- длинна поезда в ИСО` (где он неподвижен),
- расстояние от центра поезда до начала координат (источника света).
Координаты события A – вспышки света в ИСО`
Координаты события B – свет отразился от правого края поезда
Координаты события C – свет отразился от левого края поезда
Координаты события D – свет вернулся к источнику от правого края поезда
Координаты события E – свет вернулся к источнику от левого края поезда
Предположим, поезд двигается в ИСО платформы со скоростью
влево и координаты события А – вспышки света
.
Координаты события В – свет отразился от правого края поезда
Координаты события С – свет отразился от левого края поезда
Координаты события D – свет от правого края поезда вернулся к источнику
Координаты события E – свет от левого края поезда вернулся к источнику
Вопрос состоит в следующем.
Можно ли расположить источник света между краями поезда так, чтобы события D,E произошли одновременно и в одной точке, какой-либо ИСО ? (1)
Ясно, что в ИСО поезда этого добиться элементарно, нужно лишь переместить источник света в центр поезда.
Существуют ли еще ИСО, в которых эти два условия могут быть выполнены ?
Из общих соображений симметрии ясно, что в ИСО источника света, точка и момент испускания света в левую и в правую стороны тождественны – это одна и та же точка пространства-времени.
Такое возможно только если свет считается волной. По сути, на волновой интерпретации света и строятся дальнейшие выводы СТО.
Кратко так: если
(условие, что в ИСО платформы отраженные от краев поезда волны света встретились в одной точке пространства-времени), то
, т.е. события В и С тоже должны быть в ИСО платформы одновременны. Откуда
, откуда
. Противоречие. Следовательно, при волновой интерпретации природы света ответ на вопрос (1) отрицательный – не существует иных, помимо поезда, ИСО, в координатах которых существовала бы точка пространства-времени, где отраженные от краев поезда световые волны и их источник совпадают где-либо во всем пространстве-времени.
С другой стороны, волновая интерпретация природы света – всего - лишь интерпретация.
Представим, что свет проявит не волновые, а корпускулярные свойства. Свет – это элементарные частицы (фотоны), и стало быть фотон, отразившийся (переизлученный) от левого края поезда и фотон, отразившийся от правого края поезда - это два разных фотона.
Раз эти частицы разные, то испущены они должны быть из разных точек одновременно или в разные моменты времени из одной точки.
Грубо говоря, квантовая неопределенность, с одной стороны, позволяет раздвоить точки пространства и(или) времени, а соответственно, и сами события, одной ИСО из другой ИСО. Например, событие А – испускания света в правую сторону и испускание света в левую сторону в ИСО` поезда - это одно событие с координатами
, а в ИСО платформы это могут быть два события:
с разными координатами, например,
.
С другой стороны, эта же неопределенность позволит совместить в одной и той же пространственно-временной неопределенности (точке) одной ИСО пару несовместимых с точки зрения волновой интерпретации света (и СТО) событий, являющихся разными в другой ИСО.
Т.е. позволить ответить на вопрос (1) утвердительно. Да, существует ИСО, помимо поезда, в которой отраженные(переизлученные) от краев поезда фотоны встречаются в одной точке пространства-времени. Разумеется, это событие будет раздвоено в ИСО поезда.
Суть в том, что в одной ИСО свет проявит свои волновые свойства, например в ИСО поезда он будет волной, а в ИСО платформы свет проявит свои корпускулярные свойства и будет парой частиц. В итоге, окажется возможным, что ответ на вопрос (1) зависит от выбора ИСО.
В конце приведу «формализм», которым можно изобразить нечто подобное утвердительному ответу на вопрос (1) в корпускулярной интерпретации.
Для начала, придется придумать для квантовой неопределенности математическое описание. Т.е. чтобы раздвоить начало координат (событие А) ИСО` поезда в ИСО платформы и в то же время, оставить его единым и тождественным себе в ИСО поезда. Применим такой прием.
Обозначим координаты события
- источник испустил фотон в левую сторону и события
- источник испустил фотон в правую сторону.
Эти два события в ИСО платформы – есть событие
в ИСО поезда.
Выше, волновой случай привел нас к противоречию:
.
Сейчас видно, как его избежать.
Событие
на самом деле два события
и
.
Соответственно, раскрывая скобки, снимаем противоречие
.
Далее, вспомним, что величина
имеет физический смысл длинны левой части поезда, т.е.
расстояния от источника до левого края поезда, а это всегда положительная величина в любой ИСО, отрицательных расстояний не бывает. Т.к.
- отрицательная величина, значит
, а не
. Эта перестановка кажется не существенной. На самом деле, как и манипуляции со знаками нулей, она вскрывает симметрии, которые в СТО просто не формулируются строго, а относят к, так называемому, физическому смыслу.
Предлагаю обсудить, может ли свет в одной ИСО проявить корпускулярные свойства, а в другой волновые ?