О парадоксах одновременности в специальной теории

 





                Э. БУРБАКИН

                О ПАРАДОКСАХ ОДНОВРЕМЕННОСТИ
                В СПЕЦИАЛЬНОЙ ТЕОРИИ ОТНОСТИЛЬНОСТИ

                Опыт эпистемологического анализа

                Физика нуждается в обобщающей
                философии, выраженной на
                повседневном языке.
                Макс Борн
               

      В этих заметках мы намерены разобраться с простеньким на первый взгляд вопросом: «Какие события можно считать одновременными?». Ответ на него, следует сказать, давно существует. Его дал более сотни лет назад А. Эйнштейн в специальной теории относительности. Но анализ показывает, что концепция одновременности, разработанная им в рамках СТО, нуждается в существенных поправках. И связано это с не с тем, что появились новые противоречащие ей факты, а с тем, что давно вызрела необходимость освободиться от некоторых эпистемологических ошибок в интерпретации старых. При строгом соблюдении законов познания, из того же набора данных и постулатов, которыми располагал А. Эйнштейн к началу ХХ столетия, мы получим совсем иные выводы и совсем иные определения и времени, и одновременности чем те, к которым пришел автор СТО.   
                1.
       При рассмотрении проблемы одновременности мы будем обращаться в основном к   первой работе А. Эйнштейна по теория относительности «К электродинамике движущихся тел», другие публикации на эту тему лишь уточняют и разъясняют более подробно уже сказанное в упомянутой статье.
                2.
       А. Эйнштейн приводит в статье два разных определения одновременности.  Рассмотрим сначала одно из них. Автор СТО дает его в первом же параграфе во втором абзаце без всяких предисловий и пояснений как некую аксиому. Это определение основа основ всех его дальнейших теоретических построений. Он пишет, что «… все наши суждения, в которых время играет какую-либо роль, всегда являются суждениями об одновременных событиях. Если я, например, говорю: «Этот поезд прибывает сюда в 7 часов», - то это означает примерно следующее: «Указание маленькой стрелки моих часов на 7 часов и прибытие поезда суть одновременные события» [Эйнштейн А. Собрание научных трудов. М.: Наука,1965. Т.1, стр. 8].
       На самом деле приведенное определение ничего не определяет. Оно логически несостоятельно, если присмотреться к нему внимательнее.
       По условиям задачи у нас есть поезд, который в неизвестный момент времени прибывает в условную точку А. И наблюдатель, роль которого взял на себя сам А. Эйнштейн. У наблюдателя есть прибор для измерения времени – часы. С их помощью он должен зафиксировать время прибытия поезда. В соответствии с принципами, которых придерживался сам А. Эйнштейн, природа всех часов такова, что они измеряют время лишь в той точке, в которой находятся. Значения времени события, как известно, всегда указываются вместе со значениями координат. Тогда возникает вопрос: а в какой точке пространства измеряет время наблюдатель с часами, локализацию которого А. Эйнштейн не стал почему-то указывать в условиях задачи? С уверенностью можно сказать пока лишь одно: он может находиться в любой точке пространства, но только не в точке А – тогда бы ему стало известно время события в месте, куда прибыл поезд, и никакой проблемы с определением времени его прихода не существовало. Отсюда можно предположить: он располагается в одной из точек пространства за пределами точки А.      
        Но в таком случае маленькая стрелка часов наблюдателя будет показывать время не в точке А, где произошло событие, а время в какой-то из точек вне ее, допустим в точке N, где находится наблюдатель. Время в А часы   наблюдателя в точке N показывать не могут, оно по-прежнему останется для наблюдателя неизвестным. И, главное, принципиально недоступным. Наблюдатель в точке N никогда не сможет по своим часам узнать время события в точке А. Он измеряет и знает время только в точке N. В итоге получается логический тупик, задача не поддается решению.
        Чтобы выбраться из тупика А, Эйнштейн предложил, как известно, следующий рецепт: если точка, в которой располагается наблюдатель с часами, находится вблизи от места события, то тогда время, которое показывают часы в точке N, можно считать временем прибытия поезда в точку А, то есть временем события. «…Под «временем» некоторого события, - цитируем его, - подразумевается показание (положение стрелок) тех из часов, которые находятся в непосредственной близости к месту события» [Собрание научных трудов. М.: Наука, 1965.С.542].  Логика тут хромает на обе ноги. Ведь в таком случае речь будет идти не о сравнении времен в двух разных точках, не об установлении одновременности прибытия поезда в точку А и прибытия маленькой стрелки к цифре 7 в точке N. Мы будем иметь здесь   неправомерный перенос времени, которое показывают часы в точке N, в точку А. Но в таком случае приведенное А. Эйнштейном определение никакого отношения к одновременности событий не имеет.
       Вопросы вызывает использование еще одного расплывчатого понятия. Что означает математически не определенный термин «вблизи»? В четырех томах собрания трудов А. Эйнштейна ответа на вопрос нет. В литературе мы нашли лишь одно более или менее четкое значение его у Г. Рейхенбаха: «вблизи», считает он, значит на расстоянии «человеческого роста» [см. Рейхенбах Г. Философия пространства и времени.М.: Прогресс.1985.С.144]. Допустим на секунду, для таких точек вопрос определения времени события действительно снят. Но тогда для всех точек пространства, лежащих за пределами двух метров, проблема остается, определение времени события по часам наблюдателя, находящегося в одной из более удаленных чем на два метра точек, по-прежнему будет невозможна, и проблему все равно нужно как-то решать. По этой причине А. Эйнштейну пришлось снова придумывать новое правило определения времени события. Для этого ему пришлось вводить в условия задачи вторые часы и затем искать способ синхронизировать их с первыми. Об этом мы будем говорить несколько позже, а пока отметим обстоятельство, вызывающее недоумение: почему при двух метрах пространства, разделяющих наблюдателя и событие, мы определяем время события по одним правилам и с помощью одних часов, а при трех метрах сделать это уже невозможно – требуется какой-то новый алгоритм для достижения той же цели?   
                3.
       При правильной постановке вопроса подобного рода «коллизии» возникать не должны.  Рассмотрим простейший случай проявления одновременности в отдельно взятой покоящейся системе отсчета. Правильное понимание простого даст ключ к пониманию исторически более развитых и сложных форм анализируемого явления.
        Чтобы получить возможность говорить об одновременности, наблюдатель должен иметь по меньшей мере хотя бы два события, чьи временные характеристики с помощью часов он мог бы сначала измерить, а потом сравнить результаты измерений. У А. Эйнштейна в процитированном определении одновременности наблюдатель измеряет время лишь одного события – время прибытия поезда на станцию. Второго события в условиях задачи нет. Считать вторым событием приход маленькой стрелки измерительного прибора к цифре 7 невозможно по эпистемологическим соображениям. Это сразу станет очевидным, если мы возьмем для анализа такую ситуацию, в которой факт наличия двух событий не вызовет возражений даже у отъявленных ортодоксов СТО. Даже у самого создателя специальной теории относительности. И тогда наши выводы относительно одновременности двух не оспариваемых реальных событий окажутся совершенно иными, чем те, к которым пришел А. Эйнштейн, исходя из анализа своей сомнительной пары событий. 
       Пусть у нас будут две произвольно разнесенные в пространстве точки А и В, в которых произойдут некие события. Безразлично какие, например, удары молний. Допустим также, что в какой-то произвольной точке пространства находится наблюдатель. Пусть это будет точка N, расположенная для простоты анализа на линии АВ. Попросим наблюдателя определить – одновременно ли произошли два наблюдаемых им события.
       До начала прошлого века никаких проблем с ответом на вопрос не существовало. Тысячелетиями человек считал, что событие происходит тогда, когда он его видит. И если наблюдатель в точке N видел два события в один и тот же момент времени, он с уверенностью делал вывод, что события произошли одновременно. Это исторически оправданное   представление об одновременности перекочевало и в классическую науку. Великие Декарт, Галилей, Ньютон считали такое понимание одновременности истинным и естественным следствием существующего в природе дальнодействия. Декарт в одном из писем так очень четко «отлил» в словах такую позицию «дальнобойщиков»: «…Не существует никакого промежутка времени между мгновением, когда свет исходит от светящегося тела, и мгновением, когда он достигает глаза». То есть, не существует никакого промежутка времени между событием и его восприятием, время восприятия и есть время его события. Цитируется по книге У. И. Франкфурта и А. М. Френка «Оптика движущихся тел», изданной в московском издательстве «Наука» в 1972 году.
       Но наблюдатель, как и всё в нашем мире, тоже является продуктом исторического развития. К началу ХХ века он стал понимать обрисованную ситуацию с ударами молний несколько иначе. Нет, условия мысленного эксперимента для него остались прежние, он видит, как и его предшественник, что молнии в точках А и В сверкнули в один и тот же момент времени. Тем не менее, наблюдая одновременные события, он уже не может сказать, что события произошли одновременно. В чем дело?
       Причина затруднений проста. Второй наблюдатель, в отличие от первого, знает уже о конечной скорости света и понимает, что ему теперь придется считаться с данным свойством электромагнитного излучения при определении одновременности. Ему становится ясно, что событие происходит не тогда, когда он его видит, а хоть на мгновение, но раньше.  Световому сигналу во всех случаях (без исключений) требуется какое-то время, чтоб добраться до наблюдателя с информацией о событии.
       Таким образом получается, что привычное одномерное классическое время для сегодняшнего наблюдателя как бы раздваивается, единое время распадается на противоположности.  Наблюдатель вместо одного получает два отдельных вида времени: время восприятия события, и собственно само время события. Наблюдатель понимает, что отныне, чтобы разобраться в сложных пространственно-временных отношениях, он должен учитывать двойственную природу времени.
       Конечно, визуально разделение между двумя временами становится доступным для наблюдателя, учитывая огромную скорость света, лишь при больших расстояниях, разделяющих его и событие. В обычных условиях в практическом смысле это разделение наше восприятие по-прежнему не замечает и мы и сегодня в обыденной жизни продолжаем считать временем события время его восприятия. Глядя на часы, мы говорим: молния сверкнула ровно в 12 часов. Хотя знаем, что на самом деле она вспыхнула на какое-то мгновение раньше, чем мы ее увидели. Свету понадобилось какое-то время, чтобы дойти до наблюдателя. Пусть оно составляет тысячные или миллионные доли секунды, недоступные восприятию. Но из ограниченных возможностей восприятия (или приборов фиксирующих приход сигнала) вовсе не следует, что разделения времени на два вида не существует. Наблюдаемое всегда отделено от наблюдателя каким-то расстоянием и световому сигналу в любом случае требуется какое-то время чтобы добраться до него. А это значит, что при теоретическом рассмотрении вопроса всегда есть  время восприятия события и есть время события, которые не могут быть отождествлены. 
       Что такое время события с точки зрения эпистемологии более или менее понятно. Это время, которое характеризует само событие и относится к самой существующей независимо от наблюдателя объективной реальности. Это абсолютное время, время само по себе.
       А что такое время восприятия события? Это время прихода сигнала, свидетельствующего о том, что где-то в какой-то неизвестной точке пространства произошло событие. Именно время прихода сигнала всегда показывают часы наблюдателя. Воспринимаемое время события всегда   относительно, поскольку оно зависит от положения наблюдателя в пространстве, от того, сколько времени шел к нему световой сигнал.
        Перцептуальное время события это не какое-то специальное время в дополнение к физическому, в котором существует время события. Это то же физическое время, только наделенное особой субъективной формой существования. Поэтому и то, и другое время мы меряем одними и теми же часами, которые, получается, не чувствительны к видовому различию времен, часы их просто не замечают. Что часто становится причиной неосознанной подмены понятий, источником логической путаницы. Разница между временами лишь в том, что время восприятия включает в себя, помимо времени события, еще и «кусок» реального физического времени, которое затрачивает свет, чтоб дойти до наблюдателя.
       Как видим, относительность времени в покоящейся системе координат является его неотъемлемым свойством, она заложена внутри самого времени и обусловлена конечностью скорости света. Это относительность первого порядка. Она существенным образом сказывается и на относительности второго порядка, когда мы сравниваем двойственное время покоящейся системы координат с двойственным временем движущейся системы. Но это тема для отдельного разговора.  Время, таким образом, по природе своей является единством абсолютного и относительного. Получается, не совсем прав был не только Исаак Ньютон, считая время абсолютным, но и Альберт Эйнштейн, который утверждал, что время всегда только относительно. В реальности, как видим, оно и то и другое вместе взятое.
       Внутренняя структура времени восприятия лучше будет видна, если мы представим его в виде несложной формулы: tвос = tсоб + AN/с, где tвос – время восприятия в точке N, tсоб – время события в точке А, c – скорость света, с которой передается информация о событии. Из уравнения сразу же становится видно, каким образом можно найти недоступное для наблюдения время события: tсоб = tвос – AN/c. То есть, из времени восприятия события, которое наблюдатель всегда может с исторически обусловленной точностью определить в той точке, в которой он находится, необходимо вычесть время, за которое свет прошел отрезок AN. Таким образом, время события является всегда вычисленной, то есть абстрактной величиной, недоступной, как всякая абстракция, для непосредственного наблюдения.
       Найти время, которое затрачивает свет на преодоление отрезка AN, будет совсем несложно, если мы примем постулат А. Эйнштейна о том, что скорость света постоянна и не зависит от направления его движения. Мы отправим световой сигнал из точки А в точку N, дождемся возвращения его в точку А, и тогда половина времени, затраченного на путь туда и обратно, будет временем на путь из А в N, где находится наблюдатель. Останется только произвести несложный арифметический расчет – из времени восприятия события вычесть время, затраченное светом на преодоление отрезка АN. Совершенно ясная, логически строгая и физически воспроизводимая процедура действий, с помощью которой любой наблюдатель в покоящейся системе координат сможет посредством одних часов определить время любого события в любой удаленной точке пространства.
        Теперь становится понятно, почему второй наблюдатель в точке N, увидев одновременно два события, не может с уверенностью утверждать, что события произошли одновременно. Существуют не только два вида времени, но и два вида одновременностей. Есть одновременность воспринимаемых событий, и есть одновременность событий. Наблюдатель в точке N при наблюдении всегда получает, сравнивает и фиксирует не одновременность событий, а одновременность их восприятия. О том, одновременны ли сами события, по результатам наблюдения сказать он ничего не может.  За перцептуальной одновременностью могут скрываться и не одновременные события. Это можно продемонстрировать на конкретных примерах.
       Допустим, наш наблюдатель в точке N видит удары молний в точках А и В одновременно. Мы вполне законно можем смоделировать ситуацию таким образом, что точка А будет находиться от наблюдателя на расстоянии 600 тысяч километров, а точка В – на расстоянии 300 тысяч километров. Ничего «криминального» в наших действиях нет. А. Эйнштейн делал то же самое при синхронизации часов, отмеряя равные расстояния от наблюдателя в точке N к точкам, в которых должны были произойти или произошли события. Мы же в данном случае отмерили неравные.
       Будем считать, что и у нас, как у А. Эйнштейна, тоже есть знакомый синоптик, который способен обеспечить не одновременные удары молний в заданных точках покоящейся системы координат – удар молнии в точке А в 00 часов 01 секунда, а точке В на секунду позже – в 00 часов 02 секунды. События, без всякого сомнения, не одновременные. Но наблюдатель увидит эти неодновременные события как одновременные. По условиям мысленного эксперимента событие в точке А произошло на секунду раньше, чем событие в точке В, но световому сигналу из А понадобилось на секунду больше времени, чем сигналу из В, чтоб добраться до наблюдателя. Поэтому он увидел неодновременные вспышки молний одновременно.
       Возможен другой вариант. Молнии бьют в точки А и В с теми же координатами одновременно, но наблюдатель воспримет их тогда как не одновременные. Сначала он увидит вспышку в точке В, а через секунду – в точке А. Потому что при одинаковых значениях времени событий, точку В отделяет от наблюдателя меньшее расстояние, чем точку А.
       Возникает вопрос: как за данной нам в ощущениях перцептуальной одновременностью найти реальное время двух событий? Для этого наблюдателю придется, не обращаясь к одновременности их восприятия, найти сначала время каждого события в точках А и В по отдельности, а затем из сравнения полученных результатов сделать вывод об одновременности или не одновременности событий.
                5.
       Все основное, что можно сказать о свойствах времени в покоящихся системах отсчета, мы выяснили. На этом можно было бы поставить точку. Но есть одно методологически важное обстоятельство, связанное с определением времени удаленного события, на которое нам бы хотелось обратить внимание читателя. Известно, что наблюдателю А. Эйнштейна, чтобы найти время удаленного события, понадобились еще одни часы и невнятная, довольно сомнительная процедура по их синхронизации. Наш же наблюдатель находит время события в любой точке пространства с помощью одних часов.  Вторые ему не нужны, что делает ненужной операцию по синхронизации часов. Дело в том, что если наш наблюдатель определит время события в какой-то точке пространства, пользуясь одними часами, а потом решит выставить найденное время в точке, где произошло событие на вторых часах, то они автоматически, будут идти синхронно с первыми без всяких специальных усилий по их синхронизации. Объясняется это тем, что время восприятия события и время события находятся в казуальной связи, и часы, отражающие эту связь, всегда будут идти синхронно, то есть показывать одинаковое время.
       Только выглядеть синхронность (одинаковость показаний) наших часов будет несколько по иному, чем у А. Эйнштейна. Это объясняется тем, что у нас уже найденное время события определяет показания часов в точке А, а у А. Эйнштейна все поставлено с ног на голову – у него показания предварительно синхронизированных часов (напомним, не чувствительных к существованию двух видов времени) определяют время события в удаленной точке.
       Например. Допустим наблюдатель с часами в точке N увидел удар молнии в точке А в 00 часов 10 секунд. Расстояние до места события, вычисленное им, 600 тысяч километров. Значит световой сигнал шел к нему ровно 2 секунды. Следовательно, найденное время удара молнии – 00 часов 08 секунд. Его мы и выставим на часах в точке А. Но тогда получается парадоксальная ситуация: стрелки синхронно идущих часов в точках A и N показывают разное время: в N – 00 часов 10 секунд, в А – 00 часов 08 секунд. Часы в А отстают на 2 секунды от часов в N. Как такое может быть? Ведь синхронно идущие часы должны показывать вроде бы одинаковое время.
       Но если мы обдумаем ситуацию, то поймем, что иначе быть не может – часы в А показывают при наблюдении время события, а часы в N – время его восприятия, на 2 секунды большее. Почему же часы, стрелки которых показывают разное время, идут синхронно? Потому что, когда часы в А, например, показывают 00 часов 08 секунд, стрелки часов в N тоже показывают это же время, так как только в таком случае они, с учетом времени в пути светового сигнала, могут показывать в точке N 00 часов 10 секунд при наблюдении.
        Точно так же мы сможем найти времена событий в точках С, D и т. д., расположенных на той же оси на расстояниях, допустим 900 и 1500 тысяч километров от наблюдателя. Когда мы выставим в указанных точках найденные времена событий на часах, то часы в С и D, подобно часам в точке В, тоже будут синхронны с часами в N (а значит и между собой) и одновременно отставать от часов в N тем больше, чем дальше они находятся от наблюдателя: часы в B – на 2 секунды, в С – на 3 секунды, часы в D – на 5 секунд. Понятно, что наблюдаемое отставание не имеет ничего общего с физическим отставанием, физическим замедлением времени, с торможением хода часов. Это кажущееся, иллюзорное отставание, обусловленное особенностями взаимодействия объективно существующей реальности с воспринимающим и осознающим ее наблюдателем. Если мы вернем все часы в указанных точках в точку N, ни одни из них отставать не будут, как утверждает А. Эйнштейн, все они будут показывать одинаковое время с часами в точке N.
       Сама идея физического замедления времени в условиях инерциальной системы координат логически несостоятельна и ни на чем не основана. «Если в точках А и В системы К, – пишет А. Эйнштейн - помещены покоящиеся синхронно идущие часы, наблюдаемые в покоящейся системе, и если часы из точки А двигать по линии, соединяющей ее с В, в сторону последней со скоростью v, то по прибытии этих часов в В они уже не будут более идти синхронно с часами в В. Часы, передвигавшиеся из А в В, отстают по сравнению с часами, находящимися в В с самого начала…» [Собрание научных трудов. М.: Наука,1965. Т.1.С.19]. 
       Чтобы показать эпистемологическую несостоятельность этого мысленного эксперимента, несколько видоизменим его. Пусть в точке А у нас будут еще одни часы С, идущие синхронно и с часами А, и с часам в точке В. Часы А и С показывают 00 часов 4 секунды, синхронно идущие часы в В - 00 часов 02 секунды. Это значит, что расстояние между точками А и В 600 тысяч километров. Две секунды необходимо световому сигналу, чтоб пройти расстояние из В в А. Эти 2 секунды и определяют отставание часов в точке В. Если мы отправим часы С в точку В со скоростью v, то часы С, по мнению А. Эйнштейна, уже не будут идти синхронно с часами в В, то есть в этой точке они будут показывать время меньшее, чем 02 секунды.
       На следующем этапе мысленного эксперимента мы пригласим еще одного наблюдателя, который ничего не знает о нашем эксперименте, и попросим его с помощью тех же световых сигналов определить, какие из часов в точке В показывают правильное время. Ясно, что показания часов, изначально находившихся в точке В никаких вопросов у наблюдателя со стороны не вызовут – они отстают на те 2 минуты, которые световой сигнал затратил на преодоление расстояния АВ. А вот при оценке показаний часов С ему придется выбирать между равновозможными вариантами ответов: если часы С изначально находились в точке В и показывают время меньшее, чем 00 часов 02 секунды, значит они просто барахлят и в них нужно просто подвести стрелки, то есть выставить правильное время. Но если они были передвинуты из А в В, то тогда отставание часов С от часов в В будет большим, чем 2 секунды, что, по мнению А. Эйнштейна, является следствием их движения из А в В со скоростью v, - в таком случае наблюдателю подводить стрелки часов будет не надо. В этой ситуации правильный ответ: подводить или не подводить стрелки часов С, будет зависеть от предистории наблюдаемого явления, что в принципе эпистемологически недопустимо, так как делает невозможной саму синхронизацию часов, само знание времени удаленного события. Тогда, если мы согласимся с идеей физического замедления времени, это будет означать конец физики, вообще науки, законы мира станут для нашего сознания недоступны.
       Есть еще один давно известный аргумент против возможности физического замедления времени. Его сформулировал самый большой специалист по СТО в советской науке В. Фок. Он писал: «Иногда говорят, что в движущейся системе время идет медленнее, чем в неподвижной. Такая формулировка, однако, неправильна, так как на основании принципа относительности всегда можно поменять ролями движущуюся и неподвижную систему, и тогда случилось бы противоречие» [Фок В. А. Теория пространства, времени и тяготения. М.: Гостехиздат.1955.С.61]. Это значит, что никакого физического замедления времени нет и не может быть.
       Могут возразить: как нет, если А. Эйнштейн наглядно демонстрирует это замедление в многочисленных мысленных экспериментах. Верно, против экспериментов трудно что-то возразить. Но вот относительно их интерпретации возражения есть, и нам кажется, весьма убедительные.  Все релятивистские эффекты в них являются кажущимися и связаны они с перцептуальной реальностью. Они относятся не к временам самих событий, а к временам их восприятия. И преобразования Х. Лоренца связывают между собой при переходе от покоящейся системы координат к движущейся (или от движущейся к покоящейся) не времена и координаты событий, а воспринимаемые времена и воспринимаемые координаты их. Что однозначно переводит релятивистские эффекты в разряд иллюзорных, кажущихся. Чтобы убедиться в этом, проанализируем еще один из мысленных экспериментов А. Эйнштейна.
       «Пусть очень длинный поезд идет с постоянной скоростью v по рельсовому пути… Людям, находящимися в этом поезде, более удобно принять поезд за твердое тело отсчета (систему координат); все события они относят к поезду. Всякое событие, происходящее на протяжении железнодорожного пути, происходит также и в определенной точке поезда. Определение одновременности для поезда может быть дано точно таким же способом, что и для рельсового пути. Однако естественно возникает следующий вопрос.
       Являются ли два события (например, удары молний в А и В) происходящие одновременно о т н о с и т е л н о   п о л о т н а   д о р о- г и, также одновременными и   о т н о с и т е л ь н о   п о е з д а? Сейчас мы покажем, что ответ может быть только отрицательным.
       Когда мы говорим об ударах молнии в А и В, одновременных относительно полотна дороги, то это означает, что световые лучи, исходящие из А и В, встречаются в средней точке М участка полотна АВ. Но событиям А и В соответствуют также места А и В на поезде. Пусть М* - средняя точка отрезка АВ движущегося поезда. Хотя эта точка в момент ударов молнии и совпадает с точкой М, она движет со скоростью v поезда вправо… Если бы находящийся в поезде в точке М* наблюдатель не обладал этой скоростью, то он продолжал бы оставаться в точке М и тогда световые лучи от ударов молнии в А и В достигли бы его одновременно, т. е. оба эти луча встретились бы в том месте, где он находится. Однако в действительности он движется (если наблюдать с полотна дороги) навстречу световому лучу, идущему из точки В, и в то же время движется по световому лучу, идущему из точки А. Следовательно, наблюдатель увидит световой луч из В ранее, чем луч из А. Наблюдатели, пользующиеся поездом в качестве тела отсчета, должны, таким образом, прийти к выводу, что удар молнии в В произошел ранее, чем удар молнии в А. Следовательно, мы приходим к важному результату.
       События, одновременные относительно полотна железной дороги, не являются одновременными по отношению к поезду и наоборот (относительность одновременности). Всякое тело отсчета (система координат) имеет свое особое время; указание времени имеет смысл лишь тогда, когда указывается тело отсчета, к которому оно относится».
       Автор цитаты не очень четко видит ситуацию и потому при ее описании использует много лишних ненужных слов. Ключевой вывод всех его рассуждений заключается в том, что наблюдатель в поезде «увидит световой луч из В ранее, чем луч из А», из чего он делает вывод, что «удар молнии в В произошел ранее, чем удар молнии в А». Но мы уже знаем, что по одновременности или не одновременности воспринимаемых событий судить об одновременности или не одновременности событий невозможно.
       Разберемся в ситуации подробнее. Наблюдатель в точке М, по условиям мысленного эксперимента, остается неподвижным, пока световые лучи идут к нему из А и В. Поскольку он находится в средней точке отрезка АВ, одновременные события он увидит одновременно. Наблюдатель в поезде в момент, когда ударили молнии, тоже находился на равном расстоянии от них в точке М*, для него те же события в точках А и В тоже были одновременными. Но он, пока тот же световой луч из В шел ему навстречу, а второй из А догонял его, успел за это время продвинуться к месту события в точке В, и уйти на какое-то расстояние от точки А. В результате он узнал о событии в В раньше, чем об одновременном событии в А, так как у него изменились расстояния до точек А и В, куда одновременно ударили молнии, а, значит, соответственно, изменилось время восприятия событий: наблюдатель в поезде стал воспринимать те же одновременные события в А и В, как не одновременные. Никакого нарушения одновременности событий в результате прямолинейного и равномерного движения одной системы отсчета относительно другой, как видим, не происходит, и события, одновременные относительно полотна железной дороги, остались одновременными и по отношению к поезду. Не одновременным стало их восприятие. Следовательно, никакой относительности одновременности событий, вроде бы обнаруженной впервые А. Эйнштейном, нет и не может быть. Она – одновременность событий – абсолютна, из какой бы системы координат мы не наблюдали бы за событиями. Относительным будет время восприятия этих событий, оно будет меняться в зависимости от того, с какой скоростью v будут меняться расстояния, отделяющие наблюдателей от места, где произошли события.
    
                5.
       Теперь посмотрим, как на те же вопросы, возникающие при определении времени и одновременности событий в покоящейся системе координат, ответил А. Эйнштейн в своей статье.
       Позиция А. Эйнштейна относительно двойственной природы времени противоречивая. Сначала он тоже признает, что существуют две разновидности времени: время события это одно, и время восприятия, которое он называет временем прихода сигнала, это другое. Эйнштейновское название времени восприятия возможно более точное, поскольку оно указывает на то, что регистрировать время прихода сигнала о событии можно не только с помощью зрения – в восприятии, но и с помощью приборов. Кроме того, приборы позволяют регистрировать более широкий спектр электромагнитных излучений с большей точностью, которая недоступна эволюционно возникшим органам восприятия.
       Но признав теоретически двойственную природу времени, А. Эйнштейн тут же практически возвращается к классическому одномерному времени. Он посчитал, что физику может интересовать лишь время события, характеризующее объективно существующую реальность, а субъективное понятие «время восприятия события» не совсем полноценно и потому ему нет места в науке о природе. Подобные взгляды на роль восприятия в процессе познания были довольно широко распространены среди ученых. Например, немецкий математик Г. Минковский вообще считал наглядные представления о времени и пространстве фикцией. Видимо по этой причине и А. Эйнштейн отказался пользоваться понятием «время восприятия события» и оставил его за рамками своих рассуждений, за пределами специальной теории относительности. Он предпочел иметь дело непосредственно с физическим временем, минуя этап его визуализации. Образцом подобного подхода к познанию законов мира рассматривалась Эвклидова геометрия. Она считалась продуктом «чистого разума». Многим казалось, что она полностью отрицает перцептуальное пространство, в котором, вопреки аксиомам чистой геометрии, параллельные прямые пересекаются, размеры вещей не имеют ни постоянных значений, ни устойчивых форм. Каждый из своего опыта знает, что параллельные железнодорожные рельсы у горизонта сходятся, угловые размеры знакомых вещей уменьшаются.
       Время восприятия события и вправду выглядит, на первый взгляд, ущербным, неполноценным, даже бессмысленным, поскольку всегда содержит в себе элемент неопределенности, связанный с неопределенностью расстояния, которое отделяет событие от наблюдателя. Все верно.
       Но, с другой стороны, не следует забывать, что перцептуальное время физически, с детерменистски обусловленной зависимостью, связывает нас с объективно существующим миром. Это время, которое единственно доступно для непосредственного наблюдения и измерения. Оно является системообразующим фактором, так как показания всех остальных часов в любой системе отсчета устанавливаются с учетом показания часов, находящихся в начале координат. В таком случае, что значит «отменить» время восприятия события? Это значит «отменить» для наблюдателя доступ к являющейся ему в восприятии реальности – в нашем случае – доступ к времени события.
       Судя по приводимой ниже цитате из статьи «К электродинамике движущихся тел» А. Эйнштейн прекрасно понимал справедливость сформулированных выше эпистемологических зависимостей, но он ошибочно посчитал, что может найти время события без обращения к времени прихода сигнала, то есть к времени его восприятия.  Он пишет: «Желая определить время событий, мы могли бы, конечно, удовлетвориться тем, что заставили бы некоторого наблюдателя, находящегося с часами в начале координат, сопоставлять соответствующее положение стрелки часов с каждым световым сигналом, идущим к нему через пустоту и дающим знать о регистрируемом событии. Такое сопоставление связано, однако, с тем неудобством, известным нам из опыта, что оно не будет независимым от местонахождения наблюдателя, снабженного часами. Мы придем к гораздо более практическому определению (времени события – прим. авт.) путем следующих рассуждений». [Собрание научных трудов. М.: Наука,1965.С.9].
       Как видим, А. Эйнштейн признает, что он мог бы, конечно, вычислить время события с помощью одних часов в начале координат по времени прихода светового сигнала о событии, но он не будет делать этого, поскольку у него есть более «практичный» способ достичь этой же цели. Посмотрим, что это за способ, и насколько он «практичнее» нашего.
       Поскольку эйнштейновский наблюдатель отказался использовать время восприятия, ему приходится для определения времени удаленного события приглашать еще одного наблюдателя с точно такими же часами. Теперь первый наблюдатель может узнать время только в точке А, второй – только в удаленной точке В. Но чтобы измерение времени в указанных точках имело смысл, часы необходимо предварительно синхронизировать, то есть выставить на них одинаковое время. Тогда наблюдатель в А всегда будет знать, что показывают синхронно идущие часы в удаленной точке В, где произошло событие. Время в В в любой выбранный момент будет такое же, как в А. И наоборот.В этом и состоит смысл синхронизации часов.
       Но что значит «одинаковое время»? Если двое часов находятся в одной точке, тут все понятно: чтоб добиться синхронности, стрелки часов мы должны поставить в одинаковое положение. А если часы находятся в разных точках пространства? Здесь ситуация выглядит совершенно по иному. Чтобы двое часов показывали одинаковое время, они должны обязательно в момент наблюдения показывать разное время. Мы объяснили этот парадокс раньше. Удаленные от наблюдателя часы всегда отстают от часов в начале координат, где находится наблюдатель, на время, которое требуется световому сигналу, чтоб преодолеть разделяющее часы расстояние. Если это расстояние по какой-то причине исчезает (например, мы возвращаем часы из В в точку А), то волшебным образом, без физического воздействия на часы в точке В, «испаряется» их отставание – их показания будут совпадать с показаниями часов в точке А.
       Таким образом, суть процедуры синхронизации сводится к тому, чтобы установить на часах в удаленной точке В такое время, которое учитывало бы и время в точке А, и время, которое тратит свет на преодоление разделяющего часы расстояния.
       В первой работе по СТО А. Эйнштейн демонстрирует довольно смутные представления о синхронности часов. По его мнению, часы будут идти синхронно, если наблюдатели в ходе мысленного эксперимента со световым сигналом, отправленным из А в В и возвращенным опять в точку А, выяснят, что время, «необходимое для прохождения света из А в В», будет «равно «времени», требуемому для прохождения света из В в А». 
       Такое определение синхронности часов, на самом деле является просто повторением иными словами формулировки второго постулата, лежащего в основе специальной теории относительности, который предполагает равенство скоростей света в прямом и обратном направлениях. Если мы принимаем этот постулат, то тогда можем заранее утверждать, что равные расстояния отрезков АВ и ВА свет пройдет за равные промежутки времени. И чтобы выяснить это, не нужно проводить какие-то мысленные эксперименты с отправлением световых сигналов. В случае, если часы в А будут показывать утро, а часы в В – полдень, то расстояния АВ и ВА между не синхронизированными часами световой сигнал все равно будет проходить за равные промежутки времени. Постулат о      постоянстве скорости света является условием для возможной синхронизации часов, но не алгоритмом самой синхронизации.
       Сам алгоритм синхронизации часов, находящихся в точках А и В и разделенных расстоянием r, может выглядеть, например, так. Наблюдатель в А в произвольно выбранное время отправит в В световой сигнал. Наблюдатель в В, по предварительной договоренности с коллегой, отправит его обратно с помощью простого зеркала. Зная время возвращения сигнала из В, наблюдатель в А легко определит, что когда его часы в момент прихода отраженного сигнала показывают время 2r/c, часы в В показывают время в А плюс время r/c. То есть, если r равно 600 тысяч километров, то часы в В в момент возвращения отраженного сигнала в А в 00 часов 04 секунды показывают 00 часов 02 секунды. Синхронизированные часы в В как и положено показывают время на 2 секунды меньшее, чем часы в А.  Причины такого несовпадения показаний или мнимого отставания синхронизированных часов в В мы объясняли уже чуть выше.
       Формально определение времени удаленного события, как видим, все-таки вполне возможно и посредством синхронизации часов. Принципиально такой метод, создается впечатление, не отличается от рассмотренного нами, предусматривающего использование для этой цели одних часов в начале координат. Разве что процедура синхронизации является более сложной и более затратной. Однако простота, как известно, не всегда является критерием истины. Определение времени удаленных событий посредством синхронизированных часов имеет существенный недостаток. Часы не способны уловить и зафиксировать двойственную природу времени, и тогда все релятивистские эффекты, связанные с кажущимся замедлением времени, превращаются в реальное физическое замедление, что приводит к неразрешимому парадоксу часов. В спорах вокруг этого парадокса, А. Эйнштейн объяснял, что он якобы решается в рамках общей теории относительности. Что, согласитесь, крайне нелогично. Время замедляется в рамках инерциальных систем, а причина замедления находится в системах, связанных с ускорением. Да, гравитация может не только замедлить время, но и уничтожить его. Но как физический эффект замедления времени может появиться в инерциальной системе, где вообще не действуют никакие силы? Объяснить это А. Эйнштейн не может.
                6.
       Теперь остается разобраться в том, как изменяются две формы времени и две разновидности одновременности в движущихся системах координат. Но это тема для следующих заметок.       
               
                Алматы, 30 мая 2025 г.
                e-mail: ta_niko@hotmail.com