Продолжаем знакомство со специальной теорией относительности (СТО) на дилетантском уровне. Начало цикла здесь.
Планка поднимается все выше, будьте внимательнее!
Глядя на комментарии к очеркам, вынужден повторить: публикации адресованы тем, кто желает добросовестно разобраться в логике теории. Великим гениям, теории не знающим, но твердо уверенным, что она неверна, а также авторам собственных "теорий" - предлагается спокойно проследовать мимо!
Зачем нужна синхронизация часов?
Физика нуждается в задании координат – пространственных и временных. Так, для введения скорости требуется, по меньшей мере, пара разнесенных в пространстве часов, фиксирующих моменты старта и финиша. Однако при их помощи можно получить вообще любое значение скорости – отсутствует однозначность!
Хотя вроде бы ясно, что различные часы должны идти одинаково, быть синхронными. То есть, иметь одновременно одинаковые показания. Но возникает вопрос, что такое одновременность. Или, переводя в конструктивное русло: каким способом синхронизировать часы, устанавливать координатное время?
Очевидно: синхронизация разнесенных, разноместных часов вовсе не ясна сама собой. Если одно событие произошло рядом с нами, другое – в далекой галактике, вопрос их одновременности не покажется элементарным.
Идея: отправим сигнал от одних часов к другим, и учтем поправку на время движения, исходя из скорости сигнала!
Порочный круг. Для расчета поправки надо знать скорость синхросигнала, но, чтобы говорить о скорости, требуется заранее иметь координатное время! При определении синхронности, одновременности – использовать понятие скорости нельзя.
В обычной механике понятие одновременности казалось очевидным. Механика Ньютона подразумевает мгновенные взаимодействия. Принципиально – с их помощью можно корректно синхронизировать все мировые часы.
"Корректно" - значит, с учетом общефизического принципа причинности: причина всегда опережает по времени следствие. Посему, если имеем два события, происшедшие в двух разных точках (разноместные), и одно из них является (или может являться) следствием другого, одновременными считать их нельзя.
Если хотите, тут естественное условие, что если А одновременно с В, то и В одновременно с А. Требование выполняется, если за одновременные принимаются события, между которыми причинно-следственная связь невозможна в обе стороны.
Но в ньютоновой механике таких событий не существует! Потому в ней одновременными являются такие два события, каждое из которых может быть и причиной, и следствием другого. Те самые, связанные якобы мгновенным взаимодействием.
Причина – она же и следствие… Не кажется ли бредом?
Именно что кажется. Такова механика Ньютона, если в нее углубиться.
Часы синхронны тогда, когда выполняются законы механики Ньютона – вот и определение.
Собственно говоря, приняв, что используются инерциальные системы отсчета (это и значит, что законы Ньютона для малых скоростей выполняются!), мы косвенно определили координатное время. Добавлять сюда уже нечего.
Часы системы отсчета – условные, воображаемые. Как и сама эта система. Если мы приняли в выкладках физические законы в «стандартном» виде, значит, система отсчета инерциальна, и больше хлопотать не о чем. Вопрос синхронизации координатных часов теоретический, а не какой-то прикладной!
В учебниках по СТО все совсем не так!
Да, традиционно говорят о замере времени прохождения светом фиксированного отрезка между часами – сначала в одну сторону, потом обратно. Время в пути определяется, естественно, вычитанием показаний двух часов. Равное время туда и обратно свидетельствует, что часы синхронны, ну а если нет, их можно подвести. Так было у Эйнштейна.
Но такой способ вовсе необязателен. Синхронизация часов основана по сути дела на принципах однородности и изотропности пространства в ИСО.
Вот пример. Из середины отрезка, соединяющего часы А и В, разлетаются в обе стороны два одинаковых шарика, растолкнутые пружиной. Моменты достижения ими часов принимаем одновременными. Иначе не соблюдался бы закон сохранения импульса.
А что там с событиями?
В СТО вполне возможны разноместные события, не могущие быть связанными причинно-следственной связью, и потому претендующие на роль одновременных. А именно – такие, что сигнал от события А не успеет дойти к точке события В, и наоборот.
Говорят, что А и В квазиодновременны. Моментов В, квазиодновременных с А, множество: целый отрезок – по часам в точке В. Истинно одновременным А считают момент В, соответствующий середине этого временного отрезка, что эквивалентно хрестоматийному способу Эйнштейна.
Заметьте, в СТО можно ввести и такую синхронизацию часов, которая будет давать неинерциальную систему отсчета. В ньютоновой механике подобное невозможно, корректное координатное время одно-единственное.