Предчувствия и свершения. Книга 2. Призраки

«Пусть человек в ящике прикрепил внутри ящика к его крышке веревку и к свободному концу ее привязал какое-либо тело. Под действием последнего веревка будет натянута в «вертикальном» направлении. Мы ставим вопрос о причине натяжения веревки. Человек в ящике скажет: «Подвешенное тело испытывает действие силы тяжести, направленной вниз и уравновешенной натяжением веревки; то, чем определяется натяжение веревки, это тяжелая масса подвешенного тела». Но с другой стороны, наблюдатель, который свободно парит в пространстве, так объяснит натяжение веревки: «Веревка ускоренно движется вместе с ящиком и передает это ускорение прикрепленному к нему телу. Величина натяжения веревки такова, что она сообщает данное ускорение телу. Величина натяжения веревки определяется инертной массой тела». Из этого примера видно, что из нашего обобщения принципа относительности с необходимостью следует положение о равенстве инертной и весомой масс. Тем самым мы получаем физическую интерпретацию этого положения».

Так общая теория относительности впервые объясняет таинственный факт равенства инертной и тяжелой масс. Это равенство есть простое следствие того, что действие однородного поля тяжести неотличимо от действия постоянного прямолинейного ускорения. Это не значит, будто бы соответствующим выбором ускорения можно заменить любое поле тяжести. Но об этом позже.

Различие между движением по инерции и ускоренным движением было ясно уже Ньютону. Но он не мог найти причину такого различия и оставил эту проблему нерешенной. Общая теория относительности приводит к нескольким радикальным следствиям, которые долго казались невероятными тем, кто уже свыкся со специальной теорией относительности, или тем более тем, кто остался на уровне механики Ньютона. Общая теория относительности отвергает не только абсолютный покой в пространстве, принятый в механике Ньютона, но лишает пространство свойств, соответствующих геометрии Евклида. Геометрия Евклида, как и механика Ньютона, могут применяться — не приводя к ошибкам— лишь вдали от массивных тел. Вблизи массивных тел евклидова геометрия несправедлива, сумма углов треугольника не равна двум прямым углам. Прямая линия не является кратчайшим расстоянием между двумя точками. Луч света идет не по прямой. Если при расчете траектории света, проходящего вблизи поверхности Солнца, учитывать не только притяжение света Солнцем, но и искривление пространства под действием его массы, отклонение геометрии в этой области пространства от геометрии Евклида, то отклонение луча света от прямой линии будет 1,7 угловых секунды, а не 0,85 угловых секунды, как давал первоначальный расчет, выполненный Эйнштейном в 1907 году. Тогда он учитывал лишь притяжение луча света к Солнцу вследствие того, что энергия имеет вес. Экспедиция Эддингтона, а потом и другие подтвердили вывод общей теории относительности, а с ним и реальность отклонения геометрии пространства вблизи больших масс от геометрии Евклида.

Отвергает ли этим общая теория относительности специальную теорию относительности? Конечно, нет. Общая теория относительности приводит к специальной в областях, достаточно удаленных от больших масс. Здесь простое есть частный случай сложного.

Близнецы-разнолетки

Одно из поразительных откровений Эйнштейна относится к вопросу течения времени. Специальная теория относительности возникла в результате отказа от понятия абсолютной одновременности, присущей механике Ньютона. Вывод о том, что движущиеся часы идут медленнее, чем неподвижные, казался многим чуть ли не мистикой. Они рассуждали так: теория относительности исходит из того, что движение относительно, значит, нельзя отличить, движутся ли данные часы относительно других или другие относительно данных. И далее: значит, данные часы отстают относительно других ровно на столько же, на сколько другие отстают относительно данных. И вывод: этого не может быть; это логическое противоречие. Каждый знает, что если одни часы отстают от других, то другие их опережают. Но еще больше масла в огонь подлил сам Эйнштейн, обративший в 1911 году внимание естествоиспытателей в Цюрихе на то, что не только ход часов, но и темп протекания всех процессов зависит от их движения. Что живой организм, отправленный в далекое путешествие с очень большой скоростью, по возвращении неизбежно окажется моложе, чем его близнец, остававшийся на месте. Скептики не только указывали ему на логические противоречия, но и с полным правом говорили, что на основе всего совокупного опыта человечества это представляется невозможным.

Общая теория относительности не только подтверждает этот парадоксальный вывод специальной теории относительности, но идет дальше. Она показывает, что ход часов зависит не только от скорости, но и от потенциала поля тяжести, в котором находятся часы, это относится и к любым другим процессам. Часы на краю вращающегося диска идут медленнее, чем на Земле или вблизи оси диска. Это подтверждает также опыт по сравнению спектральных линий на поверхности Солнца и в земной лаборатории.