Пространство и время глазами дилетанта - Сергей Сергеевич Сергеев

то к скорости света прибавится скорость лампы и свет дойдёт до меня быстрее». На что женщина-физик отвечает: «Увы, многочисленные и тончайшие опыты доказали, что это не так. Скорость света всегда одинакова, и не зависит от того, движется источник света или нет. Если даже вообразить, что наш вагон мчится почти со световой скоростью, то и тогда свет от него побежит не быстрее, чем от неподвижного прожектора, на платформе». Все эти её слова сопровождаются очень наглядным мультиком с мчащимся поездом и стоящим на земле прожектором, зажёгшимся аккурат в тот момент, когда с ним поравнялся мчавшийся локомотив со своим светофором, зажёгшимся также именно в этот момент. И оба луча одновременно достигли семафора. Ну да, из мультика наглядно видно, что свет от прожектора локомотива «побежит не быстрее». Но разве здесь есть что-то удивительное или загадочное? И причём здесь упомянутые «многочисленные и тончайшие опыты»? Для выяснения этого вопроса достаточно сесть в лодку, покататься и понаблюдать за поведением волн. (Опять женщина-физик хитрит: вместо щекотливой темы о постоянстве скорости света относительно любой системы отсчёта, она объясняет независимость скорости света от скорости движения источника. А чуть позже в своих дальнейших объяснениях она будет вести себя так, как будто объясняла именно независимость скорости света от системы отсчёта.)

Пассажир уточняет: «Значит, один фонарь стоит на платформе. А другой мчится вместе с вагоном. И оба луча пойдут с одинаковой скоростью? И оба придут одновременно?» Услышав утвердительные ответы, он подытоживает: «Это действительно странно».

По логике вещей, женщина-физик в этот момент должна бы объяснить, что ничего странного пока нет, что ни о какой «удивительной загадке света» речи пока не идёт. И, очевидно, ей следовало бы просто рассказать примерно то, о чём мы написали чуть выше – что скорость распространяющихся волн в любой среде постоянна и не зависит от движения источника волн. (Вообще-то, пассажиры и сами должны бы знать это из школьного курса физики.) Можно было бы для наглядности показать аналогичный мультик, только вместо светофоров поставить, например, источники звука, и тогда картина была бы точно такой же (за исключением величины скорости, конечно). Пока всё просто, всё вписывается в классическую ньютоновскую физику.

Но женщина-физик ничего этого не объясняет. Напротив, она подтверждает, что пассажир всё правильно понял про «удивительную загадку света». И ни словом, ни полусловом не обмолвилась о том, что это свойство является общим для всех волн, а не только световых. Но! Но много раз прозвучавшее упоминание о постоянстве скорости света, сделало своё дело: теперь слушатели усвоили этот постулат железно. И уже не важно, что только для света это постоянство имеет странное (вернее, абсурдное) свойство быть таковым относительно любой системы отсчёта, и именно эта подробность отличает распространение световых волн от всех прочих. От этого нюанса внимание слушателей было умело отвлечено словесными манипуляциями женщины-фокусника. Извините, женщины-физика.

А давайте, всё-таки, заострим внимание на этой недосказанности. Согласно Эйнштейну, особенность света в том, что его скорость не просто всегда одинакова и не зависит от скорости движения источника; главное – она постоянна относительно любой системы отсчёта.

Как такое представить? Хороший вопрос. Возвращаясь к примеру с наглядным мультиком, где свет от мчащегося локомотива и неподвижного светофора движутся с одинаковой скоростью, эта самая скорость одинакова относительно земли. А если в этом мультике обратить внимание на скорость света относительно локомотива, то ясно видно, что эта скорость будет равна скорости света минус скорость локомотива.

И что делать? Признать, что теория относительности ошибочна? Да боже упаси! Напомним, что наше дело дилетантское, – разбираться с азами, остальное нас не касается. Тем более, не надо забывать, что критика теории относительности запрещена во многих странах. В нашей стране она запрещалась аж трижды. Последний такой запрет это постановление Академии наук СССР от 1964 года. И он до сих пор не снят. Так что ни о какой критике здесь не идёт и речи, сейчас мы всего лишь пытаемся разобраться со странностями объяснения азов теории относительности.

Итак, на данный момент из уст женщины-физика мы пока не услышали ничего, что имеет хоть какое-то отношение к теории относительности. Приведённые ею мысленные эксперименты полностью объясняются положениями классической физики Ньютона. Но! Но впечатление осталось! Осталось впечатление того, что все эти словеса уже объяснили какие-то премудрости теории относительности, причём, все объяснения вполне логичны. Тут и многократно приводимые примеры «относительности» (относительность понятий «право-лево», относительность движения поездов по отношению друг к другу, относительность движения поезда и станции и, конечно, классический школьный пример про идущего по вагону пассажира, скорость которого относительно вагона и относительно земли разная), и «откровение», что «движение абсолютно, скорость относительна», и даже упоминание об «удивительной особенности света». И ещё была мутная, маловразумительная фраза о постоянстве скорости света. Всё.

Но, подчеркнём, до этого момента абсолютно ничего относящегося к теории относительности в объяснениях женщины-физика нет. И хотя многократно, на все лады произносилось слово «относительность», это, прошу прощения за тавтологию, не та относительность, про которую говорит Эйнштейн. Здесь есть принципиальная разница. В приведённых до этого момента примерах все наблюдатели какого-либо события видят одну и ту же картину. Например, когда пассажир идёт по вагону, то другие пассажиры видят, что он идёт относительно вагона со скоростью пять километров в час, а относительно земли шестьдесят пять километров в час. Наблюдатели на платформе видят абсолютно то же самое. А в теории Эйнштейна относительность «другая»: разные наблюдатели, наблюдая одно и то же событие, видят совершенно разное. Именно в этом ключевое отличие понятия «относительность» ньютоновской физики, от этого же понятия в теории относительности. Всё, что женщина-физик до этого момента говорила про относительность, абсолютно правильно, но к теории относительности это никак не «пристёгивается».

И ещё один нюанс, о котором женщина-физик скромно умолчала. Волны, как известно, не существуют как что-то самостоятельное, они распространяются в какой-то среде, и являются, по сути, одной из динамических характеристик данной среды. А в какой среде распространяются световые волны? Это вопрос интересный. Согласно специальной теории относительности (СТО) Эйнштейна, свет распространяется не в какой-то среде, а сам по себе. А ведь волна это колебания (продольные или поперечные) какой-либо среды. Колебания сами по себе не существуют. Есть маятник и есть его колебания, а если маятник убрать, то о каких-то колебаниях говорить бессмысленно. Точно так же волны на воде могут быть только при наличии воды, а если убрать воду, то ни о каких волнах не может быть и речи. А вот световые волны, согласно теории относительности, существуют и распространяются без всякой среды, сами по себе. Вот