результаты в обычное пространство. Две одинаковые автомашины Я и Н' выезжают из Дюнкерка (на счетчике каждой из них 0 км) и направляются в Перпиньян- одна (Я) по прямой дороге, другая (Я')
6-545
121
по атлантическому побережью и через Пиренеи. Когда они встречаются в Перпиньяне, на счетчике первой 1000 км, а второй — около 3000 км. Вот тут-то мы и сталкиваемся с явлением «путешественника Ланжевена» (или «парадоксом близнецов»). Если исходить из релятивистского выражения для $2, то для времениподобных траекторий хорда будет длиннее дуги. Это значит, что один из близнецов, который путешествовал в ракете и испытывал перегрузки, после встречи на Земле со своим братом окажется моложе.
Но возвратимся к двум часам Бергсона. Бергсон оспаривает утверждение Эйнштейна, так как, по его словам, можно считать, что остаются неподвижными часы а часы Н сначала удаляются, а затем приближаются. Ошибка очевидна. Бергсон не признает абсолютного характера ускорений. В своих рассуждениях он пользуется кинематикой, то есть использует старый принцип относительного движения, классическую динамику и новую кинематику; затем, вместо того чтобы встать на единую точку зрения, он ограничивается использованием специального принципа относи 1ельности.
В пространстве-времени все разъясняется очень просто. Часы Н описывают времениподобную прямую, а часы Н'— ломаную линию, дважды пересекающую прямую Я. Но ломаная линия оказывается короче, чем прямая, из-за знака минус в выражении 52 (в евклидовом пространстве, естественно, все выглядело бы наоборот).
В заключение отметим, что XX век — век пространства-времени, открытие которого имеет для человечества такое же значение, как открытие вращения Земли вокруг Солнца. Все основные физические проблемы, от атомов до галактик, обсуждаются в настоящее время на языке четырехмерного пространства. Другие отрасли знания волей-неволей должны приспосабливаться к этому языку, что изменяет саму постановку многих проблем.
ЧАСТЬ III
ВРЕМЯ И ИНФОРМАЦИЯ В ВЕРОЯТНОСТНОЙ ФИЗИКЕ
Ничто так не влияет на нашу жизнь, как неизбежное старение, ничто так не влияет на наши действия, как различие между прошедшим и будущим. Второй принцип науки о времени связан именно с направлением течения времени.
