Как экспериментально проверить второй постулат спе

                КАК ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО ПРОВЕРИТЬ ВТОРОЙ ПОСТУЛАТ СПЕЦИАЛЬНОЙ
                ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ЭЙНШТЕЙНА
       Согласно второму постулату специальной теории относительности (СТО) Эйнштейна свет распространяется в вакууме во всех направлениях с одинаковой скоростью. Но это всего лишь предположение, которое до сих пор не получило экспериментального подтверждения.
      Естественно, сразу возникает вопрос: почему за более чем сто лет физики не удосужились провести его проверку?
       Вот тут и начинается самая настоящая детективная история.
       Оказалось, что сделать это совсем не просто. Великий Пуанкаре даже считал, что это утверждение в принципе невозможно подтвердить эмпирическим путем. Он писал: «Данный постулат никогда нельзя проверить прямо на опыте» (см. сборник работ А. Пуанкаре «Принцип относительности», М: Атомиздат, 1973, стр.12). Он считал, что человечество должно быть счастливо уже тем, что результаты измерений, которые мы делаем на основе этого предположения, не противоречат друг другу. Что косвенно, вроде бы, подтверждает истинность постулата.
       Схема эксперимента по проверке второго постулата Эйнштейна кажется, вроде бы, простой и очевидной. Для того, чтобы подтвердить или опровергнуть постулат нам необходимо сначала измерить скорость света в одном направлении, допустим, от А к В, а затем в противоположном -  от В в А. Сравнив скорости распространения света в прямом и обратном направлениях, мы получим ответ на вопрос об изотропности или анизотропности его. По эпистемологическим законам иной схемы проверки второго постулата СТО в принципе существовать не может.
        Беда, однако, в том, что измерить скорости света отдельно в каждом из направлений, чтобы потом сравнить их, невозможно. По данному поводу у физиков существует единодушное мнение.
       Мы сами можем убедиться в этом с помощью мысленного эксперимента. Допустим в точке А находится наблюдатель с часами. Он посылает световой сигнал в точку В, расстояние до которой известно. Чтобы зафиксировать время прихода сигнала в точку В, здесь тоже должны находиться часы. Но их показания времени прибытия сигнала будут иметь смысл только в том случае, если они были предварительно синхронизированы с часами в А. Иначе говоря, в любой выбранный в А момент времени часы в В должны показывать такое же время, как в А. Но выставить на часах в В одинаковое с А время можно только зная скорость распространения света. Получается порочный круг: чтобы синхронизировать часы, необходимо заранее знать скорость света, а чтобы узнать скорость света, необходимо иметь предварительно синхронизированные часы.
       Мы попали здесь на «чертово колесо». Выходит Пуанкаре был прав, когда говорил, что наше сознание никогда не сможет вырваться из этого адского логического круговорота.
       Здесь возникает следующий недоуменный вопрос: если скорость света в любом из направлений в принципе невозможно измерить эмпирически, то каким образом это сумел сделать, к примеру, Эйнштейн?
       А он и не сделал этого. То, что он выдает за скорость света, на самом деле таковой не является. В этом легко убедиться.
       Схему эксперимента для определения скорости распространения света Эйнштейн позаимствовал у немецкого физика Физо. Его схема предполагает измерение времени при определении скорости света не в двух точках пространства, для чего, естественно, необходимо иметь двое часов, а всего лишь в одной и посредством только одних часов. Что сразу же делает ненужной процедуру синхронизации. Синхронизировать нечего. Эйнштейновский наблюдатель с часами в определенное время посылал световой импульс из точки А в точку В, откуда он отражался и возвращался обратно в точку А. Тогда поделив пройденный путь (2АВ) на время, затраченное светом «на путешествие» туда и обратно, он посчитал, что получил в результате скорость света в вакууме в одном направлении – универсальную физическую константу 2АВ/t.
       На самом деле такой способ не позволяет определить скорость распространения света отдельно для каждого из направлений. Непроизвольно Эйнштейн отразил это обстоятельство в своей формуле скорости света. В ее знаменателе пройденный светом путь он обозначил как 2АВ, вместо АВ+ВА, которое указывает на то, что световой сигнал двигался не в одном направлении от А к В, а в разных, а значит в результате он получил не скорость света, а только его среднюю скорость. А это две больше разницы.
       Например, наблюдатель определил, что свет шел из А к В и обратно 4 секунды. Тогда, в соответствии с предположением Эйнштейна, сформулированном во втором постулате, свет затратит на путь из А в В 2 секунды, и столько же на обратный. В таком случае скорость света в одном направлении действительно будет равна константе 2АВ/t, где t время, затраченное светом на путь из А в В и обратно.
        Но я имею такое же право предположить, и ни одна академия этого не опровергнет, что свет шел в пределах тех же 4 секунд из А в В 1,9 секунды, а из В в А 2,1 секунды. Тогда скорость света из А в В будет равна АВ/1,9 сек, а из В в А – ВА/2,1 сек. Как видим скорости света в разных направлениях разные, но если мы вычислим среднюю скорость света, она будет равна физической константе 2АВ/t, точнее (АВ+ВА)/t. Какое из этих двух предположений верно, если оба они дают одну и ту же константу? Чтобы ответить на вопрос, нам придется, хочешь не хочешь, измерять скорость света в каждом направлении отдельно. Мы приходим к тому, от чего хотели уйти.
       Несмотря на категорический пессимизм Пуанкаре, физики все-таки продолжали искать способ, который бы позволил измерить скорость распространения света в отдельном направлении. Таких попыток в истории физики было немало, но я не буду на них останавливаться, они оказались неудачными по разным причинам. Это не входит в нашу задачу. Внимания заслуживают лишь две из них. Они основаны на предварительной синхронизации пространственно разнесенных часов без использования для этого эйнштейновской средней скорости света, которую он применял при калибровке часов и которая не учитывает разнонаправленность движения светового луча.
       Первую схему с двумя вращающимися зеркалами на одном валу, играющих, по сути, роль механически синхронизированных часов, в принципе вполне рабочую, использовал болгарский физик С. Маринов, но она не обеспечивала достаточную точность результатов и мы о ней тоже говорить не будем.
       Идея второго способа синхронизации пространственно разнесенных часов без использования световых сигналов была мимоходом высказана знаменитым советским физиком В. Л. Гинзбургом полвека назад. Он предложил синхронизировать часы в двух точках пространства с помощью светового «зайчика», который способен двигаться с бесконечно большой сверхсветовой скоростью. В таком случае «зайчик» можно использовать для синхронного запуска часов в разных точках пространства. А имея заранее синхронизированные таким образом часы, мы легко найдем скорость света в любом направлении.
       Одним из тех, кто проанализировал и обсчитал возможное практическое использование светового «зайчика» для синхронизации пространственно разнесенных часов был сотрудник Института прикладной физики РАН Григорий Борисович Малыкин. С его интереснейшей работой на эту тему можно познакомиться в российском академическом журнале «Успехи физических наук», том 174, №7 за 2004 год. Почитайте, не пожалеете затраченного времени. Мне посчастливилось немного знать этого удивительно доброжелательного человека. Мы в течение нескольких лет переписывались по интернету, обсуждали некоторые проблемы СТО. Согласитесь, не каждый физик, да еще доктор физико-математических наук, да еще сотрудник академического института станет тратить свое время на переписку с каким-то дворовым философом. Я думаю идея нового метода синхронизации часов, которая случайно забрела в мою голову, является в какой-то мере результатом наших дружественных с ним «препирательств». К несчастью, совсем недавно Григорий Борисович ушел из жизни. Мне сообщила печальную весть его дочь.
       Остается теперь ответить на вопрос: почему физики, получив на руки «зайчика», позволяющего, наконец, экспериментально проверить второй постулат специальной теории относительности Эйнштейна, - до сих пор «тянут резину» с его проведением?
       Заковыка в том, что технически осуществить эксперимент В. Л. Гинзбурга – Г. Б, Малыкина довольно сложно. Ну хотя бы потому, что для того, чтобы получить наибольшую сверхсветовую скорость «зайчика», нам придется задействовать пульсар из Крабовидной туманности. Что вряд ли по силам сегодняшней науке.
       Поэтому я предлагаю для синхронизации часов в разных точках пространства технически более доступный метод, основанный на использовании квантового эффекта запутанности.
       Схема эксперимента такая. Мы берем пару запутанных фотонов и разносим их в разные точки пространства А и В. Китайские физики научились сегодня отправлять запутанные фотоны на тысячи километров друг от друга. Даже собираются строить квантовый интернет. К каждому из запутанных и разнесенных в пространстве фотонов мы присоединим в качестве большой системы не бедного кота, как это делал венский «мучитель» животных Шредингер, а часы. Затем в точке А измерим любую из характеристик фотона, например, его поляризацию. Когда в точке А в результате измерения произойдет коллапс волновой функции фотона, в ЭТОТ же момент времени, в соответствии с принципом нелокальности, в точке В определится поляризация второго фотона. Одновременная декогеренция фотонов в точках А и В обеспечит одновременный запуск находящихся в этих точках часов. В результате мы получим по определению в точках А и В синхронно идущие хронометры. Если они в момент запуска пошлют в направлении друг друга световые импульсы, сравнение времени прихода световых сигналов из А в В и из В в А, даст нам ответ на вопрос об изотропности или анизотропности скорости распространения света, является ли второй постулат Эйнштейна истиной или заблуждением.
       Сегодня вошло в моду в подобных затруднительных ситуациях обращаться за помощью или советом к Илону Маску, как олицетворению всего прогрессивного. Но мы думаем, что проверку второго постулата СТО смогут быстро провести в любой из лабораторий Казахстана, России, Китая, Австрии и т. д., которые занимаются квантовыми исследованиями.
                Эдуард БУРБАКИН,
                г. Алматы
Декабрь 2025 г., e-mail: ta_niko@hotmail.com