Занимательная физика. Книга 2

Мы, вероятно, никогда не узнали бы о движении этого светила, если бы нам не помогло правило Допплера.

С поразительною наглядностью сказывается на этом примере то, что физика есть поистине всеобъемлющая наука. Открыв закон для звуковых волн, достигающих в длину нескольких аршин или сажень, она уверенно применяет его к невообразимо маленьким световым волнам, длиною всего в несколько десятитысячных долей миллиметра, – и затем с необычайною точностью пользуется этим знанием, чтобы измерять грандиозные движения гигантских солнц.

Со скоростью звука

Что услышали бы вы, если бы удалялись от играющего оркестра со скоростью звука?

Человек, едущий из Петрограда на почтовом поезде, на всех станциях видит у газетчиков одни и те же номера газет – именно те, которые вышли в день его отбытия. Это и понятно, потому что номера газет едут вместе с пассажиром, а свежие газеты везутся поездами, идущими далеко позади. На этом основании можно, пожалуй, заключить, что, удаляясь от оркестра со скоростью звука, мы все время будем слышать одну и ту же ноту, – именно ту, которую он взял в начальный момент нашего движения.

Однако заключение это неверно; если вы удаляетесь со скоростью звука, то звуковые волны вовсе не ударяют в вашу барабанную перепонку и, следовательно, вы не можете слышать никакого звука. Вы будете думать, что оркестр внезапно прекратил игру.

Но почему же сравнение с газетами привело к другому ответу? Да просто потому, что мы неправильно применили в данном случае рассуждение по сходству (аналогию). Пассажир, всюду встречающий одни и те же номера газет, вообразит (т. е. мог бы вообразить, если бы забыл о своем движении), что выпуск новых номеров в столице вовсе прекратился со дня его отъезда. Для него газеты прекратили бы свое существование, – как прекратилось бы существование звука для движущегося слушателя.

Возрождение старой ошибки

Любопытно, что в этом вопросе могут иногда запутаться даже ученые, – хотя, в сущности, он не так уж сложен. В споре со мной один астроном (ныне покойный) не соглашался с таким решением предыдущей задачи и утверждал, что, удаляясь со скоростью звука, мы должны слышать все время один и тот же тон. Он доказывал свою правоту следующим рассуждением (привожу отрывок из его письма):

«Пусть звучит нота известной высоты. Она звучала так с давнего времени и будет звучать неопределенно. Наблюдатели, размещенные в пространстве, слышат ее последовательно и, допустим, неослабно. Почему же вы не могли бы ее слышать, если бы с быстротою звука или даже мысли перенеслись на место любого из этих наблюдателей?»

Точно так же доказывал он, что наблюдатель, удаляющийся от молнии со скоростью света, будет все время непрерывно видеть эту молнию:

«Представьте себе, – писал он мне, – непрерывный ряд глаз в пространстве. Каждый из них будет получать световое впечатление после предыдущего; представьте, что вы мысленно и последовательно можете побывать на месте каждого из этих глаз, – и, очевидно, вы все время будете видеть молнию».

Разумеется, ни то ни другое утверждение не верны: при указанных обстоятельствах мы не услышим звука и не увидим молнии. Я останавливаюсь на этих ошибочных рассуждениях потому, что их, к сожалению, приходится встречать даже в книгах, написанных известными учеными. Фламмарион, например, делает ту же самую ошибку в своем научно-фантастическом романе «Люмен»[48].

Такие рассуждения удивительно напоминают знаменитый софизм Зенона о том, что летящая стрела неподвижна. Сущность ошибки во всех этих случаях одна и та же. Нельзя утверждать, что если в каждой точке пространства неподвижный наблюдатель видит молнию и слышит звук, – то значит, он будет видеть и слышать их также при перемещении в пространстве… Раз наблюдатель перемещается, он перестает быть неподвижным, и к нему нельзя уже применить того, что справедливо только для неподвижного наблюдателя.

Свет и время

Воспользуемся еще раз нашей беседой о поездах и газетах, чтобы обратить внимание на одно любопытное обстоятельство из области световых явлений. Световые волны – это те же номера газет: если будем быстро двигаться им навстречу, мы будем встречать их чаще, чем они исходили из своего источника. И здесь-то мы вполне уподобляемся тому вымышленному провинциалу, который воображает, что время в Петрограде течет быстрее, чем в его родном городе.