Вообразим, что в нашем экспериментальном вагоне поезда, который движется, двери открываются по световому сигналу. Свет зажигается ровно посередине вагона и одновременно идет по прямой линии к дверям, каждая из которых находится на своем конце вагона. Поставим вопрос: «Какая дверь вагона (передняя или задняя) откроется первой?». Скорость света не зависит от скорости поезда. Однако, с точки зрения пассажиров в поезде, двери откроются одинаково, а вот с точки зрения дачников, ожидающих поезд на платформе, задняя дверь вагона откроется первой, так как задняя дверь «идет» навстречу сигналу и поэтому откроется раньше, а передняя дверь «уходит» от света, потому откроется позже. Таким образом, события, одновременные для одних людей, могут быть не одновременными для других. Или, с другой стороны, допустим, свет зажегся в конце вагона. Для того, чтобы достичь передней стенки, свет должен пройти путь, равный длине вагона. Но это верно лишь с точки зрения тех, кто будет находиться в тот момент в самом вагоне. Для тех же, кто будет находиться на платформе, свет пройдет больший путь, так как для них передняя стенка уходит от света, и, чтобы достичь ее, луч должен проделать больший путь. Значит, с точки зрения пассажиров в вагоне, свет прошел один путь, а с точки зрения тех, кто находился на платформе, – другой путь. Скорость света постоянна, но пути разные. Но как же тогда можно в одинаковое время и с одинаковой скоростью пройти неодинаковый путь? Чтобы разрешить это противоречие, необходимо признать, что время в поезде и на платформе течет по-разному, то есть с неодинаковой скоростью. Таким образом, для движущегося объекта время течет медленнее.
Замедление хода времени было установлено в реальных, а не только в воображаемых экспериментах. Первый эксперимент был проведен Айвсом и Стилвеллом в 1938 году. Использовался пучок молекулярных ионов водорода. Скорость их движения составляла около 0,005 скорости света. Относительная погрешность измерений составила 1%. В эксперименте измерялся эффект Доплера спектральных линий. Пучок ионов пропускался через щель. Спектральные линии наблюдались с помощью спектрографа. Измерялась частота излучения в зависимости от направления движения ионов. Наблюдалось красное смещение спектральных линий. Эффект полностью соответствовал релятивистской формуле с относительной погрешностью не более одного процента.
В современном мире наглядным подтверждением замедления хода времени являются спутниковые навигационные системы. Основная их задача – корректировка хода часов спутников на 38 миллисекунд в день. Совпадение теоретических расчетов с практической работой систем с высокой точностью.
Таким образом, замедление времени зависит только от скорости объекта, что было сначала теоретически установлено и обосновано Эйнштейном в его работе, а позже подтверждено в многочисленных экспериментах в реальности. Чем выше скорость, тем медленнее время.
Наблюдатель за историческим научным прогрессом здесь бы заметил, что каждая следующая теория будто опровергает предыдущую, и задался бы тогда вполне логичным вопросом: «Так, почему сейчас уверены, что нынешние научные теории верны? Быть может, вскоре появится другая теория, которая опровергнет все существующие?». Но, если бы такой наблюдатель был бы повнимательнее, отметил бы, что более новые научные теории, если они подтверждены экспериментально – что называется выдержали проверку временем, вовсе не противоречат, а уточняют и расширяют более старые теории. Этот факт отметил и хорошо пояснил в своем трактате о науке еще Анри Пуанкаре.
Всем еще со школы известна классическая механика, которая базируется на известных законах Ньютона. И эта механика прекрасно работает на Земле, потому как и выведена была из экспериментов, проводимых в то время на Земле. Ньютон опирался на принцип относительности Галилея и неизменность времени, полагая в своей модели время абсолютным, пространство полагал Евклидовым, то есть плоским, а гравитацию рассматривал как силу, действующую на расстоянии. Эйнштейн не опровергал модели Ньютона, но расширил ее. Это расширение теории произошло, во-первых, за счет расширения принципа относительности для всех физических явлений, а не только для механических; во-вторых, за счет относительности времени и замедления его хода при увеличении скорости – тем самым Альберт Эйнштейн лишь обозначил границы применимости классической механики Ньютона, а не опроверг ее; в-третьих, окружающее пространство Эйнштейн в своей общей теории относительности описал как единую ткань пространство-время, а гравитацию как искривление этого пространства находящейся в нем массой – чем больше масса, тем больше это искривление. Как указал Эйнштейн, что, коли масса указывает пространству, как искривляться, само искривленное пространство-время указывает массе, как двигаться, и понятие прямой линии расширилось и уточнилось до понятия геодезической линии, то есть такой линии, которая является кратчайшей траекторией движения в искривленном пространстве-времени. Представить это можно себе так. Натяните сетку гамака, и, пока в ней нет никакой массы, она ровная, плоская. Но положите в середину что-то тяжелое, и эта сетка гамака промнется, линии сетки при приближении к положенной на гамак массе будут все более искривляться, уходя вглубь. Пустите шарик катиться с края гамака и вы увидите, как этот шарик скатывается в центральную яму, катясь ровно вдоль линий сетки гамака (вдоль геодезических линий).