Какое событие произошло раньше или позже, можно определить лишь по отношению к определенному наблюдателю[3]. Одновременность становится относительной. И этот вывод повлек за собой другой — не менее парадоксальный.
Вслед за относительностью одновременности Эйнштейн ввел в науку, как следствие, отказ от абсолютного, всюду и всегда одинакового времени. Его место заняло относительное время. По Эйнштейну, в телах, движущихся по-разному, время течет неодинаково. Чем быстрее проносится мимо нас предмет, тем медленнее (с нашей точки зрения) идут часы, помещенные на этом предмете. Минуты на них растягиваются, будто резиновые.
Надо, разумеется, помнить, что этот эффект в самом движущемся предмете неуловим. Узнать о нем можно лишь «со стороны». Неодинаково движущиеся наблюдатели как бы живут каждый по своим собственным часам, а сверить их, поставить по каким-то «общим» часам невозможно. Таких «общих» часов попросту не существует. Правда, сколько-либо заметное изменение масштаба времени появляется лишь при очень быстрых относительных движениях. Но доказан этот эффект в наши дни неопровержимо — на многочисленных опытах.
Можно не сомневаться, что, на радость авторам фантастических романов, космонавты будущего, покоряя на звездолетах пространство и время, станут проводить в своих путешествиях месяцы, в то время как на Земле протекут годы и десятилетия.
Нелегко было примириться и с другим выводом теории относительности — с тем, что тело, несущееся со скоростью, близкой к скорости света, уменьшает в направлении движения свой размер.
Если можно было бы сфотографировать арбуз, пролетающий за каждую секунду 270 тысяч километров, он вышел бы в виде сплющенной лепешки. И это не обман зрения. Для неподвижного наблюдателя этот арбуз-метеор на самом деле приобретает форму блина. В этом вы убедились бы, ухитрившись, ощупать его в полете, оставаясь сами неподвижными.
Из исходных положений теории относительности, из того, что свет невозможно «догнать», вытекает и еще один вывод: скорость света — самая большая из мыслимых в природе скоростей. Движение быстрее света невозможно. А отсюда следует важное для нас заключение о связи скорости движущегося тела с его массой.
Пусть в нашем распоряжении ракетный корабль со сказочно мощным двигателем, с неистощимым запасом горючего, которое непрерывно поступает откуда-то извне. Корабль мчит нас в пустом межгалактическом пространстве. Ни одна пылинка не мешает его полету. Все время включены двигатели. Вот ракета уже разогнана до колоссальной скорости. Но по мере приближения к скорости света, которая, как мы говорили, предельна по величине, разгон делается труднее и труднее. Все большие усилия требуются для увеличения скорости корабля. Корабль как бы становится тяжелее 1 — другими словами, растет его инерция.
1
Из школьной физики вы помните, что мерой инерции любого тела служит масса этого тела. Следовательно, с увеличением скорости тела масса его увеличивается. Формулы Эйнштейна говорят, что при достижении скорости света масса делается бесконечно большой. Дальнейшее ускорение немыслимо.
С этим выводом специальной теории относительности перекликается еще один, не менее интересный и связанный с проблемой солнечной энергии, которая нас непосредственно интересует.
Предположим, что наш ракетный корабль мчится почти со скоростью света. Энергия его движения колоссальна. И, как мы только что сказали, корабль обладает огромной массой. Давайте уменьшим энергию движения корабля — затормозим его.
Согласно взглядам Эйнштейна, это немедленно повлечет за собой уменьшение массы. Еще сильнее затормозим корабль — масса его станет еще меньше.
Вот наш корабль возвращается из далекого путешествия, спускается на космодром, останавливается. Теперь от ракеты отнята вся энергия ее движения. И вместе с тем корабль лишился последнего излишка приобретенной в движении массы.
Итак, измеренная неподвижным наблюдателем масса движущегося относительно него тела, по Эйнштейну, неразрывно связана с энергией движения тела. Сегодня эта интересная особенность стала твердо доказанным экспериментальным фактом. С учетом ее строятся, например, мощные физические приборы, ускорители, в которых мельчайшие электрически заряженные частицы разгоняются до огромных скоростей.
Ну, а если тело пребывает в покое? Энергии движения нет, но ведь масса-то осталась! Не связана ли его масса покоя с какой-то еще не выделившейся, внутренней энергией?
Теория относительности отвечает на этот вопрос положительно. Взаимосвязь массы и энергии присуща любым телам — и движущимся и неподвижным. Недаром неподвижность так же относительна, как и движение.
Всякое изменение энергии тела сопровождается изменением его массы. Например, сжатая пружина заключает в себе больше энергии, чем отпущенная. Поэтому она массивнее. Стало быть, заведенные часы... тяжелее незаведенных! Тикают они — и постепенно становятся легче.
Если это утверждение вы проверите на собственном
будильнике, вас постигнет разочарование. Никакими, даже самыми точными, весами подобное уменьшение массы обнаружить не удастся.
Вообще во всех явлениях обыденной жизни изменения массы, связанные с изменениями энергии тела, остаются совершенно незаметными. Классический закон химии «вес веществ, вступающих в реакцию, равен весу веществ, получающихся после реакции» остается в силе, пока речь идет о химических процессах, пусть даже самых бурных.
Чем это объяснить? Может быть, вывод Эйнштейна — ошибка?
Нет, вывод верен. А незаметность изменений массы вызвана тем, что содержание в веществе скрытой энергии поистине колоссально. Даже самые обильные выделения энергии из обычных повседневных источников влекут за собой ничтожное уменьшение массы. Например, при сжигании платформы угля масса его уменьшается на 5 тысячных долей грамма.
Согласно Эйнштейну, энергия, сконцентрированная в теле, численно равна массе этого тела, дважды помноженной на скорость света. Вот эта знаменитая формула:
Здесь
