Чтобы измерить длину, необходимо было уметь делить эталон длины на сколь угодно малые равные части. Аналогично, чтобы измерить время, необходимо уметь делить на малые равные части эталон времени.

С длиной было сравнительно просто — нас выручила геометрия. Но понятие времени в геометрии отсутствует, и придется обойтись без помощи математиков.

Разбить эталон любой физической величины на равные отрезки — значит ввести, по существу, в семейство эталонов новый, меньший эталон. Мы всегда сможем его найти среди бесчисленного числа физических процессов, нас окружающих^[13].

Если есть эталон — часы, то, чтобы измерить продолжительность любого физического процесса, достаточно засечь показания часов одновременно с его начальным и конечным моментами. Интервал времени, прошедший на часах, и определяет продолжительность исследуемого явления.

Но что значит, что два физических события произошли в одной точке пространства одновременно? Кажется, это довольно очевидно. Однако, чтобы читатель знал, что его страдания не напрасны, заметим: это «очевидное» понятие — центральный пункт теории Эйнштейна.

Дадим строгое определение:

Определение 1. Два события, происшедших в одной и той же точке пространства, и таких, что, вообще говоря, любое из них может быть причиной или следствием другого, называются одновременными в том единственном случае, когда ни одно из них не может быть причиной или следствием другого.

Ясно и логично. Не так ли? После такого определения нам не составит никакого труда сравнить, например, ход двух часов, находящихся в одной точке пространства.

А как это сделать с часами, находящимися в разных точках?

Кажется, тоже ясно. Надо одновременно засечь показания обоих часов.

Но как это сделать? Ведь мы определили понятие «одновременности двух событий, происшедших в одной точке». А что означает: «два события произошли одновременно в разных точках пространства»?

Приходится дать еще одно определение.

Определение 2. Два события, происшедших в разных точках пространства, называются одновременными в том единственном случае, когда ни одно из них не может быть причиной или следствием другого.

Итак, определение дано. Но вот что осталось неясным. Пусть в одной точке пространства X₁ произошло событие A. Вообще говоря, пройдет некоторое время, прежде чем в другой точке — X₂ — смогут узнать, что это событие произошло.

Пожалуй, стоит пояснить эти несколько абстрактные рассуждения примером.

Совсем недавно в газете появилась заметка «Секундомеры щелкают одновременно». Речь шла о том, что раньше судья на финише беговой дорожки не мог точно зафиксировать момент стартового выстрела. Пока звук доходил от старта к финишу, терялись десятые доли секунды (для стометровой дорожки — больше 0,2 сек.). Теперь к пистолету судьи-стартера приделана лампа-вспышка, синхронно срабатывающая с выстрелом, и судья на финише пускает секундомер, как только увидит свет^[14]. Считается, что эти события (выстрел и пуск секундомера) происходят одновременно. Но если рассуждать строго, придется признать, что выстрел на старте (точка X₁ и событие А) и пуск секундомера (точка Х₂ и событие В) по-прежнему неодновременны. Ведь свету потребовалось время, чтобы добраться до финиша, хоть и ничтожно малое, но все же потребовалось. И то, что судья на финише нажимает секундомер, как раз вызвано вспышкой на старте (событие В причинно связано с А).

Однако самые любопытные выводы получатся, если допустить, что существует максимально возможная конечная скорость передачи сигналов (может быть, скорость света?). Тогда есть и какое-то минимальное время t_инф, за которое сигнал от Х₁ дойдет в Х₂ (от старта к финишу).

Но если так, то любая пара событий в точках Х₁ и Х₂, разделенных интервалом времени, меньшим времени информации, не может быть связана соотношениями причины и следствия. (Нельзя сообщить на финиш о выстреле судьи стартера быстрее, чем световым лучом. А пока луч идет…)

Значит, если следовать нашему определению, то событию А в точке Х₁ будет соответствовать сколь угодно большое число одновременных с ним событий в точке Х₂. И раз так — определение не однозначно.

Как видите, приходится обсуждать и такое «очевидное» понятие, как одновременность. Странно, но, по-видимому, одновременность двух физических событий в разных точках пространства отнюдь не самоочевидное понятие.

В общем такой докучливый анализ может порядком утомить.

Поэтому давайте введем гипотезу: «Имеются, по крайней мере принципиально, сигналы, которые распространяются с бесконечно большой скоростью».

Теперь можно однозначно определить два одновременных события в разных точках пространства. А значит, можно сравнить ход часов, расположенных в двух различных точках, и установить, в частности, синхронны они или нет.

Откуда взята наша гипотеза? Строго говоря, у физиков не было почти никаких доводов в ее пользу. Впрочем, один был. Дальше мы увидим, что вся теория тяготения основана на предположении, что тяготение распространяется с бесконечно большой скоростью. А теория тяготения Ньютона соблюдается идеально точно. Это опытный факт. Тяготение и есть пример сигнала с бесконечной скоростью. Следовательно, постулат о распространении сигнала с бесконечной скоростью тоже результат опыта.

На этом с определением понятия времени и одновременности покончим и сделаем выводы.

Нет никаких оснований считать, что вся наша система понятий длины и времени справедлива сама по себе. Все положения, все постулаты опираются на опыт и только на опыт. Поэтому можно быть уверенными, что хотя бы приближенно они верны. Но если новые опыты покажут, что, строго говоря, наши выводы несправедливы, мы их изменим. И при этом никакой трагедии не произойдет. Мы просто еще раз отметим, что наши постулаты лишь приближенно описывают реальный мир. И порадуемся тому, как убедительно доказывает нам это «верховный судья физики — эксперимент»^[15].