Пространство и время

Для определения скорости тела необходимо измерить длину пути, пройденного им за определенный промежу­ток времени. Тем самым скорость измеряется всегда кос­венно: измеряются расстояния в пространстве и проме­жутки времени.
История физики показывает, что наибольший вклад в раскрытие свойств пространства и времени внесла тео­рия относительности, которая по своему содержанию является в основном теорией больших скоростей.
Что мы знаем о свойствах пространства? Эти свойства изучает геометрия. В том виде, как ее изучают в школах, геометрия была развита в основном уже древними грека­ми за несколько столетий до нашей эры. В Европе гео­метрия греков стала известной благодаря произведениям Евклида. Эту геометрию называют поэтому евклидовой.
Опыт повседневной жизни показывает, что при изме­рениях в пространстве мы всегда можем пользоваться теоремами евклидовой геометрии. На протяжении многих веков люди, измеряя, например, треугольники, каждый раз убеждались, что сумма внутренних углов треугольни­ка равна 180°, а квадрат гипотенузы прямоугольного тре­угольника равен сумме квадратов катетов (теорема Пи­фагора). На основе накопленного опыта люди считали, что окружающее нас пространство, по-видимому, таково, что свойства находящихся в «нем предметов точно такие же, как и свойства фигур евклидовой геометрии.

Для определения скорости тела необходимо измерить длину пути, пройденного им за определенный промежу­ток времени. Тем самым скорость измеряется всегда кос­венно: измеряются расстояния в пространстве и проме­жутки времени.
История физики показывает, что наибольший вклад в раскрытие свойств пространства и времени внесла тео­рия относительности, которая по своему содержанию является в основном теорией больших скоростей.
Что мы знаем о свойствах пространства? Эти свойства изучает геометрия. В том виде, как ее изучают в школах, геометрия была развита в основном уже древними грека­ми за несколько столетий до нашей эры. В Европе гео­метрия греков стала известной благодаря произведениям Евклида. Эту геометрию называют поэтому евклидовой.
Опыт повседневной жизни показывает, что при изме­рениях в пространстве мы всегда можем пользоваться теоремами евклидовой геометрии. На протяжении многих веков люди, измеряя, например, треугольники, каждый раз убеждались, что сумма внутренних углов треугольни­ка равна 180°, а квадрат гипотенузы прямоугольного тре­угольника равен сумме квадратов катетов (теорема Пи­фагора). На основе накопленного опыта люди считали, что окружающее нас пространство, по-видимому, таково, что свойства находящихся в «нем предметов точно такие же, как и свойства фигур евклидовой геометрии.
Долгое время считали, что евклидова геометрия единственно возможная. Ошибочность такого мнения по­казал в 30-х годах прошлого века русский математик Н. И. Лобачевский и независимо от него венгерский уче­ный Больяй, которые создали новую геометрию, в которой сумма внутренних углов треугольника меньше 180°, а квадрат гипотенузы в прямоугольном треугольнике боль­ше суммы квадратов катетов. Двумя десятилетиями позд­нее немецкий математик Риман создал геометрию, в ко­торой сумма внутренних углов треугольника была боль­ше 180°, а квадрат гипотенузы в прямоугольном треуголь­нике был меньше суммы квадратов катетов.
Что же показывает нам повседневный опыт? Только то, что у небольших геометрических фигур, с которыми мы можем иметь дело в земных условиях, свойства такие же, какие следуют из евклидовой геометрии 29.
Если бы удалось измерить внутренние углы построен­ного в мировом пространстве гигантского треугольника, то не исключено, что сумма внутренних углов оказалась бы равной не 180°, а была бы больше или меньше 180°. Такой опыт позволил бы выяснить, отвечает ли в дейст­вительности структура мирового пространства геометрии Лобачевского, Римана или же геометрии Евклида.
Каково же пространство за пределами блиіжайших окрестностей Земли? Пока мы оставим этот вопрос откры­тым. Подробнее проблемы пространства будут рассмотре­ны в предпоследней части этой книги. Теперь же рас­смотрим вопрос о времени.
В обыденной жизни мы привыкли, не задумываясь, употреблять такие понятия, как «позже», «раньше» или «одновременно». Опыт показывает, что недоразумений это не вносит, так как все понимают эти слова одинаково. Если, например, кто-нибудь из зрителей в театре скажет, что на сцене одна балерина сделала движение позже другои, с этим согласится каждый внимательный зритель в зале. Но если солдат на наблюдательном пункте услы­шит, что орудие справа выстрелило раньше, чем слева, то это еще ничего не говорит о действительном порядке выстрелов. Возможно, что выстрел, услышанный позже, на самом деле был произведен раньше. Звук распростра­няется  в воздухе сравнительно медленно, преодолевая 1 км примерно за 3 сек. Если известно, что орудие слева расположено от наблюдательного пункта на 2 км дальше, чем орудие справа, то звук выстрела от первого орудия до наблюдателя идет на 6 сек дольше. Хотя выстрел спра­ва прозвучит на секунду раньше, чем выстрел слева, вни­мательному наблюдателю будет ясно, что в действитель­ности орудие слева выстрелило на 5 сек раньше. Как же этот вопрос должен решать летчик, летящий с большой скоростью слева направо (предположим, что шум двигателей не мешает летчику слышать выстрелы)? Особенно сложной задача становится тогда, когда мы имеем дело с современным сверхзвуковым истребителем (его скорость превышает скорость звука) — выстрела левого орудия пилот вообще не услышит. Очевидно, что по звуку выст­рела здесь ничего решить нельзя. Помочь могло бы визу­альное наблюдение: раньше выстрелило то орудие, вспышку выстрела которого летчик увидел раньше. Вме­сто звуковых волн весть о выстреле приносит теперь световой луч.
Если в земных условиях мы можем полностью дове­риться световому лучу, то при оценке последовательности событий, происходящих в космическом пространстве, надо проявить осторожность.