Мартин Гарднер - Теория относительности для миллионов

Тот факт, что эти, сбивающие с толку, изменения длины и времени названы «кажущимися», не означает, что имеется «истинная» длина или время, которые разным наблюдателям просто «кажутся» разными. Длина и время являются относительными понятиями. Они не имеют смысла вне связи объекта с наблюдателем. Вопрос не стоит так, что одна система измерений «истинна», а другая система «ложна». Каждая система истинна относительно наблюдателя, производящего измерения: относительно его собственной системы отсчета. Нельзя считать одно измерение более правильным, чем другое. При этом все это отнюдь не оптические иллюзии, которые должны быть объяснены психологом.

Измерения могут быть записаны приборами. Они не требуют присутствия живого наблюдателя.

Масса также является относительным понятием, но мы должны отложить этот и другие вопросы до следующей главы.

Длина и время, как было показано в предыдущей главе, являются относительными понятиями.

Если один космический корабль пролетает мимо другого с постоянной скоростью, то наблюдатели на каждом из кораблей найдут, что космонавты на другом корабле похудели и передвигаются медленнее. Если их относительная скорость достаточно велика, то движения их коллег будут напоминать движения актеров в замедленной кинокартине. Все явления с периодическим движением будут казаться замедленными: движение маятника и балансира в часах, пульсация сердца, колебание атомов и т. д.

По словам Артура Стэнли Эддингтона, выдающегося английского астронома, который стал одним из самых первых и наиболее ревностных последователей Эйнштейна, будет казаться, что даже сигары на другом корабле тлеют дольше. Космонавт ростом в два метра, стоящий в горизонтально движущемся корабле, по-прежнему будет выглядеть двухметровым, но его тело будет казаться тоньше в направлении движения. Когда же он ляжет, вытянувшись в направлении движения корабля, восстановится нормальная ширина его тела, но теперь будет казаться, что его рост уменьшился в направлении от головы до пят.

Если бы два космических корабля действительно смогли двигаться один относительно другого со скоростью, достаточно большой, чтобы сделать подобные изменения существенными, то всевозможные трудности технического характера не позволили бы наблюдателям на каждом корабле увидеть эти изменения. Писатели любят пояснять теорию относительности упрощенными эффектными примерами. Эти цветистые иллюстрации не описывают изменений, которые действительно можно было бы наблюдать либо человеческим глазом, либо с помощью любых приборов, известных в настоящее время. О существовании этих изменений космонавты смогли бы в принципе узнать на основе измерений, если бы были достаточно хорошие измерительные приборы.

В дополнение к изменениям длины и времени имеется также релятивистское изменение массы.

Масса, грубо говоря, — это мера количества вещества в теле.

Свинцовый и пробковый шары могут иметь одинаковые размеры, но свинцовый шар более массивен. Концентрация вещества в нем выше.

Существует два способа измерения массы тела: либо взвешиванием, либо по тому, насколько велика сила, необходимая, чтобы сообщить этому телу определенное ускорение. Первый метод не очень хорош, поскольку получаемые результаты зависят от силы тяжести в данном месте. Свинцовый шар, поднятый на вершину высокой горы, будет весить несколько меньше, чем у ее подножия, хотя его масса останется в точности той же самой. На Луне его вес был бы значительно меньше, чем на Земле. На Юпитере же его вес оказался бы значительно больше.

Второй метод измерения массы дает одинаковые результаты независимо от того, проводились они на Земле, на Луне или на Юпитере; однако при использовании этого метода сразу же возникают курьезные вопросы. Чтобы определить этим методом массу движущегося тела, нужно измерить силу, которая необходима для сообщения ему определенного ускорения. Ясно, что для того, чтобы заставить катиться пушечное ядро, необходим более сильный толчок, чем для пробкового шара. Масса, измеренная таким методом, называется инертной массой в отличие от гравитационной массы или веса. Подобные измерения не могут быть выполнены без измерений времени и расстояний. Инертная масса пушечного ядра, например, выражается через величину силы, необходимой для увеличения его скорости (расстояние в единицу времени) на столько-то в единицу времени. Как мы видели ранее, измерения времени и расстояний меняются с изменением относительной скорости тела и наблюдателя. Как следствие этого меняются также результаты измерений инертной массы.