Или "тики" на отклонённой оси времени движущегося тела откладываются по каким-то "внешним" соображениям?
Это уже хороший вопрос, как раз про самое то, что надо. Ответ: да, по "внешним" соображениям (говоря Вашими словами). Но теперь надо рассмотреть и сравнить друг с другом разные мыслимые варианты "внешних соображений".
Вариант 1:
А фигли соображать, лучше поглядим
в экспериментах: одинаковы ли показания покоящихся и движущихся часов?
В этом варианте оказывается, что разогнать реальные часы мы умеем, увы, не до любой скорости. Так, самолёты достигают скорости в разы большей скорости звука, но не более того. При достижимых на опыте скоростях заметной разницы в показаниях часов не обнаружено: показания примерно совпадают, в рамках погрешности измерений (такая ситуация у нас
была показана на рисунках с зайцем).
Вариант 2:
Вполне правдоподобное теоретическое соображение, гипотеза: показания часов должны точно совпадать при любых скоростях, даже при сколь угодно больших. Это соображение называется "гипотеза абсолютного времени". Оно лежит в основе обычной, нерелятивистской механики - механики Ньютона.
И, как показал опыт, такая теория c очень хорошей точностью описывает движения тел со скоростями, малыми по сравнению с
см/сек. Но с увеличением скорости расхождение теоретической механики Ньютона и результатов опыта увеличивается.
Для расчёта движения быстрых частиц в современных ускорителях, где достигается скорость частиц лишь чуть-чуть меньшая, чем
, механика Ньютона оказалась совсем непригодной. Например, есть такой примечательный экспериментальный факт: сколько бы энергии ни затрачивал ускоритель на разгон частицы, скорость частицы остаётся меньшей, чем
, - частицы не могут преодолеть "световой барьер". А со светом, вроде, всё наоборот - его движение в пустоте не удаётся ни затормозить, ни ускорить: свет рождается и умирает (т.е. излучается и поглощается) движущимся только со скоростью
.
Конечно, трудно точно измерять такую большую скорость, как
; но очень уж хорошо согласуются все экспериментальные наблюдения с другой теорией - релятивистской механикой, в которой указанные выше примечательные факты выглядят естественным следствием, а не чудом.
Говоря Вашими словами, гипотеза абсолютного времени означает "откладывание одинаковых "тиков" для всех движущихся и покоящихся объектов" - как на школьных графиках. При этом понятие "собственное время" фактически не используется; механику Ньютона детишки учат в школе, как несложную теорию, вполне пригодную для анализа движений с небольшими (по сравнению с
) скоростями.
Вариант 3:
Другое теоретическое предположение - о наличии специальной формулы для расчёта "тиков" времени на наклонённых мировых линиях.
На первый взгляд может показаться, что это дохлый номер, т.к. легко напридумывать от балды сколько угодно разных формул; пойди потом разберись, какая лучше или хуже...
Но, оказывается, среди таких фантазий есть один совершенно замечательный вариант (в чём он заключается, может быть сформулирую позже, чтобы не комкать, речь пойдёт о некоей геометрии мировых линий; а называется этот вариант СТО). Замечателен он тем, что:
1). В такой теории (в СТО) автоматически объясняется происхождение самого принципа относительности! И очень просто: равноправность различных ИСО здесь выглядит аналогично равноправности
повёрнутых друг относительно друга декартовых координат в обычной школьной геометрии.
2) В ней автоматически объясняется выделенность равномерного инерциального движения по сравнению с любыми видами ускоренных (не инерциальных) движений! Мировые линии инерциального движения оказываются попросту аналогами "линий кратчайшей длины" в обычной школьной геометрии; с тем отличием, что это мировые "линии наибольшей длины"
.
3) В ней автоматически присутствуют совершенно особенные мировые линии - так называемые "светоподобные геодезические": у них на любом отрезке интервал собственного времени равен нулю,
, а сами они изображают движение "чего-то" всегда с одной и той же скоростью
, в любых ИСО.
На этом пункте остановлюсь чуть подробнее. Речь сейчас идёт о том, что в этом варианте теория автоматом предсказывает возможность существования (в данной теор. модели) такого "чего-то", что всегда движется с одной и той же скоростью
и не обладает собственным временем!
Последнее что может означает физически? Ну, дык... если собственное время это характеристика всяких процессов старения тела (такую мыслю я здесь муссировал уже много раз), то "что-то", которое не способно стареть, должно, наверное, радикально отличаться от обычных тел - оно должно быть чем-то "о-о-очень элементарным".
Оно должно быть таким, на чём жизнь не оставляет пятен, вмятин, трещин, не меняет ему химический состав (наверное, по причине отсутствия такового), не оставляет на нём вообще никаких следов каких-либо изменений. Т.е. это "что-то" должно быть таким, чего не поскребёшь ногтём и не попробуешь на зуб, что-то неосязаемое, чего даже невозможно поймать в руки, чтобы получше рассмотреть (а иначе наша мужская рука нечаянно сломает ему какую-нибудь нежную косточку, оставит синячок, - вот уже и будет изменение... ).
Ну, что, как говорилось в классике, "узнаёте брата Колю?"
4) Да, наряду с предсказанием "чего-то", что на опыте мы легко и с великим удовлетворением идентифицируем как
свет, в этой теории имеется
одна простая формула (типа формулы Пифагора в обычной школьной геометрии) для вычисления и собственных времён на времениподобных мировых линиях тел, и собственных длин на пространственно подобных линиях линеек. Из этой формулы следуют все другие: для "замедления" времени и для "сокращения длны" движущихся тел, она же объясняет "парадокс близнецов"; не приходится изобретать ничего добавочного к этой чисто геометрической формуле.
5) Метод построения законов механики, развитый Ньютоном (на основе понятий 3-мерных векторов скорости, ускорения и силы), легко и естественно переносится на мировые линии в 4-мерном "пространстве-времени". При этом геометрия пространства-времени даёт нам новые плоды: оказывается, невозможно ввести понятие поля "4-мерной силы" независимо от 4-мерной скорости тел: 4-сила обязана зависеть от 4-скорости того тела, на которое она действует; а наиболее подходящий кандидат - линейная зависимость. Эта модель автоматически ведёт именно к той картине сил, которая из опыта известна как электрическая и магнитная составляющие силы Лоренца. Простейшие же уравнения для поля коэффициентов в этих силах, записанные с одним лишь требованием - выглядеть одинаково во всех ИСО (как того и требует принцип относительности), - оказываются уравнениями Максвелла, т.е. хорошо проверенными на практике уравнениями ЭМ-поля. То самое "чего-то", неумеющее стареть (свет), в этой модели оказывается ЭМ-волной, все свойства следуют из уравнений Максвелла..
6) Наряду с этим предсказанием электромагнетизма 4-мерная механика даёт описание движения тел, которое с высокой точностью согласуется с опытом: и в области малых скоростей (там теория автоматически переходит в механику Ньютона, если отбрасывать малые поправки типа степеней
), и в области скоростей, близких к
. Автоматически виден и неограниченный рост энергии тела с ростом скорости - невозможность преодоления телами светового баоьера, - и формула
для энергии покоящегося тела, и формулы релятивистской кинематики подтверждаемые опытом и необходимые в физике частиц в ускорителях.
7) Если же добавить к упомянутой простой геометрии пространства-времени естественное понятие кривизны (2-мерная аналогия: в жизни мы не имеем идеальных плоскостей, всякая реальная поверхность как-нибудь да искривлена), то мировые линии инерциального движения тел становятся мировыми линиями движения тел "в полях тяготения". Т.е. возникает геометрическая теория гравитации (ОТО). При малой кривизне и малых скоростях тел она переходит в обычную теорию тяготения Ньютона; а с ростом кривизны (например, вблизи Солнца) она даёт более точное описание движение тел (например, Меркурия), чем теория Ньютона. И кроме того.... хотя, ладно, на этом остановимся. Таков пока наш анонс главных черт релятивистской теории.