Частый пример в книжках и видео популяризаторов науки про скорость света - это его распространение от прожектора в головной части движущегося поезда и от фонаря на перроне. И там, и там скорость света одинакова, как утверждают Эйнштейн и “множество проведенных тончайших опытов”. Как быстро бы не двигался поезд, он не подгоняет свет, который идет от прожектора. Это представить не так сложно, учитывая, что масса фотонов ничтожна и они не обладают инертностью. Свет распространяется сам по себе, и в этом движущая сила поезда никакой роли не играет.
В воображении мы берем за неподвижную систему отсчета - перрон, относительно которого в одном направлении движутся поезд, свет от его прожектора и свет от фонаря. Свет от фонаря на перроне и от прожектора поезда распространяются одинаково, можно сказать, каждый фотон движется синхронно с остальными, а поезд просто скользит вдоль этих световых лучей.
Труднее понять, как при этом скорость распространения света остается одной и той же для пассажиров и для наблюдателя на перроне. Ведь, глядя с перрона, создается ощущение, что свет, который распространяется внутри вагона от ламп, должен быстрее достигать того тамбура, которому он движется навстречу и постоянно догонять противоположный тамбур. Т.е. пассажиры в разных концах вагона должны видеть включение лампы в центре вагона в разное время. С точки зрения наблюдателя в вагоне этого не происходит, но с точки зрения наблюдателя на перроне должно быть так, как раз таки потому, что свет не увлекается вагоном поезда, как это могло бы быть, например, с теннисным мячиком.
Еще сложнее представить картину в случае, когда поезд движется навстречу световому лучу, идущему от фонаря на перроне, и при этом скорость сближения поезда и света остается такой же, как если бы он просто стоял на месте. Это, мягко говоря, непривычно с точки зрения стандартных представлений о движении обычных материальных объектов: скорость сближения должна складываться из скоростей движущихся навстречу тел, в данном случае, скорости света и скорости поезда. Обыкновенно было бы предполагать, что свет и поезд настигнут друг друга тем раньше, чем выше будет скорость поезда. Но как бы быстро не двигался поезд навстречу лучу, относительно него скорость луча также остается 3 на 10 в восьмой м/с. Непостижимо? Попробуем все же это как-то адаптировать для интуитивного понимания.
Для этого мы представим на переднем плане воображаемой картины все те же перрон и поезд, а на заднем - громадный полудиск заходящего за горизонт солнца. Вспомним - интуитивное представление говорит нам, что находясь внутри движущегося объекта и наблюдая за проносящимся мимо пейзажем, мы увидим, что за окном объекты разных планов перемещаются по-разному: чем ближе к нам, тем они проносятся быстрее, чем дальше от нас - тем медленнее. Разделим перспективу на параллельные плоскости. Объекты передних плоскостей быстро сменяют друг друга, объекты задних, хоть и движутся, довольно долго могут оставаться в поле нашего зрения. Понятно, что огромный диск солнца на заднем плане будет казаться нам совершенно неподвижным, хоть мы и находимся в движении.
Однако наблюдать мы будем не из вагона поезда, а из зрительного зала. Итак, камера оператора движется вместе с поездом. Мы видим, как мимо поезда проносятся перрон за перроном. Поезд движется все быстрее: мелькают вокзалы, деревья, строения, однако солнечный диск остается неподвижным, как бы быстро не ехал поезд. Его скорость относительно поезда кажется нулевой. Не говоря уже про то, что относительно перрона скорость солнца также нулевая. Т.е. мы уже вполне можем нарисовать в воображении противоречие, когда некий объект или плоскость, может иметь одинаковую скорость, в данном случае нулевую, как относительно неподвижного объекта (перрона), так и относительно подвижного (поезда).
Дальше мы вообразим непоправимое - по солнечному диску в ту же сторону, куда движется поезд, например, слева направо, начала распространяться трещина. Солнце громадное и трещина у нас тоже огромная, а потому отчетливо видная. Поскольку плоскость солнечного диска умозрительно у нас неподвижна относительно движущегося поезда (будто движется вместе с ним, хотя и не движется относительно перрона), скорость распространения трещины будет постоянна, как бы поезд ни ускорялся. Эта трещина - вполне себе подходящая модель-аналогия распространяющегося светового луча. Куда бы ни двигался поезд, в т.ч. и в обратном направлении - справа налево, скорость роста трещины постоянна относительно поезда. Поезд не убегает и не преследует ее, поскольку плоскость, где она распространяется, словно, движется вместе с наблюдаемым объектом. Эта же скорость роста трещины будет одинаковой и для любого другого объекта - перрона, вокзала, поселка, автомобиля, шаттла, космического корабля, атома водорода и т.д. Вот так, вроде бы, все просто.
Подобное представление наталкивает на мысль, что существует некая плоскость в пространстве, дополнительное измерение, в котором и распространяется световая волна, как частный случай распространения всех прочих волн электромагнитного поля. Мы имеем возможность перемещаться в рамках только трех измерений - x, y, z, однако, свет - это волны такой природы, которая не имеет отношения к привычному нам 3х-мерному пространству.
Тут можно поспорить: как же так - природа света иная, а мы, имея вполне стандартные трехмерные материальные органы в виде глаз, без проблем можем свет этот инородный воспринимать. Свет взаимодействует со всеми прочими материальными объектами, благодаря чему у нас есть понятие красок. Свет отражается и свет возникает, когда материальные частицы и античастицы сталкиваются друг с другом. И при этом, неужели, он распространяется где-то в альтернативной “среде-реальности”? Но мы же его видим. Подобное противоречие наталкивает на закономерный вопрос - как именно мы его видим? Согласно сложившемуся и вроде бы подтвержденному знанию - рецепторы мозга получают сигнал от зрительного нерва, в который луч света попадает через сетчатку глаза? Или в мозге картинка присутствует уже изначально? А глаз, луч света, видимая реальность, Вселенная - это то, что “нафантазировал” мозг, который сам по себе “нафантазирован” всеобъемлющим Сознанием, как это представляется в простейшем варианте приверженцам голографической модели бытия?
А может, все объяснит струнная теория? Может, фотон - это обычный для нашего материального мира объект, вибрирующая струна, а вот распространение света - это волны на струнной ткани пространства, когда в каждой последующей точке “нашего” пространства возникают фотон за фотоном, генерируемые струнами того, иного пространства - пространства других измерений?