Cтраница 3
Основная трудность, на которую наталкивается экспериментатор при определении скорости распространения света, связана с огромным значением этой величины, требующим совсем иных масштабов опыта, чем те, которые имеют место в классических физических измерениях. Опыт Галилея состоял в следующем: два наблюдателя на большом расстоянии друг от друга снабжены закрывающимися фонарями. Наблюдатель А открывает фонарь; через известный промежуток времени свет дойдет до наблюдателя В, который в тот же момент открывает свой фонарь; спустя определенное время этот сигнал дойдет до Л, и последний может, таким образом, отметить время т, протекшее от момента подачи им сигнала до момента его возвращения. Второе из сделанных допущений может считаться весьма правдоподобным. Современная теория относительности возводит даже это допущение в принцип. Но предположение о возможности мгновенно реагировать на сигнал не соответствует действительности, и поэтому при огромной скорости света попытка Галилея не привела ни к каким результатам; по существу, измерялось не время распространения светового сигнала, а время, потраченное наблюдателем на реакцию. [31]
В работе рассматривается одномерное движение и используются ( xt) диаграммы. Пусть Аг и А % - два наблюдателя, покоящиеся в инерциальной системе отсчета; их мировые линии являются двумя параллельными прямыми. Оба имеют физически одинаковые часы. [32]
Появление этих альфа-частиц, разлетающихся в прямо противоположные стороны, и должно было служить верным указанием на происшедшую атомную катастрофу. И все было придумано так, чтобы два наблюдателя, усевшись слева и справа от наклонно поставленной мишени, могли независимо друг от друга засекать летящие по направлению к ним обломки ядер. Для начала - для общей качественной картины - старый добрый метод сцинцилляций должен был показать, что эти противоположноразлетающиеся альфа-частицы появляются одновременно. [33]
Перейдем, однако, к рассмотрению дальнейших следствий из принципа относительности, развитого Эйнштейном, который гласит, что законы физики имеют один и тот же вид для всех наблюдателей и что для всех наблюдателей скорость света имеет одну и ту же величину. Как мы уже знаем, отсюда следует, что два наблюдателя, движущиеся относительно друг друга, не придут к согласию в вопросе о том, какую систему событий считать одновременной. Поэтому если предположить, что наблюдатель QI может установить контакт с событием М, которое одновременно с О в его системе отсчета, то движущийся относительно него наблюдатель Q2 может находиться в контакте с событием S, одновременным с О в системе отсчета этого второго наблюдателя. [34]
Итак, если только две рассматриваемые системы нестационарны и член формулы (3.19), заключенный в скобки, не обращается в нуль, то вектор скорости не будет удовлетворять принципу материальной объективности. Это является не чем иным, как математическим выражением того факта, что два наблюдателя, перемещающиеся относительно друг друга, зафиксируют различные скорости некоторого объекта. [35]
Таким образом, о двух векторах в различных точках можно утверждать, параллельны они или нет, т.е. в пространстве Минковского сравнивать можно только 4-скорости в одной точке. Два наблюдателя имеют одинаковую скорость, если каждый из них видит другого без доплеровского сдвига. Если определяемое метрикой д многообразие не параллелизуемо, то такая возможность не представляется, и мы не можем, например, утверждать, покоятся ли два тела друг относительно друга, если только они не находятся в одной точке. Следовательно, световые сигналы более не могут быть использованы для параллелизации, как в пространстве Минковского, поскольку на сигналы теперь действует гравитация. [36]
Надо отчетливо представить себе относительный характер этого сокращения. Пусть имеются два наблюдателя: один - движущийся с первым, а другой - со вторым стержнем. [37]
Теоретически возможны два крайних случая: первый - стенки комнаты непроницаемы для воздуха и воздух увлекается комнатой; второй случай - стенки проницаемы для воздуха, воздух неподвижен относительно звезд, лаборатория движется сквозь воздух, не увлекая его. Положим, что в этих двух случаях производятся измерения скорости звука. Ее измеряют два наблюдателя: движущийся и неподвижный по отношению к звездам. [38]
Надо отчетливо представить себе относительный характер этого сокращения. Пусть имеются два наблюдателя: один - движущийся с первым, а другой - со вторым стержнем. [39]
Для иллюстрации рассмотрим двух наблюдателей ( 0) и ( 0), которые помещаются в началах координат двух инерциальных систем. Наблюдатель ( 0) располагается в центре Земли, а наблюдатель ( 0) совершает возвратно-поступательное движение по. В основном криволинейном континууме два наблюдателя будут описывать мировые линии, которые можно представить графически, как это сделано на фиг. Интуитивно ясно, что переход от одной из этих систем координат к другой не может быть совершен с помощью преобразования Лоренца; это можно сделать лишь локально в тех случаях, когда мировые линии пересекаются, так как только в те моменты времени, когда начала этих систем совпадают, они не ускорены друг по отношению к другу. [40]
Слово кинематика происходит от греческого слова кинема, что значит движение. Всякое движение мы воспринимаем лишь как относительное, отмечая положение рассматриваемого объекта относительно какого-либо другого абсолютно твердого объекта, который в этом случае называется системою отсчета. Движение изучается в кинематике без учета сил и масс, за систему же отсчета можно брать любой абсолютно твердый объект, движение относительно которого мы хотим знать. Следовательно, два наблюдателя, пользующиеся двумя разными системами отсчета, будут описывать любое движение одного и того же материального объекта, вообще, по-разному, и с точки зрения только кинематики оба наблюдателя будут одинаково правы. [41]
Астрономические наблюдения, производимые при более пли менее благоприятных условиях во время довольно редко бывающих полных солнечных затмений, ясно показывают существование отклонения световых лучей на приблизительно правильную величину. Этот эффект появляется из-за того, что два наблюдателя, движущиеся один относительно другого и измеряющие каждый своими собственными часами время между двумя световыми сигналами, получают различные результаты. [42]
Из этого определения видно, что расположение трехгранного угла зависит от порядка, в котором перечислены его ребра. Точнее говоря, расположение трехгранного угла SABC изменяется, если поменять местами два ребра. Прежде всего это очевидно, если поменять местами ребра SB и SC ( так как это сводится к перемене местами двух граней двугранного угла SA); с другой стороны, например, два расположения SABC и SBAC ( полученные одно из другого переменой мест ребер SA и SB) противоположны друг другу. Действительно, в их общей грани углы A SB и BSA имеют противоположное направление и, следовательно, два наблюдателя ( Пл. SA, другой вдоль SB и смотрящие оба внутрь угла ASB, будут иметь внутреннюю область трехгранного угла один справа, другой слева от себя. [43]
Достойный восхищения логический анализ этих фактов привел Эйнштейна к выводу о том, что вопрос об одновременности двух отдаленных друг от друга событий почти столь же бессмыслен, как и загадка о возрасте капитана. И так же, как этот вопрос о возрасте капитана получил бы смысл, если бы были добавлены некоторые данные, скажем, о страховании его жизни, так и проблема одновременности становится разумной при добавлении данных о движении наблюдателя. Но при таком методе понятие времени теряет свой абсолютный характер и эта революция охватывает также и пространство. В самом деле, становится бессмысленным говорить о месте в этот момент; если мы предполагаем, что два наблюдателя находятся в движении относительно друг друга, то каждый из них имеет свое собственное место в этот момент, а события, происходящие в этом месте, различны для обоих наблюдателей. [44]
Но коль скоро оба наблюдателя не согласны в оценке одновременности двух событий, они должны также получить различные результаты при измерении расстояний. Предположим, два наблюдателя - один на Марсе, другой на Земле - договариваются измерить расстояние от Земли до Солнца. Так как это расстояние изменяется в зависимости от времени, наблюдатели должны измерять его в какой-то заранее выбранный момент времени. Но чтобы оба наблюдателя могли прийти к соглашению о выборе момента времени, им необходимо договориться о том, как понимать одновременность событий, например боя часов, отмечающих выбранный момент времени. А поскольку два наблюдателя движутся относительно друг друга равномерно и прямолинейно, они не в состоянии прийти к единому мнению относительно одновременности событий и, следовательно, измеренные ими в данный момент времени расстояния Земля - Солнце окажутся различными. [45]