Единое абсолютное время

Понятие времени шире, чем размерный коэффициент пропорциональности в законах преобразования, и имеет гораздо большее отношение к локальной необратимости процессов. Во-первых, однозначная привязка времени к движению тела не учитывает внутренние процессы, которые могут быть неизотропны, протекать с разными "скоростями" и характеризовать локальную необратимость (каждая такая "скорость" по-разному складывается геометрически со скоростью тела как целого). Во-вторых, привязка времени только к скорости передачи электромагнитных взаимодействий не учитывает другие возможные взаимодействия (которые могут распространяться в вакууме) и фактически означает электромагнитную природу всех явлений (абсолютизация электромагнитных взаимодействий). О том, как можно ввести единое абсолютное время будет сказано ниже.

При введении понятия собственного времени (фактически субъективного времени) методически важным кажется следующий момент. Собственное время чужого объекта надо не вычислять (по нашим собственным правилам), а "спросить" у него самого. Тогда рассмотрим следующий эксперимент (Рис. 1.8).

Рисунок 1.8: Обмен сигналами собственного времени.

Пусть наблюдатель расположен в неподвижной системе $S$ в точке $O$, где помещен маяк. Маяк сигналит каждую секунду и в итоге число вспышек $N$ равно числу прошедших секунд в точке $O$. Пусть космонавт (движущаяся система $S'$) стартует из точки $O$. Тогда, при удалении от точки $O$ космонавт будет воспринимать вспышки реже (с меньшей частотой), чем до старта (фактически - замедление времени маяка). Однако, при последующем приближении к маяку вспышки, наоборот, будут более частыми, чем до старта (теперь - ускорение времени маяка). При $v < c$ очевидно, что космонавт не может обогнать ни одну вспышку и не может обойти ни одну из вспышек (сфер света). Таким образом, независимо от графика своего движения и траектории, при возвращении в точку $O$ космонавт воспримет ровно $N$ вспышек, то есть все вспышки, которые излучил маяк. Следовательно, каждый из этих двух наблюдателей подтвердит, что прошло $N$ секунд на маяке. Если космонавт на корабле также будет иметь маяк и сигнализировать о числе своих прошедших секунд, то относительно времени космонавта также не возникнет разногласий. Ситуация оказывается полностью симметричной (например, для парадокса близнецов). При встрече в одной точке все сферы света пересекут противоположных наблюдателей (число их не может ни добавиться, ни убавиться). Это число равно $N$ - числу прошедших секунд для обоих наблюдателей.

Рассмотрим теперь вопрос об установлении единого абсолютного времени. (Естественно, если измерять время биениями своего сердца, то оно будет субъективным и зависеть от внутренних и внешних условий.) Попытка ввести собственное "электромагнитное время" и абсолютизировать его - это возврат в прошлое. Однако, даже тогда, несмотря на мизерную скорость передачи информации (например, голубиной почтой), люди могли синхронизовывать время, так как пользовались отдаленным источником сигналов (Солнце или звезды). Представим себе следующий мысленный эксперимент (Рис. 1.9).

Рисунок 1.9: Бесконечно удаленный источник для установления единого абсолютного времени.

Удаленный источник $S$, находящийся на серединном перпендикуляре к отрезку $AB$, периодически посылает сигналы (с периодом $T$). В момент прихода сигнала в точку $O$ два регистрирующих устройства ($1$ и $2$) начинают двигаться зеркально симметрично (со скоростями ${\bf v}$ и $-{\bf v}$), отражаясь от $A$ и $B$ с периодом $2T$. Скорость $v$ может быть произвольной (за счет выбора расстояния $\vert AB\vert$). Несмотря на то, что в каждый момент времени устройства движутся друг относительно друга со скоростью $2v$ (кроме точек отражения), сигналы будут восприниматься одновременно в момент пролета точки $O$ (там же можно поместить наблюдателя $3$). Время, определенное таким образом будет единым (в точке $O$) для всех трех наблюдателей. Для того, чтобы сделать следующий шаг заметим, что для вывода формул преобразования СТО достаточно рассмотреть относительное движение вдоль одной прямой (так как рассматриваются инерциальные системы). За счет выбора большого расстояния $\vert SO\vert$ можно добиться, чтобы разница во времени между приходом сигнала в точку $O$ и в точки $A$ и $B$ была меньше любой наперед заданной величины. В результате с заданной точностью время будет одинаковым для всего выбранного отрезка $AB$ независимо от скоростей движения наблюдателей $1$ и $2$. Таким образом, бесконечно удаленный источник сигналов, расположенный перпендикулярно к направлению относительного движения систем, может выполнять роль часов, определяющих единое абсолютное время (одинаковое - независимо от инерциальной системы отсчета). Вопрос об изменении наблюдаемого направления прихода сигнала будет изложен ниже (чтобы ни у кого не возникло искушения "притянуть за уши" аберрацию, якобы отражающую изменение направления фронта волны).