Андрей Кананин: Нереальная реальность-2

Именно свет играет в физике заглавную роль. Сейчас мы разберёмся почему.

Основой специальной теории Эйнштейна является принцип относительности. Его суть состоит в том, что понятие движения относительно. Это означает, что, когда речь идёт о скорости и направлении движения любого объекта, обязательно следует уточнить, кто именно производит это измерение.

Этот постулат относится ко всем законам физики без исключения. Поэтому фраза «вы движетесь со скоростью 5 км/ч» не имеет физического смысла. Необходимо указать объект для сравнения, например, «вы движетесь со скоростью 5 км/ч относительно меня, находящегося в состоянии покоя».

Таким образом, абсолютного движения попросту нет. Движение всегда относительно других объектов.

Этот принцип работает на практике. Иногда, сидя в поезде, стоящем на станции, сложно определить, двинулись ли с места вы, или поехал соседний вагон за окном. А если в купе опущены шторы и темно, можно вообще спутать движение со стоянкой.

Аналогично, в самолёте, летящем с огромной скоростью, часто кажется, что вы неподвижно зависли в небе. Все эти двусмысленности возникают оттого, что вам не с чем сравнить. Любое движение приобретает смысл лишь при сравнении с другими объектами или наблюдателями, которые тоже движутся.

С чем сравнивать лучше всего? С чем-то эталонным. И во Вселенной есть только один такой универсальный параметр, независимый от точки отсчёта. Это свет.

Любой наблюдатель в любой области космоса скажет, что свет в вакууме всегда движется со скоростью 300 000 километров в секунду. И будет прав. Свет, испускаемый фарой неподвижно стоящего на Земле автомобиля равен скорости света, испускаемой фарой движущегося марсохода и равен скорости света, испускаемой любой звездой во Вселенной. Скорость света всегда неизменна. Свет от движущегося источника и от неподвижного всегда дойдёт до наблюдателя одновременно. Именно поэтому скорость света, а не какая-нибудь другая, играет столь важную роль в строении мира.

Никакой сигнал не сможет достичь вас быстрее фотона, испущенного одновременно с этим сигналом. Ничто в мире не способно обогнать свет. Хочу особо подчеркнуть, что этот предел установлен не только для материальных объектов. Он относится к любому виду информации.

Из принципа относительности Эйнштейн сформулировал две отдельные, но связанные теории: специальную (частную) и общую теорию относительности. Первая была опубликована в 1905 году, вторая – в 1916 году. Рассказ о них начну издалека.

Нам всем хорошо известно из личного опыта, что восприятие многих ситуаций двумя наблюдателями может быть различным. Например, когда вы едете в поезде, деревья за окном кажутся вам движущимися. Но для человека, стоящего на перроне, лес всегда неподвижен.

С вашей точки зрения сосед в купе сидит на месте. Однако, с точки зрения стороннего наблюдателя (человека на перроне), вы вместе с соседом промчались на поезде мимо него, то есть перемещаетесь в пространстве с достаточно большой скоростью.

Если в вагоне вы уроните книгу, то для вас она упадёт вертикально вниз. Однако, для человека на перроне она будет падать по параболе, потому что поезд движется.

С подобными ситуациями каждый из нас неоднократно сталкивался в жизни. Они настолько естественны и привычны, что никто не задумывается над вопросом о том, почему одна и та же картина воспринимается по-разному.

Здесь нужно уяснить один принципиальный момент. Важно не путать точку зрения и физические законы. Трактовка событий действительно зависит от наблюдателя. Но законы природы действуют объективно, говоря на научном языке – инвариантно. Кстати, сам Эйнштейн хотел назвать свою теорию относительности теорией инвариантности.

На самом деле, в описанных событиях проявляются самые глубинные и тонкие свойства природы, а именно: наблюдатели, находящиеся в относительном движении друг к другу, по-разному ощущают реальность. Более того, с точки зрения физики, их часы идут с разной скоростью. И это не парадокс и не ошибка измерения. Это фундаментальное свойство самого времени.

То же самое рассуждение применимо к расстоянию. Два движущихся наблюдателя получат разные значения длины предмета, проведя измерения совершенно одинаковыми рулетками.

Пространство и время воспринимаются разными наблюдателями по-разному. В этом постулате сосредоточена самая суть теории Эйнштейна.

Такой вывод достаточно сложно понять интуитивно. Пространство и время кажутся нам незыблемыми, абсолютными понятиями. В повседневном опыте мы не чувствуем последствий специальной теории относительности. Этому есть простое объяснение. Дело в том, что её эффекты зависят от скорости движения. В нашем мире ни человек, ни автомобиль, ни даже самолёт не развивают достаточной скорости, чтобы парадоксальные особенности теории Эйнштейна стали заметными для людей. И тем не менее на Земле наблюдатель, едущий в поезде, и наблюдатель, стоящий на перроне, по-разному воспринимают пространство и время.