§ 36.3. Понятие одновременности.

Рассмотрим теперь вопрос о сверке часов и об одновременности событий в разных системах отсчета с учетом постулатов Эйнштейна.

В механике Ньютона «истинный, или стандартный, процесс течения абсолютного времени не подвержен никаким изменениям» и не зависит «от того, быстры движения или медленны или их нет вообще». Считалось, что такие понятия, как «момент времени», «раньше», «позже», «одновременность», имеют сами по себе смысл, правомерный для всей Вселенной, и два каких-нибудь события, одновременные для одной системы, одновременны и во всех других системах. С точки зрения же теории относительности Эйнштейна нет такого понятия, как абсолютная одновременность, как нет абсолютного времени.

Чтобы решить, одновременно ли произошли в различных точках А и В два события, необходимо иметь в каждой из этих точек точные часы, относительно которых можно быть уверенным, что они

идут синхронно. Для этого можно перенести эти часы в одну точку, отрегулировать их так, чтобы они шли синхронно, и затем снова разнести их в точки А и В. Можно также использовать сигналы времени, позволяющие сравнивать показания часов в различных точках. На практике используются оба способа. На корабле, например, есть хронометр, который идет очень точно и отрегулирован по контрольным часам в порту отправления. Кроме того, для его проверки во время плавания используются сигналы точного времени по радио.

Для сверки часов удобно пользоваться именно электромагнитными сигналами (например, световыми), имеющими самую большую скорость распространения, из всех известных нам сигналов. Однако, хотя эта скорость и очень велика, она все же конечна. Так, например, житель Ленинграда получает сигнал точного времени из Москвы с запозданием на 0,002 с. Хотя это время очень мало, можно и это запаздывание учесть, зная скорость распространения электромагнитных сигналов и расстояние от Москвы до Ленинграда.

Эйнштейн предложил способ, позволяющий проверять синхронность хода далеко расположенных часов с учетом времени распространения сигнала от одних часов до других. Отметим, что возможность такого учета времени распространения светового сигнала в теории относительности основана на первом постулате Эйнштейна — о постоянстве скорости света.

Прежде всего, условимся, что мы можем создавать в определенном месте пространства сколько угодно синхронно идущих часов. Заметим, что это не обязательно часы с циферблатом и стрелками. В качестве часов можно использовать любой повторяющийся процесс с определенным периодом.

Итак, пусть в каком-либо месте пространства А имеется много синхронно идущих часов. Оставим одни часы в А, а другие разнесем в нужные нам точки В, С и т. д. (рис. 36.1). Чтобы проверить, действительно ли синхронно идут часы, например, в А и В, поступим следующим образом: в момент времени (по часач в А) отправим в направлении к В световой сигнал. Пусть он пришел в В в момент времени (по часам в В), отразился в точке В от зеркала и пошел назад в направлении к А, где был принят в момент (по часам в А). По Эйнштейну, часы в Л и В идут синхронно, если время распространения светового сигнала в обе стороны одинаково, т. е.

Например, пусть в момент времени (по часам в Москве) отправлен сигнал к Ленинграду, где он был принят в момент с (по часам в Ленинграде), и, отразившись от зеркала, пошел в Москву, где был зафиксирован в момент с (по часам в Москве). Тогда можно сказать, что часы в Москве и Ленинграде идут синхронно, так как с.

Таким образом можно сверять ход часов, находящихся в точках В, С и т. д., с ходом часов в точке А, если все часы покоятся относительно друг друга. Чем дальше расположены часы от А, тем больше

времени понадобится световому сигналу, чтобы дойти до них из А. Поэтому если ко всем часам одновременно направить сигналы из А, то в момент прихода сигналов в В, С и т. д. часы в этих точках будут показывать разное время (рис. 36.1).

Теперь представим себе, что имеется длинный жесткий стержень длиной концы которого находятся в точках А и В (рис. 36.2), а на концах стержня укреплены часы А и В.

Рис. 36.1.

Рис. 36.2,

Если стержень покоится в системе отсчета то часы в А и В идут синхронно с часами в А, В, С и т. д.

Предположим теперь, что стержень движется в направлении от А к В со скоростью относительно наблюдателя, который находится в точке А и остается неподвижным в системе отсчета Будут ли теперь часы А и В в движущейся системе отсчета идти синхронно с часами А, В и т. д., связанными с неподвижной системой отсчета если все часы продолжают идти идеально точно?

Пусть в тот момент, когда начало стержня А совпадает с точкой А системы (рис. 36.2, а), из А в направлении отправлен световой сигнал. За время, пока свет со скор остью с идет от часов А до часов В, стержень успеет переместиться в системе и его конец В окажется против какой-то точки С (рис. 36.2, б). С точки зрения наблюдателя, находящегося на стержне, от момента отправления сигнала из А до его прихода в В прошло время . Если же наблюдать за световым сигналом в системе , то к моменту, когда световой сигнал достигнет конца стержня, он пройдет расстояние Таким образом, с точки зрения наблюдателя в системе от момента отправления сигнала из А до его прихода к концу стержня прошло время . Поскольку получаем, что так как больше Итак, сигнал придет к концу стержня В в разные моменты по часам наблюдателя, покоящегося в системе и наблюдателя, покоящегося в системе Значит, даже идеально точные часы системы идут несинхронно с такими же часами системы

Таким образом, согласно теории относительности в каждой из инерциальных систем, находящихся в относительном движении,

существует собственное время системы, которое показывают часы; покоящиеся в этой системе. Следовательно, при Определении времени событий в различных инерциальных системах события, одновременные в одной системе, могут оказаться неодновременными в другой системе отсчета. Другими словами, не существует абсолютной одновременности.