Таким образом, при наблюдении за предметом, который движется со скоростью, сопоставимой со скоростью света, размеры предмета и ход времени в его системе отсчета начинают меняться. И это не связано с какими-то физическими изменениями в самом предмете.
Но и просто "иллюзией" это также не является. Замедление времени и сокращение длины - это вполне объективный факт, в котором проявляются особенности самого пространства-времени, его объективные свойства: пространственно-временной континуум как бы поворачивается, и теперь размеры и собственное время предмета уже представляют собой некую "проекцию" на нашу систему отсчета под небольшим углом (меньше 45 градусов).
В этом нет никакого нашего произвола или субъективных особенностей измерения размеров и времени предмета. Весь наш "произвол" состоит только в том, что мы можем наблюдать за движущимся предметом из разных систем отсчета, и мы выбираем какую-то одну. Но при переходе из одной системы отсчета в другую соблюдаются строгие математические закономерности (преобразования Лоренца).
Изменение размеров предметов в зависимости от расстояния
Но есть еще один пример, когда размеры наблюдаемого предмета меняются в зависимости от системы отсчета - то есть от того, из какой точки мы наблюдаем за этим предметом.
Однажды я заметил, что если смотреть на мой аквариум с некоторого расстояния (из соседней комнаты через открытую дверь), то визуально аквариум кажется меньше по размерам. А когда я подхожу к аквариуму ближе - его визуальные размеры становятся больше.
Это явление хорошо известно, мы его наблюдаем ежеминутно: визуальные размеры предмета зависят от дистанции до этого предмета. Точнее сказать, от его углового размера.
Угловой размер (иногда также угол зрения) — это угол между прямыми линиями, соединяющими диаметрально противоположные крайние точки измеряемого (наблюдаемого) объекта и глаз наблюдателя.
Считается, что угловой размер обратно пропорционален расстоянию до предмета. Это означает, что чем дальше объект, тем меньше угол зрения, под которым он виден, и наоборот — при приближении предмета к глазу его угловой размер увеличивается.
Угловой размер предмета часто используется для определения размеров какого-либо предмета в астрономии и военном деле: зная расстояние до предмета и особенности телескопа или бинокля, по угловому размеру предмета можно достаточно точно определить подлинные размеры предмета. Или наоборот: зная размеры предмета и его угловой размер, можно определить расстояние до него.
Оптический обман?
Но какое отношение все это имеет к теории относительности? Изменение визуальных размеров предмета в зависимости от расстояния вроде бы целиком определяется законами оптики, а также особенностями функционирования нашего глаза и нашего мозга (нашего сознания).
Однако это не совсем так. В самом деле, ведь то, что угловой размер предмета уменьшается по мере его удаления от нас, обусловлено не только строением нашего глаза и мозга, но и объективными свойствами пространства и времени. То, что в нашем пространстве существуют какие-то углы, и что они меняются в зависимости от размеров предмета и расстояния до него - это свойство самого нашего пространства, его метрики (в первом приближении - евклидовой, более точно - римановой). И законы оптики - то есть как движется свет, отраженный от наблюдаемого предмета, к нашему глазу (напрямую или через оптический прибор) - также обусловлены свойствами пространства и времени.
Это даже не говоря о том, что и наблюдаем мы все предметы не такими, какие они есть в момент наблюдения, а с небольшой (или очень даже большой) задержкой: из-за того, что свет движется с ограниченной скоростью, мы видим далекие звезды не такими, какие они "сейчас", когда мы их видим, а такими, какими они были много миллионов или даже миллиардов лет назад. Мы даже Солнце видим таким, каким оно было 8 минут 20 секунд назад (примерно столько времени нужно свету, чтобы дойти от Солнца до Земли).
То есть здесь снова проявляются объективные свойства пространства и времени. И то, что предметы вдали нам кажутся "меньше", чем вблизи - это также объективное свойство пространства-времени. А наш глаз и наш мозг лишь отображают эти объективные особенности пространства-времени (и, надо заметить, отображают достаточно точно и адекватно).
И пусть данное явление не имеет прямого отношения к теории относительности, но оно предельно наглядно демонстрирует нам, что изменение размеров предмета в зависимости от выбранной системы отсчета (от расстояния до наблюдаемого предмета) обусловлено природой пространства-времени, их объективными свойствами, а не какими-то физическими изменениями, происходящими с самими наблюдаемыми предметами. Так же, как и замедление времени и лоренцево сокращение при больших скоростях обусловлено свойствами пространства-времени и выбором системы отсчета, а не какими-то физическими изменениями в самих вещах.
Выводы СТО и ОТО
Для физики здесь вроде бы все ясно. И из СТО вытекает несколько, на первый взгляд, довольно странных выводов.
Так, из СТО Эйнштейна следует, что понятие "одновременности" двух событий в различных системах отсчета вроде бы утрачивает какой-то смысл. Почему? Потому, что из СТО следует, что два события А и В, произошедшие одновременно в какой-то одной системе отсчета, могут быть не одновременными в других системах отсчета, двигающихся относительно первой с какой-то скоростью. Более того, в какой-то системе отсчета событие А может произойти раньше события В, а в какой-то событие В может произойти раньше события А.
А размеры? Если размеры предметов (или расстояние между двумя предметами - например, между двумя планетами или звездами) зависят от того, из какой системы отсчета мы их наблюдаем/измеряем, то вроде бы и говорить о каких-то определенных размерах уже не приходится. И понятие "одновременности" и "размера" теперь имеет смысл только для той системы отсчета, в которой находимся мы сами и которая является неподвижной.
И вот недавно я узнал, что известный физик Ли Смолин поставил под сомнение правильность СТО и ОТО Эйнштейна. Почему? Об этом - уже в другой статье.