Проблема одновременности

Относительность одновременности

1. С точки зрения классической механики постулаты Эйнштейна находятся в противоречии друг с другом. С одной стороны, постоянство скорости света в разных направлениях подтверждает принцип относительности, а с другой стороны, скорость света оказывается абсолютной.

Чтобы найти выход из этого противоречия, ответим на вопрос: что значит, что два события происходят одновременно?

В задаче о синхронизации часов, рассмотренной в § 34, скорость распространения света принималась бесконечно большой и считалось, что передача сигнала наблюдателем в точке А и приём его наблюдателем в точке В происходят одновременно. Но скорость распространения света конечна, хотя её значение и очень велико, следовательно, свету для того, чтобы пройти расстояние от А до В, требуется определённое время. Таким образом, отправление сигнала из точки А и приём его в точке В не являются событиями одновременными.

Обратимся к мысленному эксперименту. Пусть по прямолинейному участку пути движется вагон длиной 6 600 000 км со скоростью 250 000 км/с.

Предположим, что в некоторый момент времени в середине вагона зажглась лампочка (рис. 128). Наблюдатель, находящийся в вагоне, увидит, что свет дойдёт до передней и задней его стенок одновременно. Время распространения света:

Время распространения света:

Рис. 128

где s — половина длины вагона, с — скорость света.

Для наблюдателя, стоящего на платформе, скорость распространения света будет одинаковой по всем направлениям, но вагон относительно него движется. Свет, распространяющийся в направлении движения вагона, догоняет его, поэтому свет пройдёт до встречи с передней стенкой вагона путь

l₁ = s + υt₁,

где t₁ — время распространения света от источника до передней стенки вагона, a l₁ = ct₁.

Откуда

Рис.

Свет, распространяющийся против направления движения вагона, пройдёт до встречи с его задней стенкой путь

l₂ = s + υt₂,

где t₂ — время распространения света до задней стенки вагона.

Откуда

Рис.

Таким образом, с точки зрения наблюдателя, стоящего на платформе, свет дойдёт до передней и задней стенок вагона не одновременно. До задней стенки он дойдёт на 60 с быстрее, чем до передней¹ .

¹ Эта разница несколько отличается от действительной, поскольку здесь не учтён эффект сокращения длины (об этом будет рассказано позже).

Окончание >>>