Почему из скорости «туда-обратно» не получается скорость «в одну сторону»

В фильме «Время» Алексей Семихатов хорошо объясняет одну из самых непривычных идей современной физики: скорость света не ведёт себя как скорость обычного тела. Если мы движемся навстречу лучу, свет не становится для нас быстрее; если убегаем от него, он не становится медленнее.
Но в одном месте популярная формулировка прячет важную логическую подмену.
Рассуждение строится так: Земля движется по орбите, поэтому в разные сезоны она может лететь почти навстречу свету от выбранной звезды, а через полгода — почти в противоположную сторону. И измеренная скорость света всё равно оказывается той же самой. Вывод: скорость света одинакова и при движении навстречу лучу, и при движении вслед за ним.
Вот здесь проблема. Это не просто педагогическое упрощение. Упрощение допустимо, если оно сохраняет логическую структуру опыта. Но тут измеренная величина подменяется другой.
Майкельсон и Морли не измеряли отдельно скорость света «туда» и отдельно скорость света «обратно». Их установка сравнивала прохождение света по замкнутым путям в разных направлениях. Опыт был чувствителен только к суммарному времени хода света туда-обратно, а не к каждому из двух односторонних участков по отдельности.
Голый факт, который выдал интерферометр: сумма времён T_AB + T_BA не зависит от ориентации установки и от движения Земли. Всё. Эксперимент не дал нам ни T_AB, ни T_BA самих по себе. Это та же ошибка, что и в рассуждении: «среднее арифметическое двух чисел равно 5, значит, оба числа равны 5».
Поэтому фраза «скорость света при движении навстречу лучу и вслед за лучом оказалась одинаковой» звучит гораздо сильнее, чем позволяет сам опыт. Опыт Майкельсона–Морли показал изотропность скорости света на замкнутом пути. Но равенство односторонних скоростей — не прямой результат этого опыта.
Чтобы измерить скорость света в одну сторону, скажем от A к B, нужны двое часов: одни в A, другие в B. Свет вылетел из A по часам A, прилетел в B по часам B; делим расстояние на разность времён — получаем скорость. Но как заранее синхронизировать эти двое часов?
Обычный ответ: послать световой сигнал и договориться, что на путь туда он потратил половину общего времени туда-обратно. Но это и есть предположение, которое мы якобы «проверяем». Мы не измерили равенство времён туда и обратно — мы использовали его как правило синхронизации.
Теория относительности не рухнет, если мы выберем другую синхронизацию. Можно условиться, что свет в одну сторону идёт быстрее, а в обратную — медленнее, так, чтобы суммарное время туда-обратно осталось неизменным. Наблюдаемые предсказания от этого не изменятся. Просто пространственно-временные диаграммы перекосятся, формулы станут менее изящными, а координатная скорость света в одном направлении перестанет быть равной c. Эйнштейн выбрал симметричный вариант — это удобная конвенция, а не экспериментальная необходимость.
Так что когда говорят «скорость света навстречу и вслед одинакова», это не оглашение результата опыта — это оглашение нашего собственного соглашения о часах. «Погоня за лучом» — прекрасная метафора. Но если сказать, что опыт прямо сравнил скорость света навстречу наблюдателю и вслед за ним, внутри метафоры появляется подмена: конвенцию выдают за экспериментальный факт.