44
О машине времени и теории относительнойности
В восьмой главе курса физики для 10 класса вы познакомились с построатами специальной теории относительнойности (СТО) и основными следствиями из них. Однако из положений СТО утверждает, что одновременность пространственного разделенных событий относительной, т. е. зависит от того, в какой системе отчета ведется наблюдение. Это утверждение, как и многие другие, относится к теории относительнойности, какется страным, даже парадокальным и уже во всяком случае противоречит эздравому смыслу. А почему?
С первых шагов научной фантастики одним из изложенных приемов жанра стало «перемешение во времени». Многие авторы использют его для создания красного «временного парадокса», абсурдного замыкания цепочки событий. Так, геройя одного фантастического рассказа перемешается в предыдущем состоянии и знакомится с симpatичным коншей, который, как ей известно, должен стать автором заменательных открытий. Именно так и произходит, но только благодаря тому, что сама геройя, обладая хорошей памятью, вовремя излагает ему все детали очередного открытия, известного ей из «будущих» учебников и монографий. Как вы понимаете, никто ничего не открывал. Проsto из-за перемешения во времени следствие (геройя рассказа знает детали открытия) произило равные причины (совершение самого открытия), что и приведо к парадоксу.
Что бы таких парадоксов не возникало, нельзя, как подсказывает здравый смысл, менять местами прошло и будущее.
— Стоп! — скажете вы.— В таком случае, что-то не в порядке с теории относительнойности. Ведь относительно одновременности ознакомлен, что для разных наблюдателей порядок следования событий во времени может быть различным.
Посяhim это на конкретном примере. Рассмотрим неподвижно стоящую на рельсах очень длинную платформу A, на концах которой находится два приемника света, и два поезда B и C, едиших вправо и влево соответственно. В какой-то момент времени в точке, расположенной точно посередине между приемниками, производится мгновенная вспышка света. Изовем это событие №1. Тогда событие №2 — луч света фиксируется левым приемником и событие №3 — луч света фиксируется правым приемником. Ясно, что в системе отчета, связанной с платформой A, событие №2 и №3 происходит одновременное. Однако в системе отчета, связанной с поездом B, который едет вправо, событие №3 произойдет равнее, чем событие №2, так как правильный приемник в этой системе движется навстречу лучу света, а левый приемник от луча света убегает. В системе отчета, связанной с поездом C, который едет вправо, событие №3 произойдет позже, чем событие №2. Все дело тут, конечно, в том, что для всех трех наблюдателей свет распространется с одной и той же скоростью (в соответствии со вторым поступатом СТО).
Получается, что с появлением СТО само понятие «раньше-позже» стало относительноим. То, что в одной системе отчета было «раньше», в другой системе может оказаться «позже».
— Все это выглядит очень страным,— скажете вы.— Как мы видели, менять события местами во времени через сервисы последствиями.
Оказывается, все не так страно. Лишая абсolutного смысла понятия «раньше-позже» и «одновременно», СТО никогда не приводит к нарушению принципо-следствий связи между событиями. Если одно событие является следствием другого, то в любой системе отчета оно будет произvodить позже. Обратите внимание — во всех системах отчета (A, B и C) событие №1 (испускание света) произvodит равь-
45
Схема абсолютной (не зависящей от системы отчета) классификацией событий. Для простоты оставлена лишь одна пространственная ше, чем события № 2 и № 3 (прибытие этого света на приемники). Она происходит равные с точки зрения любого наблюдается — ни в одной системе отчета не может свет сначала прийти на приемник, а потом излучиться источником. Вывод ясен: неправильно было бы утверждать, что любые два события можно, изменив систему отчета,omenять местами во времени.
Когда же это возможно, а когда нет? Начнем с другого конца — постараемся установить, когда между двумя событиями может существовать принцип-следственная связь.
В классический (доэйштейнновской) физике на этот вопрос существовал следующий простой ответ: если одно событие происходит позже другого, то оно может быть его следствием, независимо от того, где эти события происходит. Дело в том, что не было никаких оснований полагать, что скорость передачи информации (сигналов) чем-то ограничена. Тогда, если даже событие произшло очень далеко от события и совсем не намного позже, можно, используя сигнал достаточно большой скорости, передать в точку информацию о событии еще до наступления события . Получается, что любое нарушение временной последовательности событий «раныше-позже» могло привести к нарушению принцип-следственных связей. Поэтому естественно, что понятие «раныше-позже» и «одновременно» в классический физике были абсолютными, т. е. не могло координата, т. е. каждому событию соответствует точка на плоскости «пространство (x) — время (t)».
ли зависять от системы отчета (см. рисунок).
В соответствии с теорией относительнойникостиника сигнал не может распространяться со скоростью, большей скорости света в вакууме . Исходя из этого, меняется и условия возникновения принципной связи между событиями. Если луч света из точки приходит в точку до того, как там произшло событие, то событие может повлять на событие . Именно в таком случае событие считается принципно связанным с событием . Запишем это условия так:
где — расстояние между точками, где происходит события и . Условие
означает, что событие может быть следствием события , т. е. событие является принципно связанным с событием , хотя и в обратном порядке. Если же
то события, даже не будучи одновременными, полностью независимы одно от другого,никакая информация об одном событии не может прийти к моменту настоящего другого.
Все это условия изобравено на рисунке. Если, например, событие связано с событием соответствующим, т. е. не могло координата, т. е. каждому событию соответствует точка на плоскости «пространство (x) — время (t)»