1.2. Принципы относительности

Максвелл пришел к замечательному выводу, что изме­нения так называемого электромагнитного поля распрост­раняются с определенной скоростью, а лабораторные опы­ты над электромагнитной индукцией показали, что эта ско-

Раздел III. Элементы современной физики 121

рость равна скорости света. Такое совпадение скорости, най­денной из опытов над электромагнитными явлениями в лаборатории, и совершенно независимо измеренной скоро­сти света было мощным доводом в пользу электромагнит­ной теории света. Теория Максвелла привела к удивитель­ному выводу, что свет — это всего лишь частный случай таких движущихся изменений поля, которые всегда явля­ются волновыми процессами. Иначе говоря, во всех этих случаях существует период колебаний и длина волны, и вывод Максвелла состоял в том, что все эти возмущения должны распространяться со скоростью света независимо от длины их волны.

Особым случаем применения ультракоротких радиоволн, имеющим огромное значение для военных и мирных целей, является радиолокация. Принцип радиолокации состоит в посылке и последующем приеме отраженного от цели ко­роткого импульса излучения. Принятый сигнал дает инфор­мацию о расстоянии до цели и о направлении на нее. Что касается последнего, так это просто-напросто то направле­ние, в котором мы посылали импульсы и получали отраже­ния. Определение расстояния немного сложнее.

Измерению подлежит промежуток времени между ис­пусканием и обратным приемом одного и того же импуль­са. Поскольку известно, что радиоволны распространяют­ся со скоростью света, то, умножая этот промежуток вре­мени на скорость света, мы получим всю длину пути, прой­денного импульсом, — до цели и обратно — т. е. удвоен­ное расстояние до цели. Принцип такого измерения рас­стояний интересен тем, что в нем не используется ни ли­нейка, ни измерительная рулетка — вообще никакой эталон длины, т. е. можно представить себе, что без этого этало­на можно обойтись. Тогда мы могли бы говорить не только о световых годах, но и о световых микросекундах, т. е. расстояниях, которые свет проходит за одну миллионную долю секунды. Эта длина составляет около 300 м, ею впол­не удобно!г1ользоваться. Световая миллимикросекунда рав­на 1/1000 этой единицы и составляет около 30 см и т. д.

122 Концепции современного естествознания

В данном случае скорость света представляется как естествен­ная единица скорости — просто единица. Если предмет дви­жется с этой скоростью, то он движется так же быстро, как свет. Все обычные скорости выражались бы в долях от этой стандартной величины. Тогда скорость реактивного само­лета равнялась бы одной миллионной, т. с. этот самолет затрачивает на полет между двумя пунктами в миллион раз больше времени, чем свет. Скорость поезда или автомоби­ля (около 110 км/ч) составляла бы одну десятимиллион­ную. Другими словами, приняв естественный эталон ско­рости — скорость света, общество избавилось бы от необхо­димости вводить вместе два эталона — и времени и длины, а также пользоваться громоздким значением скорости света как коэффициентом, связывающим время и длину. Необ­ходим только один эталон — эталон времени. Последнее приводит к совершенной симметрии осей пространства-вре­мени, координаты которых измеряются в одинаковых еди­ницах.

С этих позиций мы можем рассматривать эталон време­ни как основной, а эталон длины как второстепенный. Та­кое представляется разумным, если подумать, из чего на самом деле изготовлены линейки и измерительные рулет­ки. Известно, что они состоят из атомов, а их внешняя форма поддерживается электрическими силами, действую­щими между этими атомами. У атомов, как известно, есть свои периоды колебаний, и мы называем твердыми те со­стояния вещества, в которых, благодаря определенным пе­риодам колебаний атомов, между атомами сохраняется одно и то же расстояние, независимо от формы сделанного из этих веществ предмета. Поэтому мы можем утверждать, что на самом деле длина стержня определяется периодом коле­баний атомов, составляющих этот стержень, причем вели­чина этого периода, как обычно, переведена на язык дли­ны с помощью скорости света. И если мы (с полным осно­ванием) говорим, что расстояние между атомами в так на­зываемых твердых телах соответствуют периодам колебаний этих атомов, то можем также сказать, что эти расстояния,