Баллистическая


Изменение хода времени в поле тяготения



жүктеу 8.2 Mb.
бет19/99
Дата04.03.2018
өлшемі8.2 Mb.
1   ...   15   16   17   18   19   20   21   22   ...   99

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=2π, 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 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 бы мы использовали в опыте не атомные, а простые маятниковые часы, то обнаружили бы, что часы, побывавшие на высоте, наоборот, отстали, причём заметно. И тоже дело было 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 электрические и магнитные поля, 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. Часов точней атомных пока нет, но когда такие часы, работающие на ином принципе и не подверженные действию 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 ним систем отсчёта можно сколь угодно точно определять относительные скорости движения других тел, а также то, движутся ли они равномерно или ускоренно, подвергаясь внешним воздействиям. Как отмечал Ритц, и за два тысячелетия до него Демокрит с Лукрецием, абсолютного пространства и времени попросту не может существовать, поскольку это подразумевало существование центра, начала, границ вселенной и времени, которых нет (§ 2.6.). Существуют лишь пространственно-временные связи и соотношения, а потому все процессы проявляются в нашем мире лишь в форме относительных движения 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 (время), который согласно БТР можно зафиксировать по достаточно точным часам.



    1. Изменение хода времени в ускоренно движущихся системах

Бёммель придавал источнику и приёмнику одинаковое ускорение и измерял изменение частоты. Эмиссионная теория даёт готовое предсказание результата. Если ускорение в этом эксперименте равно g (принятое для упрощения расчётов постоянным) и направлено от источника к приёмнику, разнесённым на расстояние h, относительная скорость волн Ритца и приёмника в момент поглощения – c+gh/c=c(l+gh/c2). Это приводит к небольшому сдвигу частоты для приёмника на gh/c2, что находится в согласии с экспериментом.



Дж. Фокс, "Свидетельства против эмиссионных теорий" [3]
Согласно общей теории относительности на ход часов, подобно гравитации, влияет также их ускорение. Но ведь и ход маятниковых часов зависит от ускорения в той же мере, что и от силы тяжести. Ведь при ускорении на маятник действует кроме силы тяготения дополнительно сила инерции, заставляющая качаться маятник чаще или реже. Поэтому нельзя отрицать подобного влияния ускорения и на частоту колебаний электрона в атоме, а значит и на скорость хода атомных часов. Итак, в опытах всегда меняется ход часов (маятниковых и атомных), а не времени. Надо к тому же помнить, что может проявиться и описанный ранее эффект Ритца, согласно которому на частоту излучения атомов кроме скорости влияет ещё их ускорение. Сдвиг частоты Δf/f=aL/c2, предсказанный БТР, совпадает с найденным в опытах. Он действительно был обнаружен в эксперименте Бёммеля, где источнику гамма-лучей, расположенному на расстоянии L=d от поглотителя, придали лучевое ускорение a. Сдвиг частоты гамма-лучей, измеренный с помощью эффекта Мёссбауэра, составил Δf/f=ad/c2, что подтверждало формулу Ритца [153, с. 136].

Другой опыт того же типа был проделан с вращающимися цилиндрами, в которых ядерный источник и поглотитель гамма-лучей располагались на разных расстояниях R1 и R2 от оси вращения. Соответственно, они обладали разными ускорениями a1 и a2. Относительный сдвиг частоты в полном согласии с предсказаниями ОТО составил Δf/f=(a1R1-a2R2)/2c2 [153]. В этом случае различие частот источника и поглотителя вызывалось влиянием на собственную частоту ядерных процессов ускорения, аналогичного влиянию гравитации. Различное ускорение вызывало разный сдвиг частот внутриядерных колебаний, который и регистрировался в опыте. Подробнее о механизме этого сдвига будет рассказано далее (§ 3.5.).

Как видим, и в этом случае изменение принимаемой частоты колебаний возникает не от изменения хода времени при ускорении, а от изменения самой частоты физических процессов под действием ускорения. На частоту процессов, имеющих иную природу, ускорение либо вовсе не повлияет, либо повлияет другим образом.

Стоит отметить, что сдвиг частоты от ускорения порой может восприниматься и как проявление гравитационного сдвига частоты. Так, в известном опыте Паунда и Ребке, выполненном в 1960 г. с помощью того же эффекта Мёссбауэра было обнаружено, что частоты ядерных процессов f' и f' в радиоактивных изотопах, один из которых располагался на высоте H=20 м над другим, относились как f'/f=1-gH/c2 в полном согласии с предсказанием ОТО. С другой стороны, очевидно полное совпадение полученной величины частотного сдвига с изменением частот по эффекту Ритца. Ведь в опыте частоты сравнивались в процессе испускания нижним источником гамма-излучения к верхнему. При этом, поскольку на нижний источник действует сила тяжести, то от любых самых малейших колебаний он будет двигаться с ускорением a=g, направленным вниз. Поэтому, даже если скорость источника в этих колебаниях ничтожна (за краткий период механических вибраций источник просто не успеет набрать заметной скорости), это ускорение повлияет на частоту f' излучения, приходящего от источника к поглотителю на высоту H, по эффекту Ритца f'/f=1-gH/c2. Впрочем, не исключено, что на скорость хода ядерных процессов тяготение влияет так же, как на ход атомных, и тогда добавка вызвана исключительно гравитацией (§ 1.18.), тогда как ускорение за счёт надёжной фиксации источника совершенно отсутствует. Но вполне возможно, что причина исключительно в ускорении свободного падения g и в эффекте Ритца.

Как бы то ни было, не имеет смысл говорить об изменении скорости течения времени. Время по-прежнему можно считать, как пространство, абсолютным. При этом Ритц призывает помнить, что время познаётся нами лишь в процессах движения, пространственно-временных соотношениях. Именно движение и его наблюдение определяет время. Сопоставление разных движений, скажем, времени падения груза и числа качаний маятника, даёт нам меру этого движения - меру времени. Стоит отметить, что именно Ритц первым, задолго до Эйнштейна, указал в 1908 г. на то, что ускорение источника влияет на принимаемую от него частоту процессов и видимый масштаб времени (§ 1.10.). И лишь спустя несколько лет эффект той же величины был предложен Эйнштейном в его общей теории относительности без ссылок на Ритца и с принятием гипотезы о реальном (а не кажущемся) изменении временного масштаба.



    1. Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   15   16   17   18   19   20   21   22   ...   99


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет