Предложив способ визуализации взглядов Эйнштейна на гравитацию и пространство-время, мы можем перейти к первоначальным вопросам, поставленным нашим футуристическим сценарием в предыдущих статьях.
Я говорил о расчетах дилатации и значениях сокращения. Очевидный вопрос:
"действительно ли время и пространство расширяются и сжимаются?” Все это проистекает из наблюдения. Вплоть до начала 1900-х годов в физике доминировали две очень большие идеи, исходившие от Исаака Ньютона и Джеймса Максвелла.
Исаак Ньютон утверждал, что время и пространство абсолютны и неизменны для всех наблюдателей. Он определил, что время проходит одинаково для всех вещей и инвариантно ко всем способам его измерения. Он также определил пространство как неподвижное и неизменное. Это были важнейшие определения при формировании его математической обработки того, как массивные тела взаимодействовали гравитационно.
Джеймс Максвелл разработал математическую основу, описывающую поведение электрической энергии и магнетизма. Его подход включал моделирование обеих физических систем с использованием полей, которые взаимодействовали друг с другом по-своему, показывая, что они были частью одного процесса. Одним из продуктов этих взаимодействий были электромагнитные волны, при изучении которых он обнаружил, что скорость этих волн была точно такой же, как мы измерили скорость света: приблизительно 300 000 000.
Это не было совпадением, и позже он доказал, что сам свет был электромагнитной волной. Любопытное следствие того, как работали его математические законы, заключалось в том, что свет распространяется только с одной скоростью независимо от относительного движения. Поразительное осознание того, что даже если кто-то движется относительно кого-то другого и испускает свет, оба человека будут измерять этот свет как одну и ту же скорость, что означает, что вы не увидите, как свет движется “быстрее”, потому что кто-то движется быстрее, чем вы, испуская этот свет.
Это было прямым противоречием с ньютоновской физикой, которая утверждала, что скорости измеряемых объектов складываются и вычитаются в зависимости от их относительного движения. Чтобы прояснить проблему между этими двумя теориями, я использую мысленный эксперимент, разработанный Эйнштейном и проиллюстрированный в его работе, описывающей специальную теорию относительности.
Представьте себе, что два друга, один по имени X, а другой Y. Y стоит на железнодорожной станции во время грозы, а X находится в поезде. Поезд приближается к станции с большой скоростью, и когда он проходит, две молнии ударяют в землю, одна впереди движущегося поезда, а другая позади него (болты A и B). Эти удары совпадают с моментом, когда Y и X находятся напротив друг друга. С точки зрения Y, обе молнии A и B ударяются о землю одновременно; свет от каждого болта перемещается на одно и то же расстояние, чтобы одновременно достичь Y. Но в поезде X движется в направлении болта A и от болта B. Таким образом, свет от болта A имеет меньшее расстояние для перемещения, а свет от болта B имеет большее расстояние для перемещения. Поэтому X видит, что болты ударяют в разное время. Ударили ли молнии в землю в одно и то же время или в разное время?
Рассмотрим это внимательно: наши два противоречивых постулата заключаются в том, что время и пространство абсолютны и что скорость света одинакова для всех наблюдателей независимо от относительного движения. Y будет измерять время обоих ударов молнии, чтобы быть одновременными, так как время их попадания будет происходить в одно определенное время на их часах, скажем, в 4 часа и 10 секунд.
Если время и пространство являются абсолютными, то X должен также измерять удары молнии, происходящие как в 4 часа и 10 секунд. Но если скорость света является фиксированным значением для всех наблюдателей, то X должен видеть удар болта A первым, скажем, в 4 часа и 9 секунд, а затем удар болта B вторым в 4 часа и 11 секунд. Для того чтобы X мог произвести измерение одновременного удара обоих болтов, свет болта B должен был бы двигаться быстрее, чем свет болта A, чтобы достичь положения X одновременно. Чтобы поддержать постулат Ньютона о том, что время и пространство абсолютны для всех систем отсчета, скорость света должна изменяться. Но если скорость света фиксирована и одинакова для всех систем отсчета, то это должно означать, что время и пространство должны отличаться.
Так кто же был прав, Ньютон или Максвелл? Чтобы ответить на этот вопрос, Эйнштейн предложил и доказал теорию "относительности одновременности". Оба наблюдателя были правы в своей системе отсчета из-за фиксированной скорости света. Y увидел, что болты ударились о землю в то же самое время, потому что свет перемещался к позиции Y через неизменное расстояние с заданной скоростью. Однако, с точки зрения X, болты ударили в разное время из-за движения X относительно Y. Свет от болта A попал в X первым, так как опорная рама X двигалась к этому болту и удалялась от болта B, таким образом, B поражает второе.
Продолжение - https://zen.yandex.ru/media/id/5d8b970bd5bbc300ae3b9449/vremia-i-prostranstvo-otnositelnost-odnovremennosti-chast-5-5d9cf75b78125e00afcd7dc0?from=editor
