Куда течет река времени

Действительно, если, скажем, прожектор и наблюдатель покоятся друг относительно друга и наблюдатель измеряет скорость света, идущего от прожектора, как величину с, то, казалось бы, когда наблюдатель будет двигаться навстречу световому лучу, то по отношению к нему скорость света увеличится и будет больше с. Но мы теперь уже знаем, что многочисленные опыты и наблюдения показали, что этого не происходит: скорость света остается прежней. И все же порассуждаем еще на эту тему.

рис. 1

Пусть в быстро летящей ракете наблюдатель посылает световой сигнал от потолка к полу, который, отразившись от зеркала на полу, возвращается к потолку (рис. 1). Наблюдатель в ракете видит, что этот луч идет туда и обратно точно по одному и тому же пути. Неподвижный же наблюдатель вне ракеты видит, что луч света, летящий от потолка к полу и обратно, перемещаясь вместе с ракетой, совершает V-образный путь, который больше, чем только «вниз и вверх» для наблюдателя в ракете. Значит, и скорость светового сигнала с точки зрения внешнего наблюдателя должна быть больше, чем для наблюдателя в ракете.

Но стоп! Вспомним, что скорость сигнала есть отношение длины пути ко времени его прохождения. Путь для внешнего наблюдателя больше, это так! Значит, скорость будет тоже больше? Однако это было бы так, если время прохождения луча для обоих наблюдателей было бы одинаковым! — это последнее кажется очевидным. Ведь в обоих случаях это время распространения сигнала «туда и назад». Да, конечно, но только, если мы считаем, что для обоих наблюдателей — и для неподвижного и для движущегося — время течет одинаково! Но какие в этом могут быть сомнения? Ведь это же время — общая для всех длительность.

В этом и заключается загвоздка. Мы молчаливо считаем, что время для обоих наблюдателей течет одинаково. Однако что, собственно, заставляет нас так считать?

Так заставляет нас считать опыт. Для всех ситуаций, известных из практики, мы знаем, что часы тикают в одинаковом темпе (если они исправны) независимо от движения, иными словами, что время течет одинаково. По окончании путешествия и неподвижные часы, и те, которые двигались, покажут одинаковое время. Но это только потому, что мы имеем дело с медленными движениями! Опыты Майкельсона — Морли, а затем и других были первым указанием на то, что при быстрых движениях вывод об одинаковом темпе течения времени будет неверен!

А. Эйнштейн был первым, кто ясно осознал этот факт. Сделать это было очень трудно. Надо было не только полностью разобраться во всех результатах многочисленных экспериментов, но самое главное — полностью отрешиться от прежних стереотипов мышления, которые складывались в науке длительное время и казались незыблемыми.

Вывод теории Эйнштейна состоит в следующем. Если какой-либо наблюдатель изучает процессы в быстродвижущейся по отношению к нему «лаборатории», то эти процессы текут медленнее, чем такие же процессы в его «лаборатории». Например, на быстролетящей ракете медленнее тикают часы, медленнее стучит сердце космонавта, медленнее текут в его теле все биохимические процессы, медленнее колеблются электроны в атомах и т. д. Все, абсолютно все процессы замедляют свой темп, а это значит, что медленнее течет само время. Замедление времени тем больше, чем больше скорость ракеты. Если скорость ракеты приближается к скорости света, то темп протекания времени приближается к нулю (к остановке времени) и все процессы становятся бесконечно долгими. При скоростях малых (скажем, при наших повседневных земных) по сравнению со скоростью света замедление времени столь ничтожно, что совершенно незаметно.

У читателя может закрасться сомнение, что указанное замедление процессов является, так сказать, только видимым, именно когда наблюдатель рассматривает быстро проносящуюся мимо него ракету. Ведь ракета в разные моменты времени находится от наблюдателя на разных расстояниях, и свет, который несет наблюдателю картину процессов на ракете, покидает ракету в разные моменты времени и проходит разный путь до наблюдателя, затрачивая тем самым разное время. Может быть, все дело в том, что световые сигналы по-разному запаздывают, достигая наблюдателя, и это искажает истинную картину происходящего на ракете?!

Нет, все сказанное о замедлении времени относится к действительному темпу процессов с учетом разного запаздывания световых сигналов, идущих к наблюдателю. Иными словами, это истинное замедление всего происходящего на ракете с точки зрения внешнего наблюдателя.

Наверное, для тех, кто впервые слышит о замедлении времени, с этим фактом очень трудно примириться. Я, например, начал пытаться в этом разобраться, когда учился в пятом классе, и мне потребовались годы, чтобы до конца понять, в чем здесь дело. О трудности восприятия теории относительности мы еще поговорим.