Относительность времени

4.2

Средняя оценка: 4.2

Всего получено оценок: 77.

Одним из следствий постулатов Специальной Теории Относительности является вывод об относительности времени. Ход времени неабсолютен, и зависит от Системы Отсчета. Кратко рассмотрим теорию относительности времени Эйнштейна.

Одновременность событий

Одновременными называют события, которые произошли в один и тот же момент времени. Когда эти события произошли рядом – установить одновременность несложно. Однако, когда события удалены друг от друга в пространстве – проверить одновременность сложнее. Для того, чтобы информация о произошедшем событии достигла наблюдателя, требуется некоторое время, а значит, наблюдатель получит информацию о событии позже его совершения. Если таких событий несколько, то узнать, одновременно ли они произошли или нет, можно только расчетным путем, учтя скорость движения сигнала и расстояние до события.

При небольших скоростях проблемы не возникает. Так, например, если мы слышим звук сразу двух выстрелов, пришедших с разных сторон, то мы заключаем, что они были одновременны, если расстояния до источников были одинаковы. По тому же принципу определяется расстояние до молнии.

Рис. 1. Определение расстояния до молнии.

Если источники звука и наблюдатель двигаются – это усложняет расчеты, однако, не создает противоречий, одновременность событий определяется однозначно.

Относительность одновременности

Однако, для больших скоростей ситуация меняется. Скорость света для всех Систем Отсчета постоянна. Следствием этого является лоренцево сокращение длины движущегося тела, описываемое следующими формулами:

Но, если скорость сигнала одинакова, а расстояния разные, то вычисление момента, когда произошло событие, даст разные результаты. События, произошедшие одновременно для одной Системы Отсчета, оказываются неодновременными для другой. Более того, с точки зрения внешнего наблюдателя, в быстро движущейся ракете происходит замедление хода времени.

Рассмотрим классический пример.

На быстро летящей ракете установлены две вспышки – на носу и на корме. В центре ракеты – наблюдатель. Также имеется покоящийся наблюдатель вне ракеты. Обе вспышки дают сигналы, которые достигают наблюдателя в центре ракеты одновременно. Расстояние до вспышек одинаково, скорость света одинакова, следовательно, наблюдатель в ракете делает вывод, что и вспышки произошли одновременно.

А вот с точки зрения внешнего наблюдателя произошло все иначе. Если покоящийся наблюдатель также увидит одновременное достижение вспышками центра ракеты (допустим, как раз в это время центр ракеты поравнялся с ним), то с его точки зрения, сигналу от носа ракеты надо было пройти расстояние меньше половины ракеты, а сигналу от кормы ракеты надо было пройти расстояние больше. Скорость света одинакова, значит, вспышка на корме произошла раньше.

Внешний наблюдатель может зафиксировать одновременность сигналов вспышек. Но, тогда, по его мнению, сигналы достигнут центра ракеты неодновременно, сигналу от носа ракеты требуется пройти меньшее расстояние, он придет раньше. Хотя, движущийся наблюдатель будет не согласен, по его мнению, сигналы достигнут его одновременно.

При этом все Системы Отсчета равноправны, указать «истинную» среди них невозможно. Ход времени зависит от Системы Отсчета, и события, одновременные в одной из них – будут неодновременны в другой. В этом, «простыми словами», заключается относительность времени.

Что мы узнали?

Одним из следствий постулатов Теории Относительности является относительность понятия одновременности. Из-за того, что максимальная скорость распространения сигнала для всех Систем Отсчета одинакова, отрезки времени, измеренные по часам в покоящихся и движущихся Системах Отсчета, будут разными. События, одновременные в одной Системе Отсчета, будут неодновременными в другой.