Валерий Демин - Циолковский

Второй эксперимент провели в 1972 году американцы Джозеф Хефеле и Ричард Китинг. В течение пяти суток они летели на двух самолетах вокруг земного шара в противоположных направлениях. Один из них двигался строго на восток, другой — на запад. На борту обеих машин находились синхронно работавшие атомные часы. К концу эксперимента ученые должны были зафиксировать, согласно теории относительности, некоторую разницу во времени. Вернувшись с небес на землю, оба ученых заявили, что расчетные данные подтвердились. Однако только теперь, изучив материалы эксперимента, Галецки и Марквардт убедились, насколько сомнительны тогдашние выводы. Хефеле и Китинг определили, что разница во времени составила 132 наносекунды. Однако погрешность измерения самих атомных часов составляла 300 наносекунд! Следовательно, разница вполне укладывалась в пределы погрешности. Более того, исследователи во время полета вновь и вновь синхронизировали часы. Таким образом результат, полученный ими, никак не может подкрепить теорию относительности.

Многие отечественные ученые также со значительной долей сомнения относились к релятивистской теории. Среди них академики Мстислав Всеволодович Келдыш и Сергей Павлович Королев. И связано это было не с теоретическими предпочтениями или симпатиями, а с теми практическими задачами, которые приходилось решать советской науке в процессе освоения Космоса. Так, эхолокация планеты Венеры, проводившаяся первоначально на основе релятивистских расчетов (то есть без учета реальной скорости мощного радиолокационного сигнала), в свое время окончилась неудачей. Чтобы подогнать расчетно-экспериментальные данные к реальным результатам, ученым пришлось условно «переместить» Венеру примерно на 700 километров, дабы свести концы с концами. Аналогичные «сбои» произошли при запусках космических аппаратов «Фобос-I» и «Фобос- II» к Марсу, закончившихся, как известно, безрезультатно.

Какой же физический смысл имеет, в таком случае, скажем, знаменитое релятивистское «растяжение» временного интервала, или, по-другому, — «замедление» времени? Циолковский отвечал на этот вопрос так: «Замедление времени в летящих со субсветовой скоростью кораблях по сравнению с земным временем представляет собой либо фантазию, либо одну из очередных ошибок нефилософского ума. (…) Замедление времени! Поймите же, какая дикая бессмыслица заключена в этих словах!»

В самом деле, из двух релятивистских формул, хорошо известных из школьного курса физики, следует, что в материальной системе отсчета, движущейся равномерно и прямолинейно относительно условно покоящейся системы и связанного с ней наблюдателя, временные промежутки «растягиваются» (течение времени «замедляется», отчего родители-космонавты могут якобы оказаться моложе собственных детей, оставшихся на Земле), а пространственные длины сокращаются. Так ли это? Весь вопрос в том, как понимать фиксируемое «растяжение» и «сокращение». Вытекает ли из формул, что «замедляется» всякое время, связанное с перемещающейся системой отсчета, — и продолжительность жизни, и процессы мышления или рефлексы и биоритмы? И действительно ли укорачивается космический корабль, сплющиваются в нем все предметы, живые организмы и сами космонавты? Если рассуждать последовательно-реалистически, то упомянутые эффекты непосредственно из релятивистских формул не вытекают, а являются следствием их свободного истолкования.

Формула, как это ей и положено, описывает (отображает) строго определенные физические параметры и процессы, которые, собственно, и фиксируются в виде символических обозначений. Физическая формула может описывать только физические (а не химические, биологические, социальные) закономерности. Прямая экстраполяция формул на целостную Вселенную также недопустима. В данном смысле приведенные выше релятивистские формулы раскрывают всего лишь объективное отношение между механическим перемещёнием тела и синхронно-совместным с ним движением света. Соотнесенность этих двух физических явлений зафиксирована в подкоренном соотношении двух совершенно различных скоростей — 1) скорости равномерного и прямолинейного перемещёния инерциальной системы) и 2) скорости света, движущегося параллельно той же системе. И то и другое соотносится с третьим элементом реального трехчленного отношения — условно неподвижной системой отсчета.

В соответствии с известным выводом из преобразований Лоренца численная величина времени в движущейся системе отсчета оказывается большей в сравнении с покоящейся. Но что конкретно означает увеличившийся временной интервал в движущейся системе? Единственное: в движущейся системе отсчета свету потребуется больше времени, чтобы покрыть расстояние, одинаковое с зафиксированным отрезком покоящейся системы координат. Например, в поезде, мчащемся через туннель, таким одинаковым пространственным отрезком будут длина самого поезда и соответствующее расстояние в неподвижной системе туннеля. Для преодоления длины мчащегося поезда свету потребуется больше времени, чем для прохождения того же самого расстояния, отмеренного на железнодорожном полотне или на стене туннеля. Для того чтобы свет мог достигнуть головы переднего вагона (ни вагоны, ни поезд в целом при этом своей длины не меняют — они просто перемещаются вперед), потребуется дополнительное время. Естественно, что в совокупности данный временной интервал будет превышать время, которое потребовалось для преодоления того же расстояния в неподвижной системе отсчета. При сравнении же результатов измерения окажется, что временной интервал в движущейся системе как бы «растягивается». В действительности же один и тот же световой сигнал, данный в определенный момент из определенного источника, затратит различное время для преодоления одного и того же расстояния в различных системах отсчета, и в движущейся системе это время будет тем больше, чем выше механическая скорость системы.

Почему так существенно рассматривать совместное параллельное движение светового луча, с одной стороны, и ракеты или любого другого материального объекта — с другой? Потому что таковы конкретные условия, задаваемые преобразованиями Лоренца, из которых выводятся релятивистские формулы. В проанализированных выше примерах системы отсчета привлекаются не поочередно (как это делается во всех работах, посвященных теории относительности), а одновременно, в триединстве с процессом электромагнитного излучения, ибо таков объективный смысл преобразования координат. Кроме того, в отличие от распространенных трактовок релятивистских эффектов, существенно важно рассматривать не поведение света с точки зрения наблюдателей, находящихся в разных системах отсчета, а наоборот, обе системы (покоящуюся и движущуюся) — с точки зрения движения электромагнитных волн.[8]