Собрание научных трудов в четырех томах. Том 1 - Эйнштейн А.
Скачать (прямая ссылка):
нашего физического мышления. Первое и важнейшее произвольное
предположение касается понятия времени, и мы попытаемся объяснить, в чем
состоит этот произвол. С целью сделать это лучше, будем говорить сперва о
пространстве, чтобы потом провести аналогию с измерением времени. Когда
мы хотим указать положение точки в пространстве, т. е. положение точки
относительно некоторой системы координат к, то мы указываем декартовы
координаты х, у, z этой точки. Смысл этих координат таков: по известным
правилам надо из данной точки опустить перпендикуляры на координатные
плоскости и посмотреть, сколько раз можно нанести на эти перпендикуляры
данный единичный масщтаб. В результате этой операции и получаются
значения координат. Таким образом, задание пространственного положения
координатами есть результат определенных манипуляций. В соответствии с
этим указываемые нами координаты имеют вполне определенный физический
смысл; всегда можно проверить, действительно ли некоторая заданная точка
имеет указанные координаты.
Как обстоит дело в этом отношении со временем? Здесь мы находимся в
положении, не столь блестящем. До сих пор всегда довольствовались
высказыванием: время есть независимая переменная бытия. На таком
определении никоим образом нельзя основывать измерение момента времени
фактически происходящего события. Следовательно, мы должны попытаться
определить время так, чтобы на основе нашего определения были возможны
измерения времени. Представим себе в начале координат системы к часы
(например, часы с балансиром). С помощью этих часов можно непосредственно
отсчитывать время событий, происходящих в этой точке или в ее ближайшей
окрестности. Однако время событий, происходящих в какой-либо другой точке
системы к, этими часами измерить непосредственно нельзя. Если
наблюдатель, находящийся в начале координат системы к, отметит по часам
время, когда он получит световой сигнал о происшедшем событии, то это
время не будет совпадать с временем самого события, а окажется больше на
промежуток времени, необходимый для прохождения светового сигнала от
места события до часов наблюдателя. Если бы мы знали скорость
распространения света в системе к для заданного направления, то время
события можно было бы определить
180
15
Теория относительности
по названным выше часам; однако измерение скорости света возможно только
в том случае, если рассматриваемая нами задача определения времени уже
решена. Именно, чтобы измерить скорость света в определенном направлении,
необходимо измерить расстояние между двумя точками А и В, между которыми
распространяется световой сигнал, и затем - время отправления света из А
и прибытия света в В. Следовательно, необходимо было бы проводить
измерения времени в разных точках, что можно выполнить в том случае, если
искомое определение времени уже существует. Но если скорость, в частности
скорость света, принципиально невозможно измерить без произвольных
допущений, то мы имеем право делать произвольные предположения и о
скорости света. Допустим теперь, что скорость распространения света в
пустоте из точки А в точ-ку В равна скорости прохождения света из В в А.
В силу этого допущения мы действительно можем синхронизовать однотипные
часы, покоящиеся в различных точках системы к. Поставим, например, часы,
находящиеся в точках А и В, таким образом, что выполняется следующее
условие: если из А в момент времени t (измеренный по часам в А)
посылается световой луч в В, прибывающий в В в момент t + а (измеренный
по часам в В), то и, наоборот, световой сигнал, посылаемый из В в А в
момент t (измеренный по часам в В), также должен прибывать в А в момент t
+ а (измеренный по часам в А). Это и будет правилом установки всех часов,
находящихся в системе к. Если мы выполним это правило, то получим
определение времени с точки зрения физика, который делает измерения.
Время события как раз равно показанию часов, поставленных в соответствии
с только что принятым правилом и находящихся на месте события.
Чего же особо примечательного мы достигли этим способом? Ведь все это
выглядит как нечто само собой разумеющееся. Примечательное состоит в том,
что для придания вполне определенного смысла показаниям часов это правило
относится к системе часов, которая покоится во вполне определенной
системе координат к. Мы получили не время вообще, а время, отнесенное к
координатной системе к, вернее, к координатной системе к вместе с
системой установленных в ней часов, покоящихся относительно к. Конечно,
те же самые операции можно выполнить и в том случае, если мы имеем вторую
систему координат к\ равномерно движущуюся относительно системы к. Мы
можем расположить в пространстве этой системы координат к* систему часов,
но так, чтобы все часы двигались вместе с к\ Тогда эти часы, покоящиеся
относительно к\ можно поставить точно по указанному правилу. Если мы это
сделаем, то получим также время, отнесенное к системе к\
