Насколько мне известно, теорию относительности назвал так не ее автор Эйнштейн, а Макс Планк. Планк назвал ее "относительная теория" (Relativtheorie), а Альфред Бухерер впервые употребил термин "теория относительности" (Relativitätstheorie). По-русски в ходу термин "релятивистский", но теория — относительности, хотя я иногда употребляю кальку "релятивистика" для краткости.
Так почему же там слово "относительность"? Потому что в основе теории лежит принцип относительности: нет единой, правильной для всех точки зрения, то есть абсолютной системы отсчета.
Сам принцип был формулирован еще Галилео: нет смысла в понятии абсолютного движения. В ряде случаев можно разумно, обоснованно указать покоящуюся систему отсчета: например, при решении задачек про машины и поезда логично считать Землю неподвижной, равно как и в задачах геофизической гидродинамики. А в задачах в пределах Солнечной системы разумно считать неподвижным Солнце.
Но это вопросы удобства и упрощения, а формально все системы отсчета равноправны. Так вот, в одной может быть так, а в другой иначе, и это не повод для огорчения. Дело не в том, что кому-то кажется так, а на самом деле иначе: нет, отсутствует это "на самом деле". Оба правы.
Пример. Жених видит невесту в отдалении, и она "маленькая": стоит на его ладони. Девушка видит маленьким его, может быть он тоже стоит на ее ладони. Популярный кадр для свадеб. "На самом деле" они примерно одного роста, так? А это, на фото — иллюзия.
А в теории относительности иначе. Иллюзии тоже есть, но утверждение глубже: часы на летящем корабле на самом деле тикают медленнее с точки зрения неподвижного наблюдателя (по сравнению с его собственными часами). Тогда как с точки зрения наблюдателя на этом корабле все наоборот, и тоже на самом деле. А одновременные события с точки зрения одного не одновременны для другого.
Интуиция здесь возражает: если двое видят разное, и оба правы, то как они выкрутятся при очной ставке? Ответ прост: если очная ставка возможна, то показания обоих будут совпадать. Если два события произошли в одной и той же точке в одно и то же время в одной системе отсчета, то они совпадут и в другой. Если некоторая величина не зависит от системы отсчета, то она и будет одной и той же для обоих.
Многочисленные парадоксы давно разобраны, и ваш покорный слуга внес некоторый вклад в это благородное дело, ответив на несколько не столь тривиальных вопросов. Давайте сделаем некоторые общие выводы.
Основная ошибка — это попытка ввести абсолютный эталон длины или времени, или абсолютную одновременность. Попытка интуитивно оправданная, но неверная в своей основе.
Приведу аналогию. В геометрии Лобачевского все так же, как у Эвклида, за исключением одной аксиомы. Она заменена на другую: у Эвклида "через данную точку вне данной прямой можно провести ровно одну прямую, не пересекающую данную", а у Лобачевского "не менее двух".
Аксиома Лобачевского не интуитивна, поэтому и следствия тоже. Но система аксиом непротиворечива (если такова система Эвклида). Ее можно отвергнуть на базе эксперимента, это да. Но парадоксов нет.
А вот аксиома "...ни одной прямой" противоречит другим аксиомам, поэтому то, что одну можно — можно доказать. А вот ровно одну или более одной — это как захотите.
Конечно, какие-то результаты "ни в какие ворота", например, признак равенства треугольников по трем углам. Но это не парадокс. Нет противоречий выводов с посылками, нет и ошибок в логике. Есть противоречие с наблюдаемой реальностью, ну так в никто не спорит, что с хорошей точностью верна геометрия Эвклида.
А в теории относительности нет противоречий и с экспериментом тоже. При малых скоростях различия малы, а при высоких все сходится. Но в любом случае, с чего мы взяли, что у нас есть абсолютный эталон длины, например? Какие основания для этого, кроме интуиции, воспитанной на совершенно нетипичных для вселенной примерах?
Вот на Земном шаре прямыми можно считать линии, которые мы и называем прямыми в бытовом смысле. Это дуги больших кругов, вроде экватора или меридианов. В малом все очень похоже на Эвклида (это называется приближение бета-плоскости), а вот в большом масштабе возникают проблемы: во-первых, все "прямые" пересекаются, параллельных нет. Во-вторых, как уже было сказано, нарушается другая аксиома: "через две точки можно провести одну единственную прямую". Через два полюса можно провести много больших кругов.
Вот Эйнштейн и сказал, что "на самом деле она круглая", и геометрия не такая, как казалось. И это можно проверить в эксперименте, и проверено; поэтому любой отрицатель находится точно на том же уровне, что и плоскоземелец.
Аналогично и с квантовой механикой. Всегда считалось, что можно "посмотреть" на объект, не меняя его — а это не так.
Почему же нельзя назвать замедление времени кажущимся? Ведь мы все равно не можем его непосредственно замерить на летящем корабле?
Во-первых, потому что корабль может считать, что покоится именно он, а движется наш корабль. Если ничего, кроме кораблей, у нас нет, то спорить сложно. А если и есть (планеты, звезды, Рим), то все равно, системы отсчета формально равноправны.
Во-вторых, есть конкретные экспериментальные и наблюдаемые следствия. Например, мюон. Эта частица рождается в верхних слоях атмосферы, летит быстро и распадается тоже быстро. Долетать до поверхности земли она не должна: распадется раньше. Однако долетает. Дело в том, что время для нее идет замедленно (с нашей точки зрения) и пока у нас проходит, скажем, пять секунд, у нее проходит одна. За пять секунд она успевает долететь с запасом, а распадается за одну. Числа условны!
Если мы посмотрим с точки зрения системы, которая летит столь же быстро, то в ней мюон покоится и распадается за одну секунду, скажем. Чтобы долететь, этого мало? Но тут играет лоренцево сокращение длин. Навстречу мюону движется Земля, и расстояние сокращается в те же пять раз, так что лететь надо не две секунды по часам мюона, а всего 0.4: хватит с запасом.
Ну а все-таки, нельзя ли просто не считаться с точкой зрения какого-то там внешнего наблюдателя? Мало ли что он там видит?
Нельзя. Если тел больше одного, приходится рассматривать движущиеся тела. Имеет место замедление часов в гравитационном поле или при движении (парадокс близнецов вполне себе проверен экспериментом с часами, которые возили в самолете). Имеет место лоренцево сокращение расстояний (мюон гарантирует это, как и замедление его распада с точки зрения нас). Искривляются лучи вблизи звезд и частицы в ускорителях строго следуют формулам теории относительности. Это не изящный парадокс из серии чайника Рассела, теория дает проверяемые предсказания, которые проверяются и подтверждаются.
