Лоуренс Краусс - Таємниці походження всесвіту

Як зазначив Ейнштейн, для визначення того, що ми розуміємо під різними фізичними величинами, усе залежить від вимірювання. Можливо, уявити собі реальність, незалежну від вимірювання, було б цікавою філософською вправою, проте з наукової точки зору це безплідна лінія досліджень. Якщо А і Б обидва перебувають в одному місці в той самий час, вони обидва мають у цю мить виміряти те саме, проте якщо вони перебувають на відстані один від одного, майже все різко змінюється. Будь-яке вимірювання, яке може провести Б, каже йому, що подія в передньому кінці поїзда сталася раніше за подію в задньому, тоді як будь-яке вимірювання, яке виконує А, каже йому, що події сталися одночасно. Оскільки ані А, ані Б не можуть перебувати в обох місцях одночасно, їхні вимірювання часу в різних місцях залежать від спостережень у цих місцях, і, якщо ці спостереження ґрунтуються на інтерпретації того, що показує світло від цих подій, їхні визначення того, які з подій у різних місцях сталися одночасно, відрізнятимуться, при цьому вони обидва матимуть рацію.

«Тут» і «зараз» є універсальними лише для тут і зараз, проте не для «там» і «тоді».

Я не просто так написав, що різко змінюється «майже все». Хай як би химерно не виглядав наведений вище приклад, насправді все може бути значно химернішим. Інший спостерігач, В, що їде поїздом у протилежному до Б напрямку по третій колії, попри А та Б, дійде висновку, що подія ліворуч (у передній частині його поїзда) сталася раніше за подію праворуч. Іншими словами, спостерігачі Б та В побачать події в оберненому порядку. Що для одного було «до», для другого буде «після».

У зв’язку з цим постає очевидна велика проблема. У світі, у якому, на переконання більшості з нас, ми живемо, причини стаються перед наслідками. Але якщо «до» та «після» можуть мінятися залежно від спостерігача, то що відбувається з причиною та наслідком?

На диво, усесвіт має щось на зразок вбудованої пастки-22, яка гарантує, що, хоча нам слід тримати розум відкритим для сприйняття реальності, нема потреби, як любив казати видавець «New York Times», відкривати його настільки, щоб мозок випадав. У цьому випадку Ейнштейн продемонстрував, що обернення впорядкування часу віддалених подій, зумовлене сталістю швидкості світла, можливе лише тоді, коли події рознесені достатньо далеко, щоби променю світла знадобилося більше часу для подолання відстані між ними, ніж становить визначений часовий інтервал між цими подіями. Тоді, якщо ніщо не може рухатися швидше за світло (а саме таким виявляється ще один наслідок із зусиль Ейнштейна узгодити Галілея з Максвеллом), жоден сигнал від однієї події ніколи не зможе надійти так швидко, щоби вплинути на іншу подію, тож перша подія не може бути причиною другої.

Але як бути з двома різними подіями, що відбуваються в одному місці з певним часовим інтервалом? Чи виникнуть у різних спостерігачів суперечки стосовно них? Щоби проаналізувати цю ситуацію, Ейнштейн уявив собі встановлений у поїзді ідеалізований годинник. Годинник тікає щоразу, як промінь світла, що відбився від годинника на одному боці поїзда, відбивається від встановленого на протилежному його боці дзеркала та повертається назад до годинника на стартовому боці поїзда (див. нижче).

Припустімо, що кожен оберт променя (тік годинника) триває мільйонну частку секунди. Тепер розглянемо спостерігача на землі, який бачить цей самий оберт. Оскільки поїзд рухається, промінь світла рухається за траєкторією, показаною нижче, оскільки за час, що минає між випроміненням та прийомом, годинник та дзеркало зміщуються.

Очевидно, що стосовно спостерігача на землі цей промінь проходить більшу відстань, аніж стосовно годинника в поїзді. Проте в обох випадках виміряна швидкість променя дорівнює с. Тобто оберт займає більше часу. У результаті тікання годинника, яке на поїзді триває одну мільйонну частку секунди, під час спостереження із землі триває, скажімо, дві мільйонні частки секунди. Таким чином, годинник у поїзді тікає вдвічі повільніше за годинник на землі. Для годинника в поїзді час сповільнився.

Ще химерніше те, що цей ефект абсолютно симетричний. З точки зору спостерігача в поїзді годинник на землі тікатиме вдвічі повільніше за годинник у поїзді, оскільки пасажир поїзда, який спостерігає за переміщенням світла між дзеркалами, установленими на землі, бачитиме ту саму картину.