Сергей Сергеев – Пространство и время глазами дилетанта (страница 18)

Итак, автора мы подправили, некорректность формулировки убрали, а что изменилось? В первой части рассуждений (когда мы считаем поезд движущимся, а станцию неподвижной) ничего. Всё привычно для нашего восприятия – поезд движется, а станция неподвижна. И если бы не было дальнейших рассуждений, то всё было бы в порядке, и даже эти наши приведённые выше придирки к формулировке условий были бы неуместны. Но дальнейшие рассуждения у автора есть, и здесь никак нельзя не обратить внимания на одну очень важную деталь, которую можно не заметить при первом чтении, но вот при втором чтении, когда мы уже знаем сюжет описанного действа, эта деталь бросается в глаза. А если вспомнить, что там дальше написано, то вообще возникает ощущение, что автор сознательно жульничает.

Давайте проанализируем один абзац.

Теперь предположим, что, когда ударяет молния, вдоль полотна в направлении от А к Б с большой скоростью движется поезд. В тот момент, когда происходят обе вспышки, наблюдатель внутри поезда – назовем его М' – находится как раз напротив наблюдателя М, стоящего около полотна. Поскольку М' движется в направлении к одной вспышке и удаляется от другой, он увидит вспышку в Б раньше, чем в А. Зная, что он находится в движении, он примет в расчет конечность скорости света и также сделает вывод, что вспышки произошли одновременно.

Эту самую деталь, про которую мы сказали выше, не заметили? А она сейчас как-то и не важна, поэтому и не бросается в глаза. Но вот во второй части объяснений эта деталь очень важна, но автор «не замечает» её, просто потому, что она мешает делать нужные выводы. Короче, цитируем.

«В тот момент, когда происходят обе вспышки, наблюдатель внутри поезда – назовем его М' – находится как раз напротив наблюдателя М, стоящего около полотна».

Заметим: не в тот момент, когда наблюдатель на Земле увидел вспышки, то есть, когда свет уже дошёл до него, а в тот момент, когда вспышки только что произошли, то есть, когда свет только начал распространяться. Оба наблюдателя пока не видят этих вспышек, потому что свет ещё не дошёл до них, они увидят их несколько позже. Но наблюдатель в поезде движется навстречу распространяющемуся из точки Б свету (ну и, соответственно, удаляется от распространяющегося из точки А света). Поэтому в тот момент, когда он «встретится» с волной света, пришедшего из точки Б, его местоположение будет уже не напротив наблюдателя М, а несколько ближе к точке Б. А как иначе?

И всё бы ничего, такое положение дел как бы подразумевается. Да и сам пассажир очень даже грамотно проанализировал ситуацию, учтя, что он движется к точке Б (то есть, в момент восприятия вспышки был ближе к точке Б и дальше от точки А) и сделав вывод об одновременности вспышек. Всё логично. Но здесь есть одно существенное «но», которое на некорректность формулировки никак не спишешь.

Это «но» возникает, когда переходим ко второй части, то есть, когда рассматривается вариант, что «поезд покоится, тогда как Земля быстро бежит назад под его колесами».

Давайте процитируем, как автор описывает этот момент.

«С этой точки зрения М', наблюдатель в поезде, придет к заключению, что вспышка в Б действительно произошла раньше, чем в А, – в той последовательности, в какой он их наблюдал. Он знает, что находится посередине между этими вспышками и, поскольку считает себя покоящимся, вынужден заключить, что вспышка, которую он видел первой, произошла раньше, чем та, которую он видел второй.

М, наблюдатель на Земле, вынужден согласиться».

Позвольте, а почему это он находится «посередине между вспышками»? Мы же знаем, что в момент, когда он увидел вспышку из точки Б, то он был ближе к этой точке. А как только мы представили себе, что он неподвижен, то каким-то загадочным образом получилось, что он находится посередине. Может ли такое быть? Нет. То, что творится в нашем воображении, никак не влияет на реалии. Мы можем считать неподвижным какой угодно объект, а всё остальное движущимся относительно него, но при этом изменение взаимоположения всех реальных объектов относительно друг друга никак не зависит от наших мыслей. В любой момент времени взаимоположение всех реальных объектов совершенно не зависит от того, что мы принимаем за неподвижную точку. Вряд ли автор не знает этого. Но почему-то не согласовал этот момент в двух рассмотренных ситуациях. В первом варианте он не заострил внимание на том, что пассажир в момент восприятия вспышки из точки Б был ближе к этой точке. Не похоже, что это случайно. Особенно если учесть, что здесь есть и ещё один момент, о котором автор прекрасно знает и подробно объясняет в других частях книги (да и вообще, как-то абсурдно предположить, что выдающимся математик и популяризатор науки чего-то не знает в этой области). А здесь он этот момент почему-то забывает.

Дело в том, что согласно специальной теории относительности (СТО) Эйнштейна, свет, представляющий собой электромагнитные колебания, распространяется не в какой-то среде, а сам по себе. Его скорость постоянна и не зависит ни от движения источника света, ни от движения наблюдателя. Это ключевой вывод, который сделал Эйнштейн из опыта Майкельсона-Морли.

Давайте для ясности, немного видоизменим опыт, а именно – заменим свет на звук. Допустим, не молнии мелькнули в точках А и Б, а два динамика в этих точках подали звуковой сигнал. Опыт, по сути, абсолютно такой же, хотя скорость звука в воздухе распространяется несравненно медленнее, чем свет (примерно 340 м/сек). Это здесь не принципиально. В случае со звуком пассажир так же воспринял бы сигнал из точки Б раньше, чем из точки А, только к этому моменту от был бы дальше от средины (от наблюдателя М), чем в случае со светом. Ну, и данные для определения одновременности сигналов были бы другие, но суть та же. А принципиальный момент в том, что здесь в обоих вариантах не будет никаких сюрпризов с понятием «одновременность». В варианте, когда пассажир считается неподвижным, а всё остальное мчится мимо него, придётся признать, что и воздух (то есть, среда, где в данном случае распространятся звук) также мчится мимо него. А это значит, что звук из точки Б распространяется быстрее на величину скорости движения воздуха, а из точки А медленнее на ту же величину. Учитывая это, пассажир, услышав звук из точки Б раньше, чем из точки А, снова будет вынужден прийти к выводу, что сигналы возникли одновременно.

А для наблюдателя М, стоящего на платформе посередине точек А и Б, в случае, когда он считается движущимся, вообще ничего не изменится: воздух-то тоже будет двигаться вместе с ним. Следовательно, воздух относительно него остался неподвижным, и сигналы из точек А и Б будут распространяться абсолютно так же, как и в варианте, когда он считался неподвижным, а поезд двигался. Ему даже вычислять ничего не надо. Никакой относительности одновременности!

Но когда мы рассматриваем свет, то предполагаем, что он, в отличие от звука, распространяется сам по себе, без всякой среды. А это меняет ситуацию самым радикальным образом. Луч света распространяется из той точки, в которой он был сгенерирован, причём, сам по себе, без всякой среды, и его скорость постоянна и не меняется от того, что считать неподвижным, а что движущимся (собственно, это основной постулат теории относительности).

То есть, имеем: поезд с пассажиром в неподвижном вагоне ровно посередине между точками А и Б, в которых в какой-то момент сверкнули молнии. Свет от этих молний, как ему и положено, распространяется с постоянной скоростью, «не обращая внимания» на то, что всё вокруг стремительно несётся мимо поезда. В случае, когда из точек А и Б распространялись звуковые сигналы, имело значение, что и воздух движется мимо поезда, и, как следствие, звук в одном направлении распространялся быстрее, в другом медленнее. Для света такое правило не действует. Произошла вспышка, возникла первая световая волна, и она распространяется независимо от того, что вокруг движется и куда движется.

И что в итоге? В итоге имеем: пассажир в неподвижном поезде и две молнии, вспыхнувшие спереди и сзади на равном расстоянии от него. Всё. Естественно, свет, распространяясь от обеих вспышек с постоянной скоростью, и «не обращая внимания», что всё вокруг куда-то мчится, достигнет его одновременно.

А наблюдатель на платформе теперь в другом положении. Он теперь как пассажир в движущемся поезде, только движется в направлении от точки Б к точке А. И все рассуждения, которые были сделаны в первом варианте для пассажира в поезде, теперь могут быть применены к нему. То есть, он увидит сначала вспышку от точки А, потом от точки Б. Потом, как и положено, он учтёт, что к точке А он приближался, а от точки Б удалялся, посчитает насколько он приблизился-удалился, и непременно придёт к выводу, что вспышки произошли одновременно.

Важное уточнение: когда мы говорим, что «наблюдатель приближается к точке А» или «наблюдатель удаляется от точки Б», то имеем в виду не те точки А и Б на Земле, куда ударили молнии, а те места в пространстве, где эти точки располагались в момент удара молний. То есть, где они были относительно неподвижно стоящего поезда. Ведь, опять же, в момент, когда свет от молний начал распространяться, то это распространение никак не привязано к физическим точкам А и Б, находящимся на Земле. Тут нагляднее было бы рассматривать не вспышки молний, а вспышки двух светофоров, стоящих на Земле. И пусть бы светофоры после вспышек «уехали» от первоначального положения (в данном случае относительно неподвижно стоящего поезда), начало распространения света надо считать от того места, где они были в момент возникновения этих вспышек.