Ключевым элементом специальной теории относительности (СТО) является постулат, декларирующий постоянство скорости света во всех инерциальных системах. Исходя из этого постулата и была разработана специальная теория относительности. Однако, математические и логические положения СТО настолько нетривиальны и специфичны, что многие частные проявления этой теории приводят к парадоксам. Это относится, в том числе, и к самому постулату о постоянстве скорости света. Релятивистские формулы, выведенные из этого постулата, могут опровергать сам постулат.
В Википедии, например, в статье «Односторонняя скорость света», можно встретить такую интригующую формулу для скорости света:
Однако никак не комментируется, что означает эта формула, согласно которой скорость света может принимать фактически любые значения.
Рассмотрим простой наглядный пример.
Допустим, что с Земли к другой планете посылается световой луч, и одновременно с ним стартует космический корабль со скоростью υ (рисунок). Световой луч пробегает до планеты некоторое расстояние l. Время пробега луча относительно неподвижного наблюдателя на Земле определим как τ. Тогда скорость света для этого неподвижного наблюдателя выражается соотношением:
с = l / τ (1)
При этом, согласно положениям СТО, для подвижного наблюдателя на космическом корабле интервал времени (τ´), за который луч пробежит расстояние l, будет меньшим и определяется по релятивистской формуле:
Соответственно, скорость света для подвижного наблюдателя выражается другим соотношением:
с´ = l / τ ´
Подставляя в формулу (3) соотношения из формул (1) и (2) получаем формулу для скорости света с´в подвижной системе отсчета (назовем ее релятивистской скоростью света, поскольку она выведена из релятивистской формулы для времени):
Таким образом, в рассмотренном примере получается парадоксальная ситуация, когда скорость света в подвижной системе отсчета отличается от таковой для неподвижного наблюдателя на величину обратную фактору Лоренца γ и, таким образом, зависит от скорости движущегося наблюдателя. Причем скорость света для подвижного наблюдателя превышает скорость света для неподвижного наблюдателя, признанную мировой константой (с).
Дело здесь в том, что специальная теория относительности неприменима для рассмотренного примера, и подобных ему. В рамках, которые заданы ее логическо-математическим аппаратом, скорость света для движущегося объекта гипотетически можно измерять только при определенных условиях:
– в пределах самого движущегося объекта (в рассматриваемом примере внутри космического корабля);
– измерения проводятся только для отраженного светового луча, пробегающего между зеркалами туда и обратно. При этом, скорости света в прямом и обратном направлении разные и они усредняются.
– Зеркала конструктивно соединены между собой, чтобы при релятивистском физическом сжатии объекта (космического корабля) расстояние между зеркалами изменялось на величину Лоренц-фактора γ.
Только при соблюдении набора таких довольно специфичных искусственных условий скорость света, измеренная на движущемся объекте, составит такую же величину с, как на неподвижном объекте.
(Почему нужен набор таких условий можно осведомится в статье «Конструкт специальной теории относительности» в Дзен)
Также следует добавить и еще одно условие:
– Инженер-исследователь, измеряющий скорость света по релятивистской методике, должен быть убежденным релятивистом :)