4.1.3. Теория относительности и инвариантность времени

Наш повседневный опыт приучил нас к тому, что все собы­тия во времени происходят упорядочение и регулярно: сущест­вует прошлое, настоящее и будущее, и мы всегда можем устано­вить, предшествовало ли одно событие другому или же оба события произошли одновременно. Как уже упоминалось, сов­ременная физика признает «стрелу времени», т.е. направленный ход времени. Однако в специальной теории относительности не существует четкого разграничения между прошлым и будущим. События, происходящие в определенной последовательности с точки зрения одного наблюдателя, могут совершаться в иной по­следовательности с точки зрения другого наблюдателя, движу­щегося относительно первого. По-видимому, это самый порази­тельный результат СТО.

Другими словами, теория относительности по-прежнему не «улучшает» инвариантность времени, также как мы получили это для классической механики (см. гл. 2). Более того, квантовая меха­ника микромира также относится ко времени как инвариантному параметру. Отметим здесь, что аналогом уравнения движения клас­сической частицы в квантовой механике есть уравнение Шрёдин- гера, одним из которых является стационарное уравнение

^Ч А

Нцг = Ецг, где Н — так называемый гамильтониан или оператор полной энергии в математическом аппарате квантовой механики.

Под оператором подразумевается такая запись действий, которую надо сделать, чтобы перейти от одной функции к другой. — вол­новая функция, физический смысл которой — вероятность нахож­дения квантовой частицы в каком-то состоянии. Эта вероятность описывается как М² и также, как квадратичная зависимость време­ни в классической механике, не объясняет направленного хода времени. Однако имеются некоторые экспериментальные данные, свидетельствующие о необратимости квантовых эффектов.

4.1.4. Постоянство скорости света

Рассмотрим еще один пример постоянства скорости света с, предложенный самим Эйнштейном (рис. 4.5). Наблюдатель К ви­дит две вспышки молнии в концах движущегося вагона в тот мо­мент, когда с ним поравнялась средняя часть вагона (рис. 4.5). Поскольку концы вагона находятся на равном от него расстоя­нии, он видит вспышки молнии одновременно. В середине ваго­на стоит наблюдатель К". Наблюдатель К знает, что его коллега К' движется к точке В и удаляется от точки А. Поэтому наблюдатель К приходит к выводу, что наблюдатель К" увидит вспышку в В раньше, чем в А. Сам наблюдатель К' неподвижен в инерциаль- ной системе отсчета — движущемся вагоне, и поскольку он нахо­дится на одинаковом расстоянии от концов вагона, то вспышка света приходит к нему первой от В (он к ней движется, значит, ближе). Поэтому он считает, что удар молнии в В произойдет раньше, чем в А. В результате два события, которые наблюдаются одновременно в системе отсчета К, кажутся неодновременными в системе К' из-за относительного движения обеих систем.

Рис. 4.5. «Поезд Эйнштейна» — пример того, что события в системах К и К' протекают по-разному: наблюдатель в неподвижной системе К видит вспышку молнии в концах вагона одновременно, в подвижной системе К' — в правом конце вагона раньше, чем в левом.

Если наблюдатель К увидел молнию в точке А немного рань­ше, чем в точке В, то он решит, что событие в А произошло раньше, чем в В, тогда как наблюдателю в К' по-прежнему будет казаться, что событие В предшествовало событию в А. В резуль­тате оба наблюдателя увидят события, совершающиеся в проти­воположной последовательности. Прошлое и будущее поменя­ются местами. Все относительно! Как говорится в английской эпиграмме: «Сегодня в полдень пущена ракета. Она летит куда скорее света. И долетит она до цели в семь утра. Вчера».

Если же считать второй постулат Эйнштейна справедливым, т.е. что всегда с = const и с > v, тогда причинно-следственная связь сохраняется: ни один из наблюдателей, как бы он ни дви­гался, не сможет увидеть события в таком порядке, чтобы при­чина была бы после следствия. Молнию все увидят одновре­менно.