Некоторые значения теории относительности Эйнштейна

Некоторые значения теории относительности Эйнштейна

Если вы, глядя в ночное небо, увидите Луну и звезды, то, вероятно, подумаете, что все это происходит в одно и то же время. В действительности Луна находится к нам гораздо ближе, чем звезды, и излучаемый ею свет пролетает меньшее расстояние и достигает наших глаз раньше, чем свет звезд. Сидя на нашем маленьком астероиде и глядя на звезды в ночи, мы думаем, что все, что видим, происходит одновременно. Но попробуйте измерить расстояние между звездами, и вам придется измерять расстояние между событиями, произошедшими пятьдесят тысяч лет назад с событиями двухтысячелетней давности.

Вы вглядываетесь в историю, во время, а не только в пространство и расстояние. (Нас, наверное, смутит, что сверхновая звезда, способная разрушить Землю, родилась тысячу лет назад, а мы все еще не знаем об этом, потому что слишком долго летит к Земле свет, несущий информацию о рождении звезды. Конечно, когда прибудет свет, вместе с ним прибудет и проблема!)

То же самое происходит и с солнечными лучами, согревающими и дарящими загар нашей коже – эти лучи появились не “сейчас”, не в настоящий момент, по крайней мере, не в тот самый, когда мы нежимся на солнышке.

Аристотель утверждал: “Нечто, ограниченное представлением “сейчас” и считается временем”. Это “сейчас” похоже на лежащую между прошлым и будущим точку на линии. С той точки зрения, время подобно летящей только в одном направлении стреле. Прошлое навсегда оставлено позади, будущее еще не свершилось и вся Вселенная находится в одном “сейчас”, несущемся в будущее.

Эйнштейн указывал:

“Сейчас” теряет для протяженного в пространстве мира свое объективное значение… Пространство и время рассматриваются как четырехмерная непрерывность (сплошная среда), объективно не измеряемая… Пребывание в такой четырехмерной структуре не оставляет места для объективного “сейчас”; понятия “происходящего” и “становящегося” полностью не исключаются, однако весьма запутанны. И следовательно, более естественной представляется мысль о физической реальности как о четырехмерном, нежели трехмерном существовании”15.

Для Эйнштейна реальность не может быть единой линейной “эволюцией трехмерной жизни”, одинаковой повсюду во Вселенной. Наше “сейчас” для каких-то частей Вселенной – будущее, а для других – прошлое. При четырехмерном существовании “прошлое” и “будущее” представляют собой понятия такого же порядка (существующие одновременно), как “вверх” и “вниз” или “вправо” и “влево”. Время – это нечто, сквозь которое мы можем путешествовать точно так же, как и по другим параметрам трехмерной реальности.

Находясь на своем маленьком астероиде, мы обычно не задумываемся, как Эйнштейн, над порядком мироздания. По сравнению с необъятностью Вселенной события и предметы никогда не движутся слишком быстро и не уходят слишком далеко. Но если в действие вступают очень протяженные или очень короткие временные рамки и очень большие скорости, все прежние правила, описывающие реальность, больше не работают.

А если так, то что теперь происходит с двумя нашими путешественниками – на астероиде и световом луче, стремительно мчащимися навстречу? Как они собираются измерять реальность?

Согласно старой модели Вселенной, “физическая реальность” считалась независимой от ощущающих ее субъектов, представлялась состоящей, по крайней мере, из пространства и времени, с одной стороны, и постоянно существующих материальных точек, движущихся в этом пространстве и времени, – с другой”.

Скорость в основном измерялась как расстояние, или пространство, покрываемое “материальными” объектами, делимое на время, за которое это пространство преодолевалось. В Ньютоновом ключе мышления время, пространство и материальные объекты конкретны и реальны, а скорость -представляет собой абстракцию.

Но свет всегда распространяется с одинаковой скоростью, независимо от среды, в которой он путешествует и от быстроты передвижения источника излучения. Это и привело Эйнштейна к поиску более базовых предположений.

“Такое построение концепций пространства и времени предполагает и концепцию материальных объектов”. И мне представляется, что концепция материальных объектов (материя) должна предшествовать концепциям времени и пространства”.

Согласно Эйнштейну, наше психологическое восприятие и времени, и пространства строится на предположении о существовании постоянных материальных объектов. Иными словами, концепция пространства обязана своим происхождением нашему восприятию его как конструкции коробок, которые, в свою очередь, заключены внутрь других коробок, а концепция времени – результат нашей способности вспоминать последовательность материальных событий. Подразумевает, что “эпистемологическим” основанием для наших ментальных моделей времени и пространства стала вера в существование “вещей” и “объектов”.

Аристотель указывал, что те же самые сенсорные восприятия могут быть ориентированы на “вещи” (“случайные объекты чувства”) или на более высокий уровень взаимоотношений, которые он называл “общими осознаниями”. Вместо того чтобы ассоциироваться с объектами окружающего мира, “общие осознания” выражают глубинные паттерны и взаимоотношения, разделяемые всеми органами чувств. Похоже, и Эйнштейн искал глубинные паттерны во Вселенной, “общие осознания” в “Божественных мыслях” – базис для своей эпистемологии.

В заключение Эйнштейн сделал вывод, что не материя, а свет является первичной средой, в которой все происходит, и скорость света является тем самым сдерживающим фактором, от которого зависит, насколько быстро “распускается цветок” реальности. То есть, и восприятие, и реальность – это функции электромагнитной энергии, света. Знаменитое уравнение Эйнштейна E = mc2 (энергия равна произведению массы на скорость света в квадрате) по сути своей является утверждением, что материя (материальные объекты) полностью состоят из электромагнитной энергии.

Вспомним более раннее заявление Эйнштейна: “Когда… определенная картина оборачивается во многих… сериях, тогда – именно через это возвращение – она становится упорядочивающим элементом для этих серий, соединяя их, разобщенных самих по себе”. И мы увидим, что благодаря неизменности скорости света (неважно, откуда он обозревается) последний и является независимым от систем координат упорядочивающим элементом или организующим принципом.

Свет подобен воде, в которой плывут все наблюдатели вместе с наблюдаемыми событиями.

Каково же значение этого утверждения? Глубинные взаимоотношения между событиями, определяемые скоростью света, – боґльшая реальность, чем пространство, время и даже материя. Они, в действительности, являются абстракциями, порожденными скоростью света, и должны меняться, чтобы эти отношения всегда сохранялись.

Исходя из этого предположения, Эйнштейн пришел к выводу: поскольку путешественники на световом луче и астероиде были в разных местах и двигались относительно друг друга, они переживут одно и то же событие по-разному. И если пространство, время и материя были подвижны относительно позиции наблюдателя, значит, материальные объекты, содержащиеся в них, также будут подвижными. Таким образом, восприятие и измерение пространства, времени и материальных объектов двумя наблюдателями будут отличаться из-за того, что электромагнитное поле (свет), исходящее от объекта, не достигнет их в одно время, как это уже рассматривалось в случае с прохожим на железнодорожной насыпи и пассажиром поезда, наблюдавшими одномоментные вспышки молний в разное время.

В этом состоит ядро теории относительности Эйнштейна, по сути своей постулирующей следующее: не только проявления реальности, но и формы ее относительны по отношению к системе координат наблюдателя. Естественные “законы” “вариантны относительно произвольно продолжающихся трансформаций координат” наблюдателя и материальных объектов его наблюдения. Таким образом, всадник на световом луче увидел бы свое отражение, но наблюдатель с астероида сможет наблюдать встречного путника не раньше, чем луч, летящий со скоростью света, достигнет его. Время будет “расширяться”, а расстояние – “сокращаться”. Человек на астероиде увидит, что всадник на световом луче передвигается на гораздо меньшее расстояние за гораздо более долгий период времени, чем это кажется ему самому в системе его координат.

Следовательно, если путешествующий на световом луче воспринимает себя проходящим определенное расстояние с определенной скоростью (в своей системе координат), то с точки зрения наблюдателя на астероиде и расстояние, и время будут другими. А тем же самым в обеих реальностях останется взаимоотношение между ними, определяемое скоростью света. Соотношение между расстоянием и временем всегда будет одинаковым для обоих.