(Как шутливо называл свои популярные работы сам Эйнштейн, "в общеНЕдоступном изложении",)
Можно сказать, что Теорию Относительности популяризировали очень многие авторы, в основном, физики.
Начинают с двух основополагающих постулатов Эйнштейна:
Все физические процессы в инерциальных системах происходят совершенно одинаково.
Скорость света относительно любой системы одинакова, независимо от её движения.
Инерциальная система - это:
Тут обычно приводится (причём маститейшими и авторитетнейшими физиками) определение, как "системы, которые движутся равномерно и прямолинейно друг относительно друга."
Это - общепринятое и общеизвестное "кинематическое" определение инерциальных систем, на мой взгляд, НЕВЕРНОЕ.
Оно как бы приглашает нас к такому трюку:
Допустим, у нас имеется некая система, некое тело, которое движется относительно нас НЕравномерно и НЕпрямолинейно. То есть нельзя считать его Инерциальной. Системой. Но, давайте будем измерять численное значение его скорости и направление его движения в течение очень коротеньких промежутков времени, таких коротеньких, что даже самые чувствительные измерители скорости и измерители "прямизны" его траектории не обнаружат НИКАКОГО изменения ни в том, ни в другом. Отсюда следует вывод, что (с известной натяжкой) мы можем считать данное тело в эти коротенькие промежутки времени системой инерциальной! Ибо никаких изменений ни величины. ни направления скорости не наблюдается!
Эту ошибку, кстати, делает и сам Эйнштейн в своей знаменитой первой статье о СТО в 1905 году "К электродинамике движущихся тел". Параграф 10 - "Динамика (слабо ускоренного) электрона".
НО, если таким приёмом мы делаем из Неинерциальной системы Инерциальную, то тогда, подбором соответствующих ОЧЕНЬ коротеньких промежутков времени и микрокусочков траектории, ЛЮБОЕ беспорядочное хаотическое движение можно свести к инерциальному, что ПРИНЦИПИАЛЬНО НЕВЕРНО.
Есть другое определение Инерциальных систем - динамическое.
Совершенно ВЕРНОЕ, на мой взгляд.
Это системы, в которых соблюдаются законы Ньютона, проще говоря, нет никаких неизвестно откуда взявшихся фиктивных сил, заставляющих тела в нашей системе вдруг срываться с места и двигаться куда "захочется". Пример НЕинерциальной системы, где НЕ соблюдаются указанные законы -- резко затормозивший автобус или поезд. Все пассажиры вдруг, ни с того, ни с сего, устремляются вперёд, и все их вещи и любые незакреплённые тела тоже летят вперёд, вроде бы БЕСПРИЧИННО. Ведь никто и ничто нас и всего остального не толкало и не било! И даже никакого невидимого, двигающего всё, силового поля при этом не возникало! Так вот, такая система ТОЧНО НЕИНЕРЦИАЛЬНАЯ.
Если же тела в нашей системе этих штучек не вытворяют, это значит, что соблюдаются законы Ньютона, Первый (инерции) и Второй (зависимости ускорения от приложенной силы и массы тела).
Почему ЭТО определение верно, а первое неверно?
Потому что в ускоренной, неравномерно и непрямолинейно движущейся системе, какие бы коротенькие моменты времени и отрезки траектории мы ни выбирали, СИЛЫ ИНЕРЦИИ будут продолжать действовать на все тела в нашей системе! И никаким сокращением времени и укорачиванием отрезка пути этих сил инерции НЕ УНИЧТОЖИТЬ!
(В Общей Теории Относительности обнаруживается ещё более парадоксальная вещь: Оказывается, что даже ускоренно движущаяся система может имитировать инерциальную, например, лифт, свободно падающий в поле земного тяготения. Пребывая в нём, наблюдатель по всем показаниям приборов установит, что находится в инерциальной системе отсчёта. Это знают и космонавты, хотя находятся в спутнике, который движется НЕравномерно и НЕпрямолинейно. Невесомость - это один из признаков инерциальной системы.)
Итак, обычный пример популяризаторов для объяснения того, что время в движущейся системе течёт иначе, чем в неподвижной. Начинают, вроде, издалека.
Представим себе очень длинный перрон, мимо которого быстро движется очень длинный поезд. У нас есть два наблюдателя, один - точно в середине поезда, другой - точно посередине перрона. У концов поезда и перрона (мы заранее сравнили и подобрали так их длины, что они в точности равны) стоят лампы, которые по сигналам заранее синхронизированных часов, дают короткую вспышку света. Когда? Тогда, когда начало и конец поезда и перрона точно совпадут друг с другом. Поезд проносится мимо перрона, совпадение, вспышки ламп на перроне и в поезде. Наши наблюдатели в точной середине смотрят на экраны, когда те осветятся пришедшими пучками света. Как только осветились, каждый издаёт короткий крик длительностью в одну десятую секунды.
Итак, наблюдатель в поезде видит свет, пришедший одновременно с обоих концов и издаёт крик.
Наблюдатель на перроне, тоже видит свет, достигший его экранов одновременно и тоже издаёт крик.
Вопрос: Совпадёт ли момент одного крика с другим?
Наблюдатель на перроне рассуждает следующим образом. Моя система неподвижна, в отличие от поезда. Ко мне световые сигналы придут одновременно. Но не так будет в движущемся поезде. Свет там распространяется с той же скоростью, что и у меня, но экран наблюдателя с одной стороны приближается к пучку света, двигаясь навстречу ему, другой же свет должен догонять удаляющегося от него наблюдателя с экраном. Поэтому он вопримет световые сигналы НЕОДНОВРЕМЕННО, как я, а сначала один, бегущий навстречу, а потом другой, догоняющий. Двойной крик!
Дальше популярное объяснение внезапно прерывается и авторы спешат торжественно вострубить: Как видит читатель, понятия одновременности в разных системах РАЗНЫЕ! А до Эйнштейна все считали, что время в любых системах течёт одинаково. Но раз одновременность разная, "неодновременная", значит и время не может течь одинаково!
Вот тут загвоздка.
Нам только что показали, что, вроде бы, нет "одной одновременности" в двух, движущихся друг относительно друга системах. Но отсюда вовсе не вытекает, что время течёт по-разному. Просто некоторые события происходят, по-видимому, неодновременно и всё. Нет ни малейшей логической связи критики одновременности в разных системах и неодинаковым ходом времени в них.
Теперь вспомним о рассуждениях наблюдателя в поезде. Он считает себя НЕПОДВИЖНЫМ, а летящий мимо него перрон движущимся. Ведь и он по показаниям своих приборов считает себя в инерциальной системе, неотличимой от других таких же инерциальных систем. (Первый постулат СТО). Он будет рассуждать точно так же, как перронный наблюдатель и заявит, что дважды должен был крикнуть наблюдатель на перроне.
Но они оба кринули ТОЛЬКО ОДИН РАЗ, так как оба в своих системах получили световые сигналы одновременно.
А что всё же будет? Какой крик услышит наблюдатель на перроне?
Движущийся наблюдатель крикнул коротко и всего ОДИН РАЗ! А наблюдатель на перроне утверждает, что тот должен был крикнуть дважды. Так, что, звук крика поездного наблюдателя "расщепится" для перронного на два?
НЕТ! ОН ПРОСТО УСЛЫШИТ БОЛЕЕ ДЛИННЫЙ КРИК!
Время в движущемся поезде для перронного наблюдателя ЗАМЕДЛИЛОСЬ! Он услышит крик не в одну десятую секунды, а, скажем, в пятнадцать сотых.
А для поездного наблюдателя, ведь он-то прокричал ПО СВОИМ часам только одну десятую секунду? Но что ОН услышит?
Он тоже услышит более длинный крик перронного! Для него время на летящем мимо него перроне замедлилось точно так же!
Отсюда мы видим, что речь уже идёт не столь о несовместимости понятий "одновременности", сколь о том, что ход времени в движущейся относительно нас системе замедляется! Звук крика РАСТЯНУЛСЯ, хотя для кричащего он был не растянутым по его часам.
Так что мы видим не критику понятия одновременности, а именно то, что и происходит на самом деле - изменение хода времени в любой системе, движущейся относительно нас. Наиболее известное экспериментальное доказательство: Частица Мю-мезон, Мюон, рождается в верхних слоях атмосферы из-за ударного действия космических лучей. (Быстро движущихся протонов и ядер, обладающих энергией в десятки миллиардов электронвольт, а в отдельных случаях - сверхэнергичных частиц -- с энергиями до десятков квинтиллионов электронвольт, то есть единицы с девятнадцатью нулями). Время жизни покоящегося мюона - две миллионных секунды. Так что, даже если бы эта частица двигалась со скоростью света, за это время она пролетела бы всего 600 метров. А она ДОСТИГАЕТ поверхности Земли, пролетая десятки километров! Значит её коротенькое время существования удлиняется из-за субсветовой скорости движения многократно! То есть её время ЗАМЕДЛЯЕТСЯ. (Есть и другие доказательства замедления времени в движущихся системах: Опыты Айвса-Стиллуэла с так называемым "поперечным эффектом Допплера", и схожие опыты с использованием эффекта Мёссбауэра).
Между прочим, если посадить наблюдателя на упомянутый Мюон, его мнение будет таким:
Я нахожусь на покоящемся Мюоне. А весь ваш мир летит навстречу мне с субсветовой скоростью Мои часы тикают совершенно обычно, безо всяких замедлений. Зато ваш мир совершенно застыл во времени, окаменел от сильно замедлившегося времени и, более того, обратился в сферу Шварцшильда, "чёрную дыру", оставив для меня с Мюоном узенький свободный канал. А всё остальное вокруг - вещество "чёрной дыры", ибо масса вашего мира из-за вашей субсветовой скорости стала столь большой, что превратила его в "чёрную дыру". Причём канал этот тоже очень странный, он как будто где-то перед нами открывается, и где-то позади нас, как вода, смыкается. Некая "субсветовая капсюла", огибаемая стремительно налетающий на нас сферой Шварцшильда. Прямо, настоящий исход из Египта по сухому дну моря, расступающегося перед идущими и смыкающегося за ними.
Можно дать и другое объяснение Сокращение длин движущихся тел. Тогда тоже они вскрикнут одновременно (крики обоих совпадут по времени), но для каждого чужой крик всё равно будет чуть длинней его собственного.
Таким образом, если Пласидо Доминго или Лучиано Паваротти, находясь в ракете, летящей мимо нас с субсветовой скоростью, возьмут некое "до" длительностью в одну секунду по их часам, для нас их пение "до" продлится час! Да ещё с жутким смещением по всем октавам из-за эффекта Допплера и замедления времени, а значит изменения и тональности звука.
НЕУЗНАВАЕМО!
Тогда, наверно, в Италии будет принят специальный закон, о запрете трансляции опер из субсветовых ракет.
Влияние пения на зрение, точнее, на законодательство...
5 VIII 2020