Георгий Гамов - Приключения Мистера Томпкинса

• Название: Приключения Мистера Томпкинса
• Автор: Георгий Гамов
• Издательство: Бюро Квантум
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1993

В данную книгу включены два научно-популярных произведения известного американского физика и популяризатора науки — повесть «Мистер Томпкинс в Стране Чудес», не без юмора повествующая о приключениях скромного банковского служащего в удивительном мире теории относительности, и повесть «Мистер Томпкинс исследует атом», в живой и непринужденной форме знакомящая читателя с процессами, происходящими внутри атома и атомного ядра. Книга предназначена для школьников, студентов и всех, кто интересуется современными научными представлениями.

---

— А наблюдают ли такие явления ученые в нашем мире, так сказать, у нас дома?

— Наблюдают, хотя для этого им приходится проявлять недюжинное экспериментальное искусство. Технически очень трудно достичь необходимых ускорений, а физические условия в неравномерно движущейся системе аналогичны, я бы даже сказал «тождественны», результату воздействия очень большой силы тяжести. Вам, должно быть, приходилось замечать, что в кабине поднимающегося с ускорением лифта вам кажется, что вы становитесь тяжелее. Наоборот, если лифт опускается (например, если оборвался трос и лифт падает), то вы ощущаете как бы потерю веса. Объяснение изменений веса состоит в том, что создаваемое ускорением гравитационное поле добавляется или вычитается из силы тяжести Земли. Потенциал силы тяжести на Солнце во много раз больше, чем на поверхности Земли, и поэтому все процессы на Солнце немного замедляются. Астрономы наблюдают это.

— Но ведь они не могут отправиться на Солнце, чтобы наблюдать замедление всех процессов?

— Им и не нужно туда отправляться. Они наблюдают свет, приходящий к нам от Солнца. Этот свет порождается колебаниями различных атомов в солнечной атмосфере. Если все процессы на Солнце идут медленнее, то скорость атомных колебаний также убывает и, сравнивая свет, испускаемый Солнцем и земными источниками, астрономы могут заметить разницу.

— Кстати, вы не знаете, как называется небольшая станция, мимо которой мы сейчас проезжаем? — прервал себя профессор.

Поезд катился вдоль перрона маленькой захолустной станции. Перрон был совершенно пуст, если не считать начальника станции и молодого носильщика, сидевшего на багажной тележке и читавшего газету. Вдруг начальник станции как-то нелепо взмахнул руками и упал ничком. Мистер Томкинс не слышал звука выстрела, должно быть, заглушенного стуком колес поезда, но лужа крови у тела начальника станции не оставляла сомнений в том, что произошло убийство. Профессор не медля дернул стоп-кран, и поезд рывком остановился. Когда мистер Томпкинс и профессор вышли из вагона, носильщик бежал к телу и на перроне появился местный полисмен.

— Убит выстрелом в сердце, — констатировал полисмен, осмотрев тело, и, положив тяжелую руку на плечо носильщика, продолжил:

— Вы арестованы за убийство начальника станции.

— Не убивал я его, — закричал несчастный носильщик. — Я читал газету, как вдруг услышал выстрел. Возможно, эти джентльмены с поезда видели, как все произошло и могут подтвердить, что я не виновен.

— Действительно, — подтвердил мистер Томпкинс, — я видел своими собственными глазами, как этот человек читал газету в тот момент, когда был застрелен начальник станции. Могу поклясться на Библии.

— Но вы находились в движущемся поезде, — заметил полисмен, обретая начальственный тон, — и поэтому ваши показания не имеют доказательной силы. С точки зрения наблюдателя на перроне этот человек мог быть застрелен в тот же самый момент. Разве вы не знаете, что одновременность событий зависит от системы отсчета, из которой вы ее наблюдаете? Пройдем без лишнего шума, — обратился он к носильщику.

— Прошу извинить меня, констебль, — прервал его профессор, — но вы совершенно не правы и я не думаю, что в полицейском управлении очень обрадуются, узнав о вашем невежестве. Никто не спорит: в вашей стране понятие одновременности в высшей степени относительно. Это правда. Верно и то, что два события, происходящих в различных местах, могут быть одновременными или не одновременными в зависимости от движения наблюдателя. Но даже в вашей стране ни один наблюдатель не может видеть следствие раньше, чем причину. Вам же никогда не случалось получать телеграмму до того, как та была отправлена, ведь верно? Не случалось и пить до того, как бутылку откупорили. Насколько я вас понимаю, вы полагаете, что из-за движения поезда мы, пассажиры, наблюдали выстрел гораздо позже, чем его следствие, поскольку, выскочив из вагона тотчас же после экстренной остановки поезда, мы увидели начальника станции лежащим на земле, но еще не видели самого выстрела. Я знаю, что в полиции вас учат верить только тому, что написано в ваших инструкциях. Взгляните в них и вы, вероятно, отыщите что-нибудь подходящее к случаю.

Тон профессора произвел неизгладимое впечатление на полисмена и, вытащив карманный свод инструкций, он принялся медленно, страница за страницей изучать их. Вскоре по его широкой красной физиономии разлилась улыбка облегчения.

— Вот, — сказал он, — раздел 37, часть 12, параграф е: «В качестве абсолютно надежного алиби следует считать любое авторитетное доказательство того, что из любой движущейся системы отсчета в момент совершения преступления или в течение интервала времени +-cd (где с — скорость света, а d — расстояние от места преступления) подозреваемого видели в другом месте».

— Вы свободны, мой милый, — обратился полисмен к носильщику и добавил, повернувшись к профессору:

— Очень признателен вам, сэр, что вы избавили меня от неприятностей с полицейским управлением. Я в полиции служу недавно и еще не выучил назубок все правила. Но мне все равно необходимо доложить об убийстве. И полисмен поспешил к телефонной будке. Через минуту он закричал на весь перрон:

— Все в порядке! Они поймали настоящего убийцу, когда тот бежал со станции. Еще раз благодарю вас, сэр!

— Должно быть, я непроходимо глуп, — заметил мистер Томпкинс, когда поезд снова тронулся, — но что означает вся эта неразбериха с одновременностью? Имеет ли одновременность вообще какой-нибудь смысл в этой стране?

— Имеет, — гласил ответ профессора, — но лишь в определенной степени, иначе я не смог бы помочь бедняге-носильщику. Дело в том, что если существует естественный предел скорости для движения любого тела или распространения любого сигнала, то одновременность в обычном смысле этого слова утрачивает смысл. Вам, вероятно, будет легче понять суть дела на следующем примере. Предположим, что у вас есть друг, живущий в далеком городе, с которым вы переписываетесь, и почтовый поезд, который отправляется раз в сутки, — самое быстрое средство сообщения. Предположим теперь, что какое-то происшествие случилось с вами в воскресенье и вы узнали, что аналогичное происшествие должно произойти с вашим другом. Ясно, что вы не можете уведомить его об этом раньше вторника. С другой стороны, если бы он знал заранее о том, что произойдет с вами, то последний день, когда он мог предупредить вас о грядущем событии, был четверг на прошлой неделе. Таким образом, в течение шести дней — с четверга на прошлой неделе до вторника на будущей неделе — ваш друг не способен ни повлиять на вашу судьбу в воскресенье, ни узнать о том, что с вами произошло. С точки зрения причинности он изъят из общения с вами, или, так сказать, экскоммуницирован.

— А что если ему послать телеграмму? — предложил мистер Томпкинс.

— Но ведь я предположил, что скорость почтового поезда — максимально возможная. Примерно так и обстоит дело в этой стране. У нас на родине максимальной скоростью является скорость света, и вы не можете послать сигнал, которой распространялся бы быстрее, чем радиосигнал.

— Пусть так, — согласился мистер Томпкинс, — но даже если ничто не может превзойти скорость почтового поезда, я все равно не понимаю, какое это имеет отношение к одновременности. Мой друг и я по-прежнему обедаем по воскресеньям в одно и то же время. Разве не так?

— Нет, не так. Ваше утверждение вообще не имело бы смысла: один наблюдатель согласился бы с тем, что вы с приятелем обедаете одновременно, а другие наблюдатели, производившие свои наблюдения из других поездов, утверждали бы, что вы обедаете по воскресеньям в то самое время, когда ваш друг завтракает по пятницам или ужинает по вторникам. Но никто не может наблюдать вас и вашего друга за одновременной трапезой, если вас разделяет временной интервал более трех дней.

— Но как это может быть? — воскликнул недоверчиво мистер Томпкинс.

— Происходит все это точно так, как вы, возможно, уяснили себе из моих лекций. Верхний предел скорости должен оставаться одним и тем же при наблюдении из различных движущихся систем отсчета. Приняв такое предположение, мы с необходимостью приходим к заключению о том, что…

Тут разговор, к сожалению, прервался, так как поезд прибыл на ту станцию, где мистеру Томпкинсу нужно было сходить.

Когда мистер Томпкинс спустился к завтраку на длинную застекленную веранду отеля на следующее утро после своего прибытия на побережье, его ожидал приятный сюрприз: на противоположном конце стола против него восседал старый профессор с красивой молодой девушкой, которая оживленно что-то говорила ему, часто поглядывая в ту сторону, где сидел мистер Томпкинс.

— Должно быть, я совершил большую глупость, когда заснул в поезде, — подумал мистер Томпкинс, сердясь на себя все больше и больше, — а профессор все еще помнит тот глупый вопрос, который я задал ему о молодеющих пассажирах. Но по крайней мере это позволяет мне продолжить знакомство с профессором и расспросить его о том, что мне по-прежнему непонятно.