Еще более необычайным, чем сокращение длины, для неискушенного ума
должно показаться изменение масштабов времени. Согласно нашим беглым
рассуждениям, движущиеся часы идут медленнее покоящихся. Иными словами,
поскольку в движущейся системе отсчитывается меньшее число интервалов
времени, эти интервалы должны увеличиться (рис. 34). Точное соотношение
между ними устанавливается преобразованием Лоренца
Здесь At0 - длительность определенного процесса в покоящейся системе
отсчета, а Дг - длительность того же процесса в движущейся системе
отсчета.
Явление <растяжения> времени, выраженное формулой Лоренца, привело
сначала самого Эйнштейна, а позднее многих его последователей к довольно
странным мыслям, от которых, однако, нельзя просто отмахнуться. Один из
пары близнецов решается на путешествие по Вселенной. С этой целью он
садится в космическую ракету, которая отбывает точно по расписанию и
достигает скорости, равной 99,99% скорости света. Этот близнец находится
в полете один год (по своим часам и календарю, от которого он отрывает
по листку каждые 24 ч). Он не подозревает ни о каком изменении масштабов
времени. По его часам все протекает вполне нормально: биение пульса,
рост бороды, пищеварительные процессы.
Рис. 33. Релятивистское "сжатие" скорого поезда.
По прошествии года, отсчитанного в масштабе времени космического
корабля, он возвращается обратно на Землю. Однако на ней странным
образом все изменилось. Ведь, согласно приведенной ранее таблице, на
Земле между тем прошло 70 лет. С трудом узнает он своего брата-близнеца,
представшего перед ним девяностолетним старцем.
Естественно, нам трудно вообразить даже возможность подобного
фантастического происшествия. Напрашивается предположение, что,
рассматривая парадокс близнецов, мы допустили какую-то ошибку в теории.
Например, говорят, что все инерциальные системы равноправны.
Следовательно, космический путешественник с таким же успехом мог бы
считать свою систему отсчета (космический корабль) покоящейся, а Землю -
системой, движущейся относительно нее. Тогда к моменту его возвращения
на Земле должно было бы пройти всего около 5 дней - против 365 дней,
которые, по мнению путешественника, миновали на корабле. В этом случае
оставшийся на Земле брат-близнец оказался бы на 360 дней моложе своего
брата-путешественника. Таким образом, парадокс состоит в наличии двух
(казалось бы, совершенно равноправных) возможностей, приводящих, правда,
к диаметрально противоположным результатам. Как же преодолеть этот
парадокс?
Рис. 34. Замедление времени. Часы на борту
движущегося космического корабля идут медленнее, чем покоящиеся часы.
При более точном рассмотрении обнаруживается, что ситуации, в которых
оказываются близнецы, все-таки не вполне симметричны.
Близнец-путешественник, чтобы вернуться на Землю, должен был где-то
совершить поворот. При этом он переходит из одной инерциальной системы в
другую, тогда как для остающегося на Земле близнеца ничего не меняется.
Следовательно, эти ситуации не эквивалентны и их нельзя менять местами,
так. что никакого противоречия не возникает. Факт изменения масштаба
времени является совершенно реальным и, как мы еще увидим далее,
получает наглядное экспериментальное подтверждение.
