жать отмеченной еще Эйнштейном нелогичности отделения свойств масштабов и часов от всего остального мира физических явлений. В 1949 г. в своей творческой биографии Эйнштейн сделал следующее критическое замечание по поводу принятого им построения СТО: “Можно заметить, что теория вводит (помимо четырехмерного пространства) два рода физических предметов, а именно: 1) масштабы и часы, 2) все остальное, например электромагнитное поле, материальную точку и т. д. Это в известном смысле нелогично; собственно говоря, теорию масштабов и часов следовало бы выводить из решений основных уравнений (учитывая, что эти предметы имеют атомную структуру и движутся), а не считать ее независимой от них” [68].

Но как раз этим рекомендациям Эйнштейна и удовлетворял начатый Лоренцем путь построения теории, в котором новые всеобщие свойства физических процессов описывались в рамках прежних представлений о пространстве и времени. Именно такой подход исключает отмеченную Эйнштейном нелогичность трактовки релятивистской метрики в отрыве от свойств движения физической реальности. Дальнейшее развитие подхода Лоренца позволяет установить новые метрические свойства как выражение конкретных всеобщих кинематических эффектов, выявленных предварительно в схеме описания, использующей единые масштабы протяженности и длительности для всех инерциальных систем отсчета.

Поясним это утверждение. В каждой инерциальной системе координат выберем физически эквивалентные пространственные отрезки. Это могут быть расстояния между ионами в кристаллах поваренной соли, покоящихся в соответствующих системах отсчета, или длины волн определенной линии излучения атомов натрия, также взятых покоящимися в соответствующих инерциальных системах отсчета. Всем этим созданным самой природой эталонам протяженности приписывается одинаковая длина во всех системах отсчета в так называемых собственных масштабах соответствующих систем. Выбор таких собственных масштабов вполне естествен, так как он обеспечивает в СТО использование во всех системах отсчета физически эквивалентных схем описания, иначе говоря, описаний физических явлений на одном и том же языке. Но тем не менее такой выбор все же является результатом условного соглашения, так как не существует и не может существовать в рамках явлений, описываемых СТО, непосредственного экспериментального сопоставления таких физически эквивалентных отрезков разных систем отсчета. Принципиально невозможно доказать равенство постоянных кристаллических решеток NaCl, взятых покоящимися в двух движущихся относительно друг друга инерциальных системах отсчета. Мы принимаем их равными в условно выбранных собственных масштабах этих систем отсчета. Но в той же СТО¹ рассматриваются сопоставления этих отрезков в рамках различных условных схем описания. Используя собственную одновременность* одной системы отсчета К, мы в реальных измерениях получим постоянную кристаллической решетки d! другой системы К' меньше аналогичной величины d в системе К- При этом в самой процедуре измерений непосредственно используется условное соглашение об одновременности, выбранной в качестве собственной для системы К. Но стоит нам использовать собственную одновременность другой системы К' — и аналогичные реальные измерения дадут противоположный результат d' > d. СТО позволяет нам получить и результат d' = d для реальных измерений длин этих отрезков, использующих собственную одновременность третьей системы К", относительно которой первые две движутся в противоположные стороны с одинаковой по абсолютной величине скоростью.

дитЬя только к возможности выбора в каждой инерциальной системе своей определенной одновременности. И в одной и той же инерциальной системе можно выбрать различные схемы арифметизации координат и времени, отвечающие выбору соответствующих определений одновременности. Так, мы можем кроме системы координат 1\' (х', у', г' и f), движущейся относительно исходной системы К (х,у, z и t) со скоростью v вдоль оси х, рассмотреть и другую систему отсчета К,* (х*, у*, 2* и t*), находящуюся в покое относительно К', но отличающуюся от нее выбором системы метризации переменных х* и t*. В частности, мы можем, следуя Лармору и Лоренцу, выбрать для системы К* те же масштабные единицы протяженности и длительности, что и в исходной системе К (для чего потребуется лишь определить в системах единую одновременность, так чтобы два события, одновременные в системе К, были одновременными и в системе К*). Тогда, очевидно, переменные г* ,y*,z*nt* будут связаны с координатами х, у, г и t преобразованиями Галилея, а релятивистские эффекты будут выражены в следующих преобразованиях, связывающих переменные системы К* с переменными системы К': х' = х*{\ — и^а/с²)-^1/2; у' = у*; г'=г* и t'=t*{\ — — t)²/c³)^!/2—(vlc²)x*(\—и²/с²)-'^². Именно в такой форме эти преобразования были получены в работах Лармора и Лоренца. Для того чтобы перейти к обычной форме представления преобразований Лоренца, нужно, согласно преобразованиям Галилея, заменить х*, у*, г* и t* соответственно на х—vt, у, z и t.

Итак, одному и тому же пространственному промежутку между двумя определенными точками в заданной инерциальной системе координат сопоставляются разные величины Ах* или Ах' в зависимости от принятой системы исчисления. Также и временной интервал между какими-либо событиями, происшедшими в одной и той же точке определенной инерциальной системы, может выражаться разными величинами At* или А/' в соответствии с принятой системой исчисления. Не следует думать, что значение интервала At' выделено как соответствующее ходу реальных часов, расположенных в той же точке. Ведь выбор единиц шкалы циферблата для любых реальных часов всегда произволен. Время t* (x*) может быть отсчитано по тем же “часовым механизмам”, буквально по тем же стрелкам часов, что и время f (x'), но с другой шкалой циферблата, отличающейся ценой деления и установкой нулевых значений для часов в разных точках оси х*. Если определение цены деления и установка начальных показаний часов, соответствующих времени ? (х'), могут быть произведены путем их синхронизации световым сигналом в предположении одинаковой скорости распространения света вдоль и против направления оси х , то для получения цены деления и начальных показаний часов, соответствующих времени t* (x*), в той же процедуре синхронизации световым сигналом достаточно будет принять скорость света равной с — v и с + v для прямого и обратного направлений.

Нужно заметить, что и Эйнштейн в своей первой работе прибегал к лоренцевскому квазиклассическому подходу для описания процесса распространения света в движущейся системе координат. Так, он рассматривал прикрепленные к концам движущегося еЯерж-ня часы А и В, показывающие время покоящейся системы, р утверждал, что по этим часам скорость света равна с — v вдо^ь направления стержня и c+v в противоположном направлении*, собственное же время для движущейся системы определял из условия получения для того же сигнала скорости, равной с. Таким образом, Эйнштейн рассматривал по-разному синхронизованные пары часов, покоящиеся в одной и той же инерциальной системе**.

Однако эта важная особенность построения теории не была повторена в следующих работах Эйнштейна по специальной теории относительности и не была развита и объяснена в работах других авторов. В многочисленных переложениях первой работы Эйнштейна обычно умалчивали об этой особенности его подхода, видимо, считая ее отступлением от последовательных релятивистских представлений. А автор работы по истории теории относительности Кесуани счел даже возможным по этому поводу упрекнуть Эйнштейна “в явном противоречии со своим собственным вторым постулатом”***. Конечно, наиболее просто преобразования Лоренца получаются из инвариантности закона распространения света при непосредственном рассмотрении только двух равноправных систем отсчета К и К'. Однако предварительный этап описания кинематики физических процессов в движущейся системе отсчета в координатах х*, у*, z* и /* представляет необходимое условие установления физической сущности преобразований Лоренца. Прежде всего это позволяет уяснить, что переход к описанию в собственных координатах движущейся системы необходим вовсе не потому, что описание процессов в галилеевых координатах становится невозможным или менее точным. Мы лишь обнаруживаем такие всеобщие свойства физических процессов, которые делают их кинематическое описание в координатах х*, у*, г* и t* неэквивалентным описанию, принятому в исходной системе отсчета, и затем устанавливаем возможность перехода к эквивалентным, симметричным описаниям в обеих системах координат.

** Правда, автор считал, что одна из этих одновременностей признается только наблюдателем, находящимся в движущейся системе, а другая — только наблюдателем, находящимся в покоящейся системе. На самом же деле каждый из этих наблюдателей может принять и использовать для измерений и ту и другую одновременность. Кроме того, следует заметить, что результаты рассматриваемых в СТО сопоставлений могут зависеть только от условно выбранных систем метризации, а не от того, в какой из систем находится фиксирующий их наблюдатель. При этом возможность применения различных схем описания физических явлений не имеет отношения к философскому конвенционализму, отрицающему объективность научных теорий [70].

Если скорость и* распространения какого-либо процесса в движущейся системе в направлении оси х выражена в переменных х* и t*, то скорость w этого процесса относительно исходной системы будет равна простой сумме v + u*. Эффекты же релятивистской кинематики будут выявлены при этом в соотношении

u* = u' (1 —v²/с²)/( 1 + vu'/c²),

преобразующем скорость и', измеренную в собственных пространственно-временных единицах системы К', в величину и*, отвечающую скорости распространения того же процесса и относительно той же инерциальной системы, но выраженной уже в собственных единицах системы К. Эта форма представления непосредственно отражает простейший смысл релятивистского сложения скоростей: обычное арифметическое сложение скоростей требует предварительного преобразования величины и' к пространственно-временным единицам, принятым в исходной системе К для измерения скоростей w и v.

w = v + u* = v + u'(1 - v²/c²)/( 1 + vu'/c²) = (v+u')/(1 + vu'/c²)

Формула преобразования скоростей в одной и той же инерциальной системе

была в общем виде выведена в наших работах [66, 60] непосредственно из исходных постулатов теории до получения соотношений для пространственно-временных координат. И по-видимому, до настоящей статьи не отмечалось, что впервые это релятивистское преобразование скоростей было найдено и применено для объяснения результата опыта Физо в работе Лармора в 1900 г.*

Важно, что это преобразование, применимое для скорости любого физического процесса, позволяет рассмотреть в единых пространственно-временных масштабах совокупности эквивалентных физических процессов, происходящих в разных инерциальных системах. Такое рассмотрение непосредственно обнаруживает кинематическое подобие для этих двух совокупностей процессов, отвечающее принципу относительности релятивистской теории.

Принципу же относительности Галилея, распространенному на все физические явления, отвечала бы в этом рассмотрении полная тождественность кинематики физических процессов**. Установление