«— Ваш фильм «Золотая лихорадка» понятен во всём мире, и Вы непременно станете великим человеком.
— Я Вами восхищаюсь ещё больше. Вашу теорию относительности никто в мире не понимает, а Вы всё-таки стали великим человеком.»
(Из писем Альберта Эйнштейна и Чарли Чаплина)
«Альберт Эйнштейн так часто рассказывал мне свою теорию относительности, что мне даже показалось, что он ее все-таки понимает.»
(Хаим Вейцман — первый президент Израиля)
Собственно постулатов 3 штуки:
1. Принцип относительности Эйнштейна: все физические процессы в инерциальных системах отсчёта протекают одинаково, и всё равно, неподвижна ли эта система или она находится в состоянии равномерного и прямолинейного движения.
2. Скорость света в вакууме постоянна во всех инерциальных системах отсчёта.
3. Пространство и время однородны, пространство является изотропным.
Первый постулат, казалось бы, спижжен у Галилея, но там речь шла сугубо о механике Ньютона, а не о всех физических процессах. На самом деле ничего, кроме механики Ньютона, тогда и не было, а потому речь шла именно о всех физических процессах, то есть правильней было бы говорить «принцип относительности Галилея», благо у Эйнштейна и своих заслуг хватает. По-настоящему важным является именно второй постулат. Из него, собственно, всё и выводится. Некоторые дебатировали, что второй постулат кагбэ прямо следует из первого, ежели принять уравнения Максвелла за аксиому, и этого постулата писать специально не надо. Но потом решили не уподобляться Ландафшицу, который при написании своих учебников периодически терял 3-6 страниц выкладок в трамвае, и вместо них писал «далее легко видеть, что…»; и записать второй постулат явным образом во избежание излишнего срача. Третий постулат (обычно неявно) используется при выводе преобразования Лоренца, которое оказывается аффинным, кроме того, он имеется и в механике Ньютона. Как следствия, из них выводятся законы сохранения импульса, энергии и момента импульса.
Если сесть за стол с листочком бумаги и карандашом, взять тот же опыт с поездом и фонариком и начать разлиновывать бумажку согласно второму постулату, то получается ну просто полная куйня. Получается, что время одного и того же процесса, вычисленное по формулам в ИСО перрона и в ИСО поезда, разное. Время. Разное. Совсем. Время. Для стоячего и движущегося. Разное. Нестыковочка!
«Так может, на самом деле время разное?» — неожиданно подумал Эйнштейн, и оказался чертовски прав. Но сколько же ему надо было выкурить травы, чтобы пустить мысль по этому направлению — это история умалчивает (однако, фраза «Воображение важнее знания», приписываемая Эйнштейну, какбэ намекает).
Относительность одновременности. Преобразования Лоренца
Итак, одним из важных выводов, следующих из такого странного поведения света, вернее, его скорости, было то, что события, одновременные в одной инерциальной системе отсчёта, будут не одновременными в другой, если эти системы отсчёта относительно друг друга движутся.
Другой бы учёный на этом этапе порвал бы свои листочки с чертежами на лоскуты, но Эйнштейн продолжал скрупулёзно выводить формулы.
Итогом стали формулы по пересчёту координат, как временны́х, так и пространственных, из одной системы отсчёта в другую, которые сейчас называются преобразованиями Лоренца. Дело в том, что Лоренц вывел их ещё до Эйнштейна, но использовал, чтобы устранить противоречия между электродинамикой и Ньютоновской механикой. Выходили забавные вещи: как пространство, так и время в разных системах отсчёта (если они двигаются относительно друг друга), выглядят по-разному. Причём в формулах пересчёта пространственные координаты зависят от временны́х, а временны́е — от пространственных. Возникла зависимость «пространства от времени» и причина говорить, что время и пространство неразделимы и составляют единый пространственно-временной континуум.
Наиболее известные эффекты, выводимые из преобразований Лоренца, таковы:
Сокращение размеров, или Лоренцево сокращение — если бы мимо нас летела ракета, то её размеры, будучи измеренными в нашей неподвижной СО, сократились бы вдоль вектора скорости по сравнению с измеренными размерами ракеты, находящейся в состоянии покоя, и тем сильнее, чем быстрее она летит относительно нас. В пределе — если бы ракета летела со скоростью света, её длина стала бы нулевой.
Замедление времени — временные интервалы между событиями, происходящими в одной и той же локации ракеты, с нашей точки зрения будут длиннее, чем были бы интервалы между теми же самыми событиями, измеренными в неподвижной ракете, и тем длиннее, чем ближе её скорость к скорости света. В пределе — если бы ракета летела со скоростью света, нам бы казалось, что время в ней совсем остановилось.
Если кто-то подумает, что из ракеты мы будем при таких пертурбациях выглядеть удлинённо и со спешащими часами — то это неверно. В силу относительности движения для ракеты (а она летела прямолинейно и без ускорения) это мы движемся, а она покоится, так что наблюдатель в ней будет видеть нас укороченными и с замедленными часами.
Эти эффекты наиболее известны, но не составляют полной картины. Полная картина — сами преобразования Лоренца. Попытки рассматривать некоторые эксперименты на основании только этих эффектов зачастую приводят к парадоксам. Многие критики СТО обламываются именно на этом моменте.
