(из книги Парадокс. Девять великих загадок физики. Профессор Джим Аль-Халили) Начало здесь.
Все изменилось в 1905 году. Теория Эйнштейна основывалась на двух идеях, получивших известность как два постулата теории относительности. Первый из них звучит не ново. Он гасит, что любое движение относительно и ничто не является по-настоящему неподвижным. Это означает, что не существует такого эксперимента, который показал бы, стоим мы на месте или движемся. Второй постулат звучит революционно, хотя на первый взгляд тривиально. Эйнштейн заявил, что свет действительно имеет волноподобное свойство, заключающееся в том, что его скорость не зависит от скорости источника (также, как и в случае со звуковыми волнами, идущими от движущегося автомобиля). Но в тоже самое время (в отличие от звуковых волн) свету не требуется среда для распространения, светоносный эфир не существует и световые волны могут свободно перемещаться по-настоящему в пустом пространстве.
Пока все не так плохо. Здесь нет никакого парадокса, и вы можете подумать, что в этих невинных постулатах нет ничего такого, под чем вы не решись бы подписаться. Они определенно не звучат как утверждения, порождающие революционный взгляд на пространство и время. Однако это не так. По отдельности каждый из этих постулатов невинен. Но стоит нам их рассмотреть в комбинации, как мы понимаем, насколько глубоки идеи Эйнштейна.
Давайте подытожим. Свет, идущий к нам из какого-то источника, будет двигаться с одной и той же скоростью независимо от того, как быстро перемещается сам источник. Все как в случае со всеми остальными волнами, так что здесь проблемы нет. Однако, поскольку нет среды распространения, относительно которой мы можем измерить скорость света, значит, никто во Вселенной не находится в каком-то особенном положении и с любой точки зрения свет будет иметь одну и туже скорость (1 миллиард километров в час) независимо от того, движемся мы или стоим на месте. Вот здесь начинаются странности, поэтому теперь я объясню, что из этого вытекает.
Представьте себе две ракеты, летящие в космосе на высокой скорости навстречу друг другу. Если двигатели обеих ракет выключены, и они просто летят в крейсерском режиме с постоянной скоростью, то ни один член экипажа на борту обеих ракет не сможет определить, движутся ли они обе по направлению друг к другу, или одна ракета покоится, в то время как друга приближается к ней. На самом деле не существует таких понятий, как состояние движения и покоя, поскольку мы всегда говорим о движении относительно чего-то другого. Поэтому использовать в качестве точки отсчета ближайшие планеты и звезды так же не стоит, ведь как мы можем быть уверены, что эти объекты неподвижны?
Теперь пуст космонавт на борту одной ракеты выпустит луч света в направлении другой ракеты и измерит скорость его движения. Поскольку он вполне обосновано может считать себя неподвижным, а все движения приписывать второй ракете, он должен увидеть, что свет удаляется от него с обычной скоростью 1 миллиард километров в час. В то же время космонавт на борту второй ракеты может считать себя и свою ракету неподвижными, он так же измеряет скорость света, идущего к нему, получая значение 1 миллиард километров в час, и заявляет, что это совершенно не удивительно, поскольку скорость светового луча не зависит от того, с какой скоростью приближается его источник. Именно это мы и обнаружили. Парадоксальным образом оба они получают в результате измерений одинаковую скорость света.
Это поразительно и немного противоречит здравому смыслу. Оба космонавта измеряют скорость одного и того же луча света и получают одно и тоже значение несмотря на то, что сами движутся навстречу друг другу со скоростью близкой к скорости света!
Теперь мы можем наконец ответить на вопрос Эйнштейна, касающийся зеркала. Вне зависимости от того, как быстро он летит, всегда можно увидеть свое отражение. Причина заключается в том, что как ты быстро Эйнштейн не летел, свет от его лица к зеркалу и обратно будет перемещаться с одной и той же скоростью, как если бы он вообще находился в покое. В конце концов, кто скажет, что он летит слишком быстро? Любое движение относительно, не забыли?
Но за все это нужно заплатить цену, а именно: нам придется пересмотреть свои взгляды на природу пространства и времени. Единственная причина, по которой свет может путешествовать с одной и той же скоростью для всех наблюдателей независимо от их скорости относительно друг дуга, заключается в том, что они измеряют пространство и время по-разному.