Даниил Данин - Вероятностный мир
Можно возразить: Земля летит вовсе не по инерции, а под действием силы солнечного притяжения, и путь ее вовсе не прям, а криволинеен — она описывает эллипс. Это верно. Но радиус ее орбиты так огромен (150 000 000 километров) и период одного оборота так долог (целый год), что за кратенькое время эксперимента позволительно без греха почитать движение Земли прямолинейным и равномерным.
«Тел отсчета», или «систем координат», — превеликое множество: описывать движение можно относительно чего угодно. Однако физики давно уже выделили в особый класс «тела отсчета», движущиеся по инерции. Их так и называют — инерциальные, или Галилеевы системы координат. Есть у них одна привлекательнейшая черта — кроме всего прочего, психологически приятная…
Легко вообразить: физик–наблюдатель сидит на таком «теле отсчета», оснащенный линейками и часами, наблюдает и описывает механические события в мире. А сам при этом не испытывает никакого действия внешних сил и со своей стороны никак не воздействует на окружающее, иначе он тотчас перестал бы двигаться только по инерции. Другими словами, его присутствие в мире никак не отражается ни на происходящих событиях, ни на их описании. И если вообразить другого наблюдателя на другом инерциальном «теле отсчета», о нем можно сказать в точности то же самое. И о третьем, четвертом, любом — то же самое. У всех описания происходящего будут равного достоинства — все они установят в природе одни и те же закономерности, выраженные в одинаковых формулах. Иными словами, все инерциальные системы координат равноправны.
Классики делали из этого равноправия единственное исключение: они полагали, что есть одно «тело отсчета», пребывающее в абсолютном покое. У теологов было для него слово Бог (с большой буквы). Художникам рисовался главный наблюдатель на заоблачном троне. Физики предпочитали говорить об абсолютном пространстве или о мировом эфире.
Да, кстати, опыт Майкельсона и был задуман для ответа на вопрос: дует ли навстречу Земле «эфирный ветер», когда она летит сквозь неподвижный эфир? Так бегун на закрытом стадионе сам создает себе встречный ветер, хотя воздух недвижим. Свет представлялся колебаниями эфира, и «эфирный ветер», дующий навстречу летящему источнику излучения, должен был бы тормозить световой луч. Обнаруженное постоянство скорости света стало приговором и моделям неподвижного эфира, и взгляду на свет как на «эфирное создание».
Но сторонники научных мифов религиозно неуступчивы. Даже через два десятилетия после рождения теории относительности — после, а не до! — физик Миллер объявил, что он все–таки почуял дыхание эфира. И при этом всерьез отметил, что в стене его высокогорной лаборатории было сделано окно, дабы освободить эфирному ветру путь к прибору. Этой избыточной деталью он нечаянно сам скомпрометировал любимую им идею всепроникающего эфира (если всепроникающий, то зачем же окно?). В начале 30–х годов его коллега Георг Иосс опроверг результаты Миллера, не отказав себе в удовольствии написать: «К сожалению, Миллер не указал, было ли в противоположной стене другое окно, чтобы эфирный сквозняк стал сильнее».
Те несостоятельные опыты сердито комментировал наш академик Сергей Иванович Вавилов. Потому сердито, что в подоплеке тогдашних игр с эфиром лежала надежда выбить из фундамента теории относительности краеугольный камень.
Шаг в абстракцию от измерений Майкельсона привел молодого Эйнштейна к первому постулату его механики:
Относительно всех инерциальных — движущихся прямолинейно и равномерно — систем отсчета скорость света одинакова!
К этому классически абсурдному постулату он прибавил второй, звучавший даже для классического уха как самоочевидность:
Законы природы проявляются одинаково во всех системах координат, движущихся по инерции!
А дальше начались логические следствия — «нежданные шутки» — те, что вскрыли зависимость массы от скорости и многое другое, поныне ставящее в тупик наше бедное воображение…
5
Если для всех наблюдателей, несмотря на их перемещение относительно друг друга, скорость светового луча оказывается одной и той же — 300 000 километров в секунду, — значит, по причине движения что–то у них происходит с километрами и секундами! Не может быть, чтобы у них у всех был общий масштаб длины и общий ритм времени: тогда наблюдатель, догоняющий луч, увидел бы, что за секунду свет прошел меньшее число километров, чем то, какое отметил бы удаляющийся от луча наблюдатель. Одинаковость полученных ими для скорости света результатов возможна, только если у одного из них врут измерительные приборы. Но оба могут поклясться, что приборы работают с предельной точностью. Тогда оба должны признать, что происходит чудо. Однако для истинного чуда есть в этом расхождении их приборов что–то слишком уж систематическое. Вранье тут явно мнимое: оно узаконено природой. Но как? Оба наблюдателя вынуждены согласиться, что нет у них общего масштаба расстояний и времен. Их приборы замеряют разные километры и разные секунды. Остается уловить, как эти различия зависят от их собственной скорости относительно источника света.
…Ходит анекдотическая история про Эйнштейна: кондукторша в берлинском трамвае однажды отчитала его с досадой: «Беда мне с вами — не умеете вы считать!» Он виновато улыбнулся.
Однозначно ясно, что еще сказала бы она, добавь он к своей арифметической ошибке таинственное сообщение полушепотом: «А знаете, я вдобавок хочу предупредить вас по секрету, что мои карманные часы, — вот эти, — идут в вашем трамвае чуть–чуть медленнее, чем шли они на остановке, а наш вагон стал чуть–чуть короче, чем был, и — честное слово! — это правда» Угадывается ее уже не досадливый, а сокрушенный голос: «Ах, бедный вы мой, я как чувствовала! И чего ж они, бессердечные, пускают вас из Далльдорфа без провожатых?!» (В Лондоне кондукторша сказала бы — «из Бедлама», в Москве — «из психушки».)
Но нет, не симпатичные кондукторши, а разгневанные профессора позволяли себе говорить об Эйнштейне в этом стиле, только без сочувственного «ах!» А один из них — физик с несомненными заслугами, Нобелевский лауреат, глава института в Гейдельберге, Филип Ленард — человек с бесстрастным лицом и тускло–жестокими глазами иезуита — произносил слова куда более скверные, вдохновляя задолго до Гитлера националистическую травлю «неарийца» — создателя теории относительности. Впрочем, это было закономерно: до Эйнштейна его жертвой стал безупречный ариец Рентген, провинившийся тем, что сумел открыть лучи, которых Ленард в сходных опытах открыть не сумел, хоть и мог это сделать. Честнейшего Рентгена он обвинил чуть ли не в плагиате. Но позже фашизм вознаградил его за нацистские заслуги: в гитлеровской литературе по физике— бывала и такая! — рентгеновские лучи именовались «лучами Ленарда». В глумлении над теорией относительности от него не отставал и другой Нобелевский лауреат — Иоганнес Штарк, тоже одичавший от националистической мечты о гегемонии.
В физике принят термин «релятивистский» (от латинского корня) вместо слов «подчиняющийся теории относительности». Когорту безответственных преследователей своих физических идей Эйнштейн насмешливо называл «Антирелятивистским акционерным обществом с ограниченной ответственностью». Еще в 30–х и 40–х годах нашего века акции этого дружного общества стояли высоко, совсем упав в цене только после поражения гитлеризма…
…Из универсального постоянства скорости света математически легко выводилось, что собственная относительная скорость наблюдателей замедляет ход их часов и укорачивает их линейки. Ритм времени замедляется вообще, а масштаб расстояний уменьшается в направлении движения.
Эйнштейн вызвал бы еще более сокрушенное сочувствие берлинской кондукторши, если бы поспешил добавить: «Нет–нет, вы не слишком огорчайтесь — ширина и высота у вашего вагона те же, что были на остановке, а вот длина, как это ни печально, немножко убавилась, и снова даю честное слово — это правда!»
Когда бы в «парадоксе часов» оставшийся на Земле близнец мог наблюдать стремительно летящего на ракете брата, он увидел бы, что тот заметно сплющился в профиль. Этот эффект исчез бы только после возвращения ракеты на Землю: тогда у обоих братьев опять оказался бы один и тот же — прежний — маштаб длины, потому что теперь они опять покоились бы друг относительно друга. И ритм часов стал бы у них вновь одинаковым.
Естественно недоумение: но почему же «уплощение» близнеца–космонавта не оставило по себе реального следа, когда он вернулся из полета, а замедление времени на ракете оставило столь реальный след, что братья превратились в людей разного возраста?
Причиной тому глубокое различие между пространством и временем: в пространстве есть направления «туда» и «обратно», а во времени лишь одно направление — «туда». И возвращение близнеца–космонавта состоялось только в пространстве. А во времени то была уже другая Земля: на ней навсегда утекли 20 земных лет. Восстановился ритм часов, но само время ушло безвозвратно. Братья встретились на другом листке календаря, чем тот, на котором когда–то расстались. А в пространстве они обнялись там же — оно никуда не делось.
