§ 1.18 Изменение хода времени в поле тяготения

§ 1.18 Изменение хода времени в поле тяготения

Маятник находится совершенно в таких же условиях, как если бы он был перенесён на другую планету, где ускорение силы тяжести слабее. Из формулы T=2?(l/g)1/2, следует, что с уменьшением ускорения силы тяжести g время колебания T должно возрасти: маятник будет колебаться медленнее.

Я.И. Перельман, "Занимательная механика"

Затронув проблему гравитации и массы, нельзя не коснуться и проблемы времени. Согласно общей теории относительности (ОТО) тяготение способно влиять на ход времени [160]. Более того, в опытах, казалось бы, удалось обнаружить это влияние. Так, к примеру, был выполнен следующий опыт. На земле и на борту самолёта устанавливали одинаковые синхронизованные атомные часы. Самолёт поднимался в воздух и, проведя некоторое время в полёте, приземлялся, после чего показания часов сверялись (§ 1.18). При этом выяснилось, что часы, побывавшие в небе, ушли вперёд [57]. Получалось, что на высоте нескольких километров время течёт чуть быстрее, чем возле поверхности Земли. Этот результат, казалось бы, и качественно и количественно подтверждал теорию относительности.

И, всё же, эти опыты отнюдь не свидетельствуют, что гравитационное поле способно влиять на ход времени. Логичнее предположить, что ход времени везде одинаков, и причина только в часах, в их устройстве. Именно на часы, а не на само время влияет гравитация. Так, если б мы использовали в опыте не атомные, а простые маятниковые часы, то часы, побывавшие на высоте (где тяготение и ускорение g свободного падения меньше, чем на земле), наоборот бы отстали, причём заметно. И тоже причина была бы в гравитации, ибо, чем меньше ускорение g, тем меньше частота колебаний и выше период качаний маятника. Однако, из этого никто не заключает, что возле земли время течёт быстрее, чем вдали от неё. Причина изменения скорости хода часов чисто механическая.

Спрашивается, можно ли верить в непогрешимость атомных часов? Можем ли мы поручиться, что на их показания не влияет гравитация? Напротив, есть все основания считать, что тяготение влияет на ход атомных часов. В качестве эталона времени в таких часах выступает атом, точнее частота колебаний электрона в нём. Но доказано, скажем, эффектом Зеемана и Штарка, что внешние поля (магнитные и электрические), действуя на электрон, способны влиять на эту частоту (§ 3.5). Так что, гравитация, особенно если она, как было показано, электромагнитной природы, тоже должна управлять ходом таких часов (это влияние можно даже рассчитать), — именно ходом часов, процессов, но — не самого времени. Такой грависпектральный эффект предсказал в своей книге "Новый взгляд на теорию относительности" ещё Л. Бриллюэн, — известный сторонник идей Ритца и критик релятивистских концепций. Часов точней атомных пока нет, но, когда часы, работающие на ином принципе и не подверженные воздействию гравитации, появятся, то они покажут, что атомные часы на высоте врут, наподобие маятниковых, хотя и меньше. Точно так же, люди когда-то безоговорочно верили в стабильность и непогрешимость другого единого эталона времени, в качестве которого выступала сама Земля, её вращение, задающее длительность суток. Но поздней более точные часы позволили обнаружить, что скорость вращения Земли едва заметно меняется, изменяя число секунд в сутках, опять же, — под действием гравитационного воздействия, в первую очередь, — Луны [28]. Точно так же, под воздействием гравитации меняется и частота вращения электронов в атомах, и атомные часы нельзя считать стабильными. Во всех рассмотренных случаях имеет место чисто механический классический эффект, не имеющий отношения к теории относительности и мнимому искажению пространства-времени полем тяготения.

Таким образом, нельзя абсолютизировать никакие эталоны времени, ибо всегда могут найтись часы более точные, избавленные от влияния внешних факторов, влияющих на стабильность хода часов. Нужно помнить, что абсолютного времени самого по себе не существует, как поняли ещё Демокрит и Лукреций: течение времени мы наблюдаем лишь благодаря движению тел (§ 5.6). Однако абсолютное, независимое ни от чего время есть в том смысле, что движения тел взаимосвязаны, их можно соразмерить, найдя сколь угодно точные часы, избавленные от посторонних влияний и позволяющие контролировать эти движения, обнаруживая их равномерность (стабильность) или неравномерность, измерять с их помощью относительные скорости протекания процессов. Точно так же, по теории Ритца, принимающей классический принцип относительности Галилея, не существует абсолютной скорости тел, абсолютного пространства. Но, при этом, по первому закону Ньютона, мы всегда можем найти такие тела, которые, не будучи подвержены действию сил, внешнему влиянию, движутся равномерно. И, уже относительно этих тел и связанных с ними систем отсчёта, можно сколь угодно точно определять относительные скорости движения других тел, а также то, движутся ли они равномерно или ускоренно, подвергаясь внешним воздействиям. Именно в таком смысле Ньютон и ввёл абсолютное пространство и время: под абсолютностью он понимал их неизменность, неспособность тел и внешних условий менять пространство и темп течения времени. Но не потому, что пространство и время — абсолютно жёсткие и фиксированные, а потому, что их нет и влиять просто не на что, поскольку пространство — это пустота без свойств, в которой координаты выражают лишь взаимное положение тел, а время — количественная мера, придуманная для сопоставления движений тел в этой пустоте. Пространство и время — это абстрактные математические понятия, которые физики с подачи Эйнштейна, подобно полю, наделили, по недомыслию, физической реальностью и свойствами, в том числе, — способностью изменяться под действием тел.

Как отмечал Ритц и, за два тысячелетия до него, Демокрит с Лукрецием, пространства и времени самих по себе просто не может существовать, поскольку это означало бы существование абсурдного центра, начала, границы Вселенной и времени (§ 2.6), а также материальность пустого пространства и времени, реально не обладающих собственными физическими свойствами (§ 5.6). Существуют лишь пространственно-временные связи и соотношения, а, потому, все процессы проявляются в нашем мире лишь в форме относительных, а не абсолютных движений тел. Этот классический кинематический принцип относительности, введённый ещё Демокритом, Коперником и Галилеем, не имеет ничего общего с аристотеле-эйнштейновским принципом относительности. Ведь, по Эйнштейну, сама реальность каждый раз изменяется в угоду наблюдателю, и относительными становятся не только кинематические характеристики, но и сама материя: её количество (масса), её протяжённость (длина), временной масштаб её внутренних процессов (период), который, согласно БТР, можно надёжно зафиксировать по достаточно точным часам, сопоставив с их ходом.