О взаимности чувств и наблюдений

Приводимый ниже пример (ещё один мысленный эксперимент) позволит нам обобщить и закрепить те основные представления теории Эйнштейна, с которыми мы уже успели познакомиться. Важно обратить внимание на то, что во всех рассмотренных выше примерах разногласия между наблюдателями носят совершенно симметричный характер: Каждый наблюдатель вполне резонно считает, что именно он при проведении любого из рассмотренных выше мысленных экспериментов находится в покое. Поэтому, выслушав и проанализировав вполне объективные и разумные аргументы своего оппонента, он может, в свою очередь, предъявить ему такой же набор своих наблюдений и аргументов.

Чтобы сделать ещё более очевидным симметричный характер всех релятивистских эффектов, рассмотрим два полностью идентичных поезда, которые движутся навстречу друг другу по параллельным железнодорожным путям. Пусть ровно посередине каждого поезда находится неподвижный наблюдатель, (проводник), оснащенный часами. Ещё две пары аналогичных по конструкции часов закреплены на концах (“в голове” и “в хвосте”) каждого экспресса. В пределах каждого поезда часы строго синхронизированы между собой. При встрече поездов, в тот момент, когда проводники находятся прямо напротив друг друга, каждый из них может сделать[98] следующие наблюдения:

1. Другой поезд короче.

2. Часы “в голове” другого поезда отстают.

3. Часы “в хвосте” другого поезда спешат.

4. Все часы на другом поезде идут медленнее.

Если внимательно сопоставить наблюдения проводников. то разногласия между ними не выглядят столь уж противоречивыми. Так, например, оба они согласятся, что при сравнении показаний часов, показанных в левой части рисунка, часы поезда B опережают показания часов поезда A. [99] Они будут спорить лишь о том, показания каких часов совпадают с показаниями их часов!

Более того, разногласия в наблюдениях проводников ещё более теряют свою остроту, если учесть, что, каждый из них, привязанный к центру своего поезда, не может увидеть всего того, что изображенона рисунке.
Это вызвано тем, что световому сигналу требуется время, чтобы достигнуть центра поезда. Чтобы сделать обоснованное утверждение о том, где именно в момент, изображенный на рисунке, находится конец каждого поезда, и что показывают каждые часы в этот момент, каждый из проводников обязан[100] учитывать временную задержку светового сигнала. И вот именно в том, насколько велика эта временная задержка, мнения наблюдателей и расходятся.

Чтобы пояснить это, сконцентрируем своё внимание на часах в левом (по рисунку) конце поезда A, и будем считать, что они одинаково хорошо видны обоим наблюдателям. В момент, показанный на рисунке, они оба смотрят на одни и те же часы в одно и то же время. Наблюдатели должны согласиться, с тем, что получают не “горячую”, а несколько “остывшую” (за время распространения светового сигнала) информацию о показаниях этих часов. Насколько запаздывает световой сигнал? Проводник поезда A совершенно справедливо рассматривает эти часы неподвижными и считает, что величина задержки равна времени, которое требуется свету, для того, чтобы преодолеть половину длины поезда. Проводник поезда B, со своей стороны, справедливо утверждает, что часы поезда A удаляются от него. Он резонно настаивает на том, что полученная им информация о показаниях часов поезда A начала распространяться в тот миг, когда эти часы находились от него на меньшем, чем половина длины поезда, расстоянии. Таким образом, для него и поправка, учитывающая запаздывание информации о событиях “в голове” поезда A (то есть время распространения светового сигнала) должна быть меньше. С учётом своей () поправки проводник поезда A придет к заключению, что показания часов “в голове” поезда A совпадают с показаниями часов, находящихся в центре каждого поезда[101]. Проводник же поезда B, используя меньшую временную поправку, придет к заключению, что часы, находящиеся “в голове” поезда A отстают от часов, находящихся в центре каждого поезда.

Что ещё должны отметить в своих наблюдениях и выводах проводники, когда оба они смотрятна “голову” поезда A в момент, показанный на рисунке? − Парадоксальный, но одинаковый для них обоих факт: полностью идентичные (по условию мысленного эксперимента) поезда имеют разную длину, так как в момент наблюдения концы поездов не совпадают!

Проводник на поезде A вполне чётко осознает, что длительность его временной поправки () вполне позволяет “хвосту” движущегося поезда B миновать “голову” поезда A и тем самым, приблизиться к нему (проводнику) на расстояние меньшее, чем . Наблюдатель же поезда B, как мы уже говорили, использует при анализе событий “в голове” поезда A, меньшую по величине временную поправку. Из-за этого “голова” чужого поезда для него ближе, чем “хвост” своего, B, поезда. Таким образом, именно разногласия о величине временной задержки светового сигнала приводят к тому, что каждый наблюдатель считает свой поезд длиннее другого.