СТО-1. Два постулата
«Теорией относительности» это назвал не Эйнштейн, кто-то другой. Но основным источником знания об этом всё так же остаётся статья от 1905-го года. И мы не станем здесь разбираться, кто же её написал, Эйнштейн или его первая жена.
Нам важно, что она состоит из четырёх «постулатов» и следствий из них.
Вот это и есть предмет нашего исследования. В конце концов, определённо нужен текст, на который можно просто сослаться, не вступая в бесполезные дискуссии.
Итак, постулат первый.
На гладкой железной дороге стоит открытая железнодорожная платформа. На ней за шахматным столиком расположились два офицера в ожидании отправления. На столике, как полагается, шахматная доска, а на доске - две шашки. Гг офицеры играют в вышибалочку.
Играют вдвоем на обычной клетчатой доске, для шашек или шахмат. Если у вас доска складная, то лучше перевернуть ее на 90 градусов, чтобы шашки не запинались о стык посередине. Первыми наступают белые (определите свои цвета с помощью жеребьевки или считалки).
Сыграть предстоит несколько раундов: от 7 и более. Противники ставят по 8 шашек своего цвета в один ряд перед собой. Первый раунд начинается с крайних рядов доски, а в следующем победитель двигает свои шашки на ряд вперед, сокращая тем самым расстояние до своего соперника.
По механике игра напоминает смесь бильярда, боулинга и вышибал. Ваша задача – щелкать по своим шашкам так, чтобы они сбивали шашки противника с поля.
Возможны два варианта. Либо гг офицеры сидят поперек платформы, либо вдоль. От этого зависит, как будет двигаться боевая шашка, вдоль путей по ходу движения или же поперёк. Принципиальной разницы нет. Будем демократичны, пусть гг офицеры находятся в равных условиях, и оба сидят боком к направлению движения.
До отправления гг офицеры успели обменяться ударами, и убедились, что шашки скользят по доске ровно в цель.
В момент начала движения случился казус. Шашка как раз была щёлкнута, но доска под ней, вместе с шашкой-целью, поехала, и получился промах.
Гг офицеры выждали, пока машинист паровоза наберёт скорость, и платформа покатится равномерно и прямолинейно. Игра наладилась, хотя поначалу шашки сдувало встречным потоком воздуха. Но гг офицеры догадались пригласить к столику даму с зонтиком. Дама села спиной по ходу движения, раскрыла зонтик, и таким образом движение воздуха больше не мешало правильному прицелу.
Надеюсь, в этой притче понятно всё. И идея равномерного прямолинейного движения, и понятие об инерции, и роль воздуха, как среды в которой движется шашка.
Если мы рассадим гг офицеров по ходу поезда, дама с зонтиком соответственно будет держать свой зонтик за спиной одного из них, то изменится угол между движением шашки и потоком воздуха. Шашка будет не «попал-промазал», но «долетел-недолетел-перелетел».
А теперь - внимание! - поток воздуха может быть не только от того, что паровоз везет платформу. У воздуха могут быть свои ветры. А ещё прямолинейное набегание может измениться из-за проходящего мимо столика другого г офицера. Или вообще, поедем в подземном туннеле.
В общем, получается сложная механистическая картина.
Теперь мы предложим гг офицерам отложить шашки и поиграть в пиу-пиу. В этой игре надо посылать в мишень световые импульсы.
Что изменилось на доске? Паровоз с платформой, гг офицеры и дама - те же самые. Вместо шашки летит световой импульс. Вместо воздуха теперь эфир.
Изменилось то, что г офицер теперь распоряжается только направлением снаряда, но не может задать ему начальную скорость. А так, всё, как было, подобно полёту шашки над доской, на скорость импульса света, удаляющегося от стрелка, влияет эфирный ветер. Ветер этот, как и прежде вызван движением паровоза, создающим набегающий поток. Кроме того, у ветра могут быть собственные, не связанные с паровозом, скорости. И на эту скорость в общем случае влияют проходящие гг офицеры, и, конечно, дама с её зонтиком.
Поэтому лично у нас не вызывает никакого отторжения предложенный четой Эйнштейнов (первый) постулат:
Несколько проще это выглядит так: «Законы природы одинаковы во всех системах координат, движущихся прямолинейно и равномерно друг относительно друга».
Или даже так: «Первый постулат — принцип относительности».
На мой взгляд, тут всё нормально с законами природы.
Но чету Эйнштейнов это не устраивает.
Поэтому тут же вводится второй постулат.
Это жостко... Но для чего же ещё и нужны толкователи? Обратимся...
«Второй постулат: свет распространяется в вакууме с определённой скоростью с, не зависящей от скорости источника или наблюдателя.»
Ну, вот теперь, всё понятно, верно? Не надо возвращаться, разбираться с первым параграфом (это не легко, просто поверьте). Как ни двигайся мишень, как ни двигайся стрелок, если в тебя попали, то прилетело тебе всегда с одной и той же скоростью.
ПС: отметим, что толкователи добавили к основоположнику слово "в вакууме". Это - не спроста, и мы, Иншалла, ещё доберёмся до причины.
Постулирование постоянства скорости света
В прошлом люди были определённо простодушнее. Поэтому постулировать это они просто так не могли, даже академик А. И. Китайгородский.
«На первый взгляд принцип постоянства скорости света противоречит «здравому смыслу». Поэтому желательно, прежде чем мы начнём выводить следствия из теории относительности, указать непосредственные опытные доказательства его справедливости».
А. И. Китайгородский. Введение в физику. — М., 1959.
И на первый, и на второй...
В самом деле, вот мы (наблюдатели) стоим. Неподвижно где-нибудь на земле. Для верности ухватились рукой за близрастущий дуб. И смотрим какой-нибудь луч света. Он определённо имеет какую-то скорость прямо в наш глаз. И вот мы отпускаем дуб (это наша точка отсчёта) и начинаем идти навстречу этому лучу. И - па-бам! - скорость луча к нам в глаз от этого не меняется! Нормальный вопрос: откуда этот луч узнал, что мы пошли к нему навстречу, и он (совершенно синхронно!) притормозил, чтобы из своей первоначальной скорости вычесть ту скорость, которую мы своим естествоиспытательским шагом вознамерились ему добавить?
Но мы не пойдём на поводу у Китайгородского. Нашей целью в настоящем не является исследования опытов! Наша цель - рассмотреть собственно статью от 1905 года. И только. До опытов мы ещё доберёмся. Потом. Иншалла!
Заметим, что во втором постулате уже не требуется равномерного и прямолинейного движения. При любом движении, хоть мы беги, хоть прыгай от нашего дуба, луч света как приходил к нам в глаз, так и будет приходить ровно с той же скоростью.
В самом деле, любая кривизна или прямолинейное ускорение всегда разбивается на два и более прямолинейных равномерных элементарных кусочка, в каждом из которых скорость света постоянная и равна себе самой в любом другом кусочке. Так что городить огород с инерциальными системами - явное излишество. Да и ладно.
Преобразования Лоренца в некоторых трудах называют третьим и четвертым постулатами.
За что их так-то? А вот это мы отложим на следующий выпуск. Оставайтесь с нами!
