Относится к «О теории относительности»

О постоянстве скорости света. Анализ постулатов Эйнштейна

Зададимся простым, на первый взгляд, вопросом: «относительно чего постоянна скорость света в специальной теор ии относительности (СТО)?». Многие из тех, кому я задавал этот вопрос, удивленно пожимали плечами, но, подумав, несколько неуверенно произносили: «относительно пустоты». Однако на практике скорость движения одного материального объекта (в том числе – частицы или световой волны) может быть определена относительно системы отсчета, связанной с некоторым другим материальным объектом, а не «относительно пустоты», поскольку сама пустота, если она действительно может существовать в природе, не является материей и не характеризуется никакими физическими константами. Такого же мнения в отношении пустоты придерживается А. Эйнштейн : «… в специальной теор ии относительности область пространства без материи и без электрического поля представляется совершенно пустой, т.е. ее нельзя охарактеризовать никакими физическими величинами …» .

В пустоте нет материальных объектов, с которыми можно связать систему отсчета. Определить скорость света относительно этой «области пространства без материи и без электрического поля» невозможно по причине невозможности создания системы отсчета, «скрепленной» с пространством. Тогда, все-таки, относительно чего она постоянна?

Давайте попробуем разобраться в этом вопросе подробнее и послушаем, что на эту тему говорит сам А. Эйнштейн : «…Примеры подобного рода (речь ранее шла о взаимодействии магнита и проводника с током, находящихся в состоянии относительного движения. Прим. автора), как и неудавшиеся попытки обнаружить движение земли относительно «светоносной среды», ведут к предположению, что не только в механике, но и в электродинамике никакие свойства явлений не соответствуют понятию абсолютного покоя (выделено автором) и даже, более того, – к предположению, что для всех координатных систем, для которых справедливы уравнения механики, справедливы те же самые электродинамические и оптические законы, как это уже доказано для величин первого порядка. Это предположение (содержание которого в дальнейшем будет называться «принципом относительности») мы намерены превратить в предпосылку и сделать, кроме того, добавочное допущение, находящееся с первым лишь в кажущемся противоречии, а именно, что свет в пустоте всегда распространяется с определенной скоростью V (в современном обозначении – С. Прим. автора), не зависящей от состояния движения излучающего тела».

Говоря здесь о несоответствии свойств физических явлений состоянию «абсолютного покоя» А. Эйнштейн подчеркивает один из ключевых моментов своей теор ии – отсутствие светоносной среды («эфира»), заполняющей пространство, являющейся носителем световых волн и проводником электромагнитного взаимодействия, с которой многими учеными ранее связывалось понятие «абсолютного покоя». А. Эйнштейн вполне справедливо полагает, что любой покой относителен, то есть любая система отсчета может покоиться лишь относительно некоторой другой системы отсчета.

В этой связи необходимо сделать небольшое отступление. Физики до сих пор не смогли достоверно обнаружить ни самой светоносной среды, ни движения Земли относительно этой среды. Результаты некоторых известных экспериментов по обнаружению движения Земли относительно «эфира», нуждаются в подтверждении другими независимыми экспериментами. Тем не менее, даже если факты подтверждения будут иметь место, то какие у нас при этом появятся основания утверждать, что именно с «эфиром» может быть связана система отсчета, неподвижная относительно пространства? Как мы уже говорили, в пустом пространстве не может существовать системы отсчета, «скрепленной» с пространством, поэтому покой «эфира» может быть установлен только относительно системы отсчета, связанной с некоторым другим материальным объектом, но не с пространством. Достоверное обнаружение светоносной среды вероятно позволит ученым существенно глубже постичь природу окружающего мира, но не позволит использовать эту среду в качестве системы отсчета, находящейся в состоянии покоя относительно пространства, то есть в состоянии «абсолютного покоя» .

Итак по «допущению» А. Эйнштейна, «свет в пустоте всегда распространяется с определенной скоростью» С. Эта скорость не зависит «от состояния движения излучающего тела». Но, все-таки, относительно чего может быть определена (измерена) эта скорость С? На этот вопрос А. Эйнштейн отвечает в §2 : «Дальнейшие соображения опираются на принцип относительности и на принцип постоянства скорости света. Мы формулируем оба принципа следующим образом.

1. Законы, по которым изменяются состояния физических систем, не зависят от того, к которой из двух координатных систем, движущихся равномерно и прямолинейно, эти изменения состояния относятся.

2. Каждый луч света движется в «покоящейся» системе координат с определенной скоростью V, независимо от того, испускается ли этот луч света покоящимся или движущимся телом» .

Ясно, что поскольку находящиеся в состоянии равномерного прямолинейного относительного движения «в пустоте» координатные системы совершенно равноправны, то любую из них можно считать «покоящейся», тогда другая будет «движущейся». Соответственно, если мы или кто-то другой выберет первую систему в качестве «покоящейся», то скорость света относительно неё должна иметь значение С. Если же мы (или кто-то другой) назначит вторую систему «покоящейся», то и относительно неё скорость света также должна иметь значение С.

Иными словами, скорость распространения света «в пустоте» согласно эйнштейновской формулировке «принципа постоянства скорости света» должна всегда иметь значение С относительно ЛЮБОЙ координатной системы, движущейся равномерно и прямолинейно относительно любой другой координатной системы.

В работе А. Эйнштейн приводит несколько более уточненную формулировку своего «принципа постоянства скорости света»: «…можно считать установленным, что свет, как это вытекает из уравнений Максвелла – Лоренца, распространяется в пустоте со скоростью С, по крайней мере, в определенной инерциальной системе координат К. В согласии со специальным принципом относительности мы должны считать (выделено автором), что этот принцип верен также и в любой другой инерциальной системе».

Думается, что ссылка на «уравнения Максвелла – Лоренца» , приведенная в последней цитате, не совсем корректна, поскольку Дж. К. Максвелл, и Г. А. Лоренц связывали эту систему координат со светоносным «эфиром», заполняющим окружающее пространство. По их убеждению свет распространяется не «в пустоте со скоростью С» , а как раз наоборот – в материальной среде, характеризующейся определенными физическими константами. При этом скорость света может быть постоянна и равна С только относительно системы координат, «связанной» с этой материальной средой.

В работе А. Эйнштейн приводит упрощенную формулировку своего «принципа постоянства скорости света»: «Скорость света в пустом пространстве всегда постоянна, независимо от движения источника или приемника света» .

Как видно из этих формулировок, измеренное значение скорости света в пустом пространстве по А. Эйнштейну всегда равно С, даже если эти измерения проводятся не только относительно «излучающего тела» , но и относительно «приемника света», что является явным парадоксом с точки зрения классической физики. Почему парадоксом? В первую очередь, из-за нашего понимания того факта, что в общем случае движение приемника света и движение света не связаны между собой никакой причинно-следственной зависимостью, и ничем не ограничиваемая в «совершенно пустой» области пространства скорость «приемника света» в принципе может иметь любое произвольн ое значение относительно движущихся световых волн. Если свет и приемник движутся независимо друг от друга, то каким же образом значение скорости света оказывается всегда равным С относительно «приемника света» ? Вопреки практике и логике по А. Эйнштейну «мы должны считать» движение света таким движением, скорость которого постоянна и равна С относительно любого объекта (и связанной с ним координатной системы), равномерно движущегося в любом направлении с произвольн ой скоростью относительно других объектов в «совершенно пустой» области пространства. Такое относительное движение света и приемника, если оно может существовать, коренным образом отличается от обычного независимого движения, каковым является любое относительное движение не связанных между собой материальных объектов.

Справедливо отвергнув существование абсолютного покоя в природе, но заодно отбросив и саму гипотез у существования светоносной среды – «эфира», А. Эйнштейн постул ирует существование в природе совершенно нового для физики явления – абсолютной скорости движения света, имеющей одно и то же значение при измерении ее в любом множестве координатных систем, движущихся относительно друг друга «в пустоте». Выдвижение такого постул ата, в свою очередь, неизбежно должно привести и действительно приводит в СТО к отказу от безоговорочно признаваемых классической физикой абсолютного времени и абсолютного пространства, размеры единиц времени и длины в которых одинаковы для всех координатных систем. Может ли принципиально существовать этот новый абсолют в природе?

Рассмотрим простейший пример. Предположим, что несколько материальных объектов вместе с координатными системами и наблюдателями движутся с различными скоростями независимо друг от друга в одном и том же луче света. Пусть луч света никоим образом не связан с движущимися объектами и движется сам по себе «в пустоте». Тем не менее «мы должны считать» , что измеренное значение скорости движения волн в луче света согласно «принципу постоянства скорости света» окажется равным С для каждого из наблюдателей, находящихся на этих материальных объектах. Как это может соответствовать реальности? Для объяснения этого «явления» одних только математических формул, предложенных СТО и связывающих скорость, пространство и время, здесь явно недостаточно. Если эти математические формулы получены в результате неверного постул ата, благодаря которому независимая переменная величина – скорость света – заменена в них некоторой гипотетической константой, то явления, предсказываемые формулами, не могут соответствовать физической реальности. Если же постул ат верен – в природе должен существовать некий «механизм», устанавливающий причинно-следственные связи между независимыми движениями и поддерживающий новый абсолют. Как может действовать этот «механизм»?

Вариант первый – луч света «сравнивает» собственную скорость со скоростью каждого из наблюдателей и «подстраивает» свою скорость под скорость движения каждого наблюдателя. В этом варианте рассматриваемый луч света должен, как минимум, обладать системой «автоматической» подстройки скорости движения световых волн под одно и то же постоянное значение С относительно любого движущегося в луче объекта. При этом скорость движения световых волн должна быть различной в разных участках одного и того же светового луча. Очевидно, что этот вариант абсурден по своей сути для любого физика.

Вариант второй, признаваемый большинством последователей СТО (физиков-релятиви стов), – пространство и время, в которых движутся объекты, обладают свойством изменяться в зависимости от скорости движения этих объектов. Скорости движения объектов относительно чего? Мы уже говорили, что в пространстве нет и не может быть системы отсчета, «скрепленной» с этим пространством, поэтому определить значение этой скорости относительно «совершенно пустой» области пространства даже мыслящему существу не представляется возможным.

Тогда, может быть, в зависимости от скорости движения этих объектов относительно друг друга или относительно некоторой вспомогательной системы отсчета, условно считаемой неподвижной? Но каким образом неодушевленные пространство и время «сравнивают» между собой скорости движения этих объектов, пространственно удаленных друг от друга? В «совершенно пустой» области пространства, разделяющей движущиеся объекты, отсутствует переносчик информации, поэтому «сравнить» между собой скорости движения объектов, находящихся на удалении друг от друга, принципиально невозможно.

Может быть пространство и время «сравнивают» скорость движения каждого из объектов со скоростью волн в луче света, а затем «вычисляют» скорость движения этих объектов относительно друг друга? Но А. Эйнштейн постул ировал нам постоянство скорости света С относительно любых движущихся объектов – «приемников света» . Из этого постул ата неизбежно вытекает обратное утверждение – постоянство и равенство С скорости движения любых объектов относительно волн общего луча света. Соответственно, поскольку объекты движутся с одинаковой скоростью С относительно волн общего луча света, результат «вычислений» пространством и временем скорости движения объектов относительно друг друга всегда должен быть равен нулю (!), с какой бы относительной скоростью в действительности не передвигались эти объекты – «приемники света» . Налицо – противоречие практике, поскольку мы легко убеждаемся, что объекты, движущиеся в общем луче света, догоняют и обгоняют друг друга, то есть движутся с различными скоростями. Можно констатировать, что и второй вариант во всех его разновидностях нисколько не лучше первого и также должен быть абсурден для любого физика.

В А. Эйнштейн пишет: «Действительно, если каждый луч света в пустоте распространяется со скоростью С относительно системы К, то световой эфир должен всюду покоиться относительно К. Но если (выделено автором) законы распространения света в системе К’ (движущейся относительно К) такие же, как и в системе К, то мы с тем же правом должны предположить, что эфир покоится и в системе К’. Так как предположение о том, что эфир покоится одновременно в двух системах, является абсурдным и так как не менее абсурдно было бы отдавать предпочтение одной из двух (или из бесконечно большого числа) физически равноценных систем, то следует отказаться от введения понятия эфира, который превратился лишь в бесполезный довесок к теор ии, как только было отвергнуто механистическое истолкование света».

Действительно признание состояния покоя некоторого объекта относительно каждой из двух систем, находящихся в состоянии относительного движения безусловно является абсурдным. Но разве менее абсурдным является предположение о постоянстве скорости некоторого объекта (света) относительно каждой из двух «(или из бесконечно большого числа) физически равноценных» систем, находящихся в том же состоянии относительного движения? Чем один абсолют лучше другого?

Простой логический анализ явления, принятого в качестве главного постул ата в СТО, приводит к выводу, что в природе принципиально не может существовать «механизм», поддерживающий этот новый абсолют. Специальная геометрия, созданная в свое время Г. Минковским, «связала» с помощью математических формул воедино скорость, пространство и время, придав СТО лишь внешнюю изящность и самодостаточность, но не предложила главного – «механизма», устанавливающего причинно-следственные связи между независимыми движениями.

Таким образом, независимые движения света и наблюдателей оказываются причинно-следственно «связанными» в СТО лишь благодаря введенному человеческим разумом «постул ату». Не много ли мы на себя «взяли», господа физики-релятиви сты? Во имя обязательности «выполнения» природой «специального принципа относительности» мы отбросили весь накопленный человечеством опыт и установили волевым решением новый абсолют, «связав» причинно-следственными связями независимые явления природы. А что мы реально знаем о действительном «выполнении» природой «специального принципа относительности» на других планетах, звездах и галактиках? Откуда у нас взялась уверенность, что этот принцип выполняется повсюду? И почему мы так уверены, что именно он выполняется на Земле?

Результаты каких физических экспериментов могли «навеять» А. Эйнштейну этот , для выполнения которого потребовалось выдвижение абсолюта скорости света? Ведь не сам же собой он возник. Давайте попробуем узнать об этом у самого А. Эйнштейна.

Выше уже был процитирован абзац из самой первой статьи, написанной в 1905 г.: «… Примеры подобного рода, как и неудавшиеся попытки обнаружить движение земли относительно «светоносной среды», ведут к предположению …» . Вряд ли у кого могут возникнуть сомнения в том, что здесь идет речь об опытах Майкельсона и Майкельсона – Морли, направленных на обнаружение скорости движения Земли сквозь светоносный «эфир», ибо других неудавшихся попыток обнаружить движение Земли относительно «светоносной среды» в то время еще не было. Этой же точки зрения придерживается один из известных специалистов по истории физики П. С. Кудрявцев : «…Во всей статье Эйнштейна нет ни одной ссылки на литературу. Позднее Эйнштейн утверждал, что он не знал об опыте Майкельсона, когда писал свою работу. Но если он читал работу Лоренца 1895 г., где доказан принцип относительности первого порядка, о чем он здесь упоминает, то он не мог не знать об опыте Майкельсона» (выделено автором).

1907 г. : «Со времени возникновения этой теор ии (электродинамики движущихся тел, разработанной Г. А. Лоренцем. Прим. автора) следовало ожидать, что удастся экспериментально обнаружить влияние движения Земли относительно эфира на оптические явления… Однако отрицательный результат опытов Майкельсона и Морли показал, что по крайней мере в этом случае отсутствует также эффект второго порядка (пропорциональный v2 /C2 ), хотя согласно основам теор ии Лоренца, он должен был бы проявиться на опыте… Поэтому создавалось впечатление, что от теор ии Лоренца надо отказаться, заменив ее теор ией, которая основывается на принципе относительности, ибо такая теор ия позволила бы сразу предвидеть отрицательный результат опыта Майкельсона – Морли… Как будут выглядеть законы природы, если все явления изучать в системе отсчета, находящейся теперь в новом состоянии движения? В ответ на этот вопрос мы сделаем логически простейшее и подсказываемое опытом Майкельсона и Морли предположение: законы природы не зависят от состояния движения системы отсчета, по крайней мере, если она не ускорена» (Выделено автором).

Отметим для себя, что, спустя всего два года после выхода первой статьи, А. Эйнштейн впервые заявил о том, что «специальный принцип относительности» на Земле «подсказывается опытом Майкельсона и Морли» .

1910 г. : «В полученных выше уравнениях нетрудно узнать гипотез у Лоренца и Фитцджеральда. Эта гипотез а казалась нам странной, и ввести ее было необходимо для того, чтобы иметь возможность объяснить отрицательный результат эксперимента Майкельсона и Морли. Здесь эта гипотез а выступает как естественное следствие принятых нами принципов» .

1915 г. : «Успехи теор ии Лоренца были настолько большими, что физики не задумываясь, отказались бы от принципа относительности, если бы не был получен один важный экспериментальный результат, о котором мы теперь должны сказать, а именно, результат опыта Майкельсона. Все же бoльшая часть этих отрицательных результатов не говорила ничего против теор ии Лоренца. Г. А. Лоренц в высшей степени остроумном теор етическом исследовании показал, что относительное движение в первом приближении не влияет на ход лучей при любых оптических экспериментах. Оставался только один оптический эксперимент, в котором метод был настолько чувствительным, что отрицательный исход опыта оставался непонятным даже с точки зрения теор етического анализа Г. А. Лоренца. Это был уже упомянутый опыт Майкельсона…».

1922 г. «Все опыты показывают, что поступательное движение Земли не влияет на электромагнитные и оптические явления по отношению к Земле, как к телу отсчета. Наиболее важными из этих опытов являются опыты Майкельсона и Морли, которые я предполагаю известными. Таким образом, справедливость специального принципа относительности вряд ли может вызывать сомнения» .

Можно привести и другие примеры, но, наверное, достаточно. Итак, «отрицательный результат опыта Майкельсона – Морли» явился основой как для отказа от светоносной среды – «эфира», так и для выдвижения А. Эйнштейном «специального принципа относительности» и «принципа постоянства скорости света». Вероятно сам А. Эйнштейн интуитивно все-таки сомневался в незыблемости этой основы, поскольку позднее, как уже упоминалось выше, стал отрицать связь появления «принципа постоянства скорости света» с «отрицательным результатом опыта Майкельсона – Морли» .

Интуиция не подвела А. Эйнштейна в данном случае. Отрицательный результат опыта Майкельсона – Морли «по экспериментальному обнаружению движения Земли относительно эфира» был вполне предсказуем именно с позиций существования светоносного «эфира» в окружающем нас пространстве. В опыте Майкельсона – Морли световые волны распространяются в двух взаимно перпендикулярных направлениях с одинаковой скоростью С относительно «эфира», но в процессе измерений поочередно одно из плеч интерферометра движется вдоль световых волн, а второе – перпендикулярно им. Движение плеча интерферометра вдоль световых волн приводит не только к искомому в опыте изменению интервала времени прохождения луча света вдоль плеча «туда» и «обратно», но и к изменениям частоты световых колебаний на зеркалах, расположенных в этом плече интерферометра. Эти изменения частоты колебаний наглядно проиллюстрированы flash -моделью .

Экспериментаторы, проводившие опыт, считали частоту световых колебаний на зеркалах интерферометра Майкельсона постоянной, полагая при этом, что имеют дело с измерительным преобразованием «скорость движения Земли относительно «эфира» – разность интервалов времени». Реально же в опыте осуществлялось измерительное преобразование «скорость движения Земли относительно «эфира» – разность фаз» световых колебаний, суммируемых на «экране» интерферометра. Набег фазы световой волны на длине плеча интерферометра является произведением интервала времени прохождения световой волны вдоль плеча интерферометра на частоту колебаний, измеренную на зеркале интерферометра, воспринимающем световые волны. Если в этом произведении один из сомножителей, например – интервал времени, возрастает на какую-то величину, то другой – частота колебаний при этом убывает на ту же величину. Само же произведение – набег фазы – остается постоянным и не зависит от скорости движения Земли относительно «эфира».

Таким образом с опозданием на 100 лет следует признать, что, вопреки утверждениям А. Эйнштейна, результат опыта Майкельсона – Морли не мог быть использован в качестве экспериментального базиса для выдвижения «специального принципа относительности» и «принципа постоянства скорости света» . Оба «принципа» были выдвинуты всего лишь на основе очередной неудачной попытки объяснения нулевого результата опыта Майкельсона – Морли, в действительности свидетельствующего о нечувствительности интерферометра Майкельсона к скорости его движения относительно световых волн.

Однако, как утверждает современная «официальная» физика, следствия из этих «принципов» , находят широкое применение в теор ии и подтверждаются многочисленными реальными практическими результатами. Странная получается ситуация. Если положенный в основу СТО «принцип постоянства скорости света» принципиально не может существовать в природе и выдвинут лишь на основе неверной трактовки результата опыта Майкельсона – Морли, то каким же образом могут выполняться следствия из СТО? Может быть, это следствия каких-то других причин, ошибочно приписываемых СТО? Давайте отдельно проанализируем реальность физических явлений, предсказываемых СТО, и их соответствие тем явлениям, которые наблюдаются на практике.

Сначала – цитата из работы А. Эйнштейна : «Представим себе часы, способные показывать время системы отсчета k и находящиеся в состоянии покоя относительно k. Можно показать, что те же часы, движущиеся равномерно и прямолинейно относительно системы отсчета k, с точки зрения системы k будут идти медленнее: если показание часов увеличивается на единицу, то часы системы k покажут, что в этой системе прошло время

Таким образом, движущиеся часы идут медленнее, чем такие же часы, покоящиеся относительно системы k. При этом необходимо представлять себе, что скорость хода часов в движущемся состоянии определяется путем постоянного сравнения стрелок этих часов с положением стрелок тех покоящихся относительно системы k часов, которые измеряют время системы k и мимо которых проходят рассматриваемые движущиеся часы».

Как добиться такого «замедления» хода движущихся часов «с точки зрения» покоящейся системы отсчета А. Эйнштейн наглядно продемонстрировал в , мысленно осуществив неверную методически синхронизацию световыми сигналами часов, расположенных в координатных системах, находящихся в состоянии относительного движения. При этой «синхронизации» заведомо неодинаковые интервалы времени движения световых сигналов от неподвижной координатной системы к движущейся и обратно А. Эйнштейн предложил измерять одинаковыми и синхронно идущими часами, расположенными в этих координатных системах, но результаты измерений этих неодинаковых интервалов времени приписал неодинаковости хода часов, подменив причину следствием, что и привело к «появлению» релятиви стского «замедления» времени. Более подробно это изложено в статье автора «О методической ошибке способа синхронизации часов световыми сигналами, предложенного А.Эйнштейном» , где взамен эйнштейновской «синхронизации» предложен другой способ синхронизации тех же часов теми же световыми сигналами, обеспечивающий одинаковость (в пределах неравномерности хода часов) измеряемых часами интервалов времени движения световых сигналов и исключающий любые основания для существования релятиви стского «замедления» времени.

Уместно привести здесь справедливое высказывание Л. Бриллюэна по поводу эйнштейновской «синхронизации» часов: «Это правило (эйнштейновская «методика» синхронизации. Прим. автора) является произвольн ым и даже метафизическим. Его нельзя доказать или опровергнуть экспериментально …» . В отличие от эйнштейновской «синхронизации» часов, синхронизация, предложенная автором в статье «О методической ошибке способа синхронизации часов световыми сигналами, предложенного А. Эйнштейном» , физически реализуема и может быть использована для экспериментального доказательства абсолютности времени и опровержения «факта» существования в природе релятиви стского «замедления» времени. В этой связи следует заявить совершенно определенно: никакого реального замедления времени у наблюдаемых материальных объектов, обусловленного их равномерным движением «в пустоте» относительно субъектов-наблюдателей, происходить не может. Для этого нет никаких оснований, кроме упомянутой выше неверной методики синхронизации часов.

Итак, неверная методика синхронизации часов привела к неверному выводу о существовании релятиви стского «замедления» времени. В свою очередь несуществующее релятиви стское «замедление» времени породило несуществующее релятиви стское «сокращение» длины. В частности, А. Эйнштейн замечает по этому поводу: «Этот результат (наличие релятиви стского «сокращения» длины. Прим. автора) оказывается не таким уж странным, если учесть, что это высказывание о размерах движущегося тела имеет весьма сложный смысл , поскольку в соответствии с предыдущим размеры тела можно определить только с помощью измерения времени ». Выделено автором).

Особый интерес представляет высказывания А. Эйнштейна о физическом смысл е релятиви стского «замедления» времени и «сокращения» длины:

– « Обобщая, можно сделать вывод: всякий процесс в некоторой физической системе замедляется, если эта система приводится в поступательное движение. Однако это замедление происходит только с точки зрения несопутствующей системы координат» ;

– «Вопрос о том, реально лоренцево сокращение или нет, не имеет смысл а. Сокращение не является реальным, поскольку оно не существует для наблюдателя, движущегося вместе с телом; однако, оно реально, так как оно может быть принципиально доказано физическими средствами для наблюдателя, не движущегося вместе с телом».

То есть релятиви стское «замедление» времени и «сокращение» длины, по мнению А. Эйнштейна, отсутствуют для движущегося с телом наблюдателя и одновременно имеют место для наблюдателя, не движущегося с этим же телом. Вот оно главное и неизбежное следствие релятиви зма – солипсизм1 ! Не сам объект наблюдения – движущееся материальное тело, параметры которого мы наблюдаем, является реальностью, а «реальность» – это лишь «представления» каждого из субъектов – наблюдателей об этом теле. Соответственно, по А. Эйнштейну – сколько наблюдателей, столько и «реальностей».

1. Солипсизм - субъективно-идеалистическая теор ия, согласно которой существует только человек и его сознание, а объективный мир существует лишь в сознании индивида.

Напрасно, однако, при этом А. Эйнштейн идентифи цировал лоренцево сокращение с релятиви стским «сокращением» длины. Лоренцево сокращение и релятиви стское «сокращение» длины хоть и записываются одной и той же формулой, но имеют совершенно разный смысл . Лоренцево сокращение длины было предложено в виде гипотез ы, объясняющей нулевой результат опыта Майкельсона – Морли. Эта гипотез а, несмотря на ее «экстраординарность» (по выражению Г. А. Лоренца), основывалась на неизвестных, но вполне вероятных физических причинах взаимодействия движущегося тела с неподвижным «эфиром». Предполагалось, что лоренцево сокращение – реальное сокращение длины любых движущихся сквозь «эфир» материальных тел, а не «результат» наблюдения, зависящий от скорости относительного движения этих тел и наблюдателей. Основой же релятиви стского «сокращения» длины явилось несуществующее реально релятиви стское «замедление» времени. Добавить можно только следующее: ни лоренцево сокращение, ни релятиви стское «сокращение» длины не наблюдаются на практике. И то, и другое «сокращения» не имеют никакого отношения к объяснению нулевого результата опыта Майкельсона – Морли.

Наиболее точно по поводу «реальности» существования релятиви стских «эффектов» высказался Луи де Бройль : «Кажущееся (здесь и ниже выделено автором) сокращение размеров сопровождается кажущимся замедлением хода часов. Наблюдатели, находящиеся, например, в системе координат А, изучая ход часов, движущихся вместе с системой В, обнаружат, что они отстают от их собственных часов, покоящихся в системе А. Иначе говоря, можно утверждать, что движущиеся часы идут медленнее неподвижных. Как показал Эйнштейн, это тоже одно из следствий преобразования Лоренца. Итак, кажущееся сокращение длин и замедление хода часов однозначно следует из новых определений пространства и времени, с которыми и связано преобразование Лоренца. И обратно, постул ируя сокращение размеров и замедление хода часов, можно получить формулы преобразования Лоренца» .

В своей жизни мы ежедневно сталкиваемся с кажущимися явлениями. Передвигаясь по улице, мы видим, что здания в перспективе не представляют собой прямоугольные параллелепипеды, каковыми являются на самом деле. Более близко расположенные части здания кажутся нам более высокими и более объемными. Но мы с детства знаем, что таковы законы перспективы и поэтому не считаем это явление реальностью. К этому пониманию нас привел опыт. Реальность для нас – строгая одинаковость высоты противоположных сторон прямоугольных параллелепипедов – стен зданий, подкрепленная результатами точных измерений, осуществленных в процессе строительства зданий. Представим себе, что нашелся бы «ученый», который заявил бы нам о том, что высота стен зданий, в которых мы проживаем, зависит от их удаления от любого наблюдателя – пешехода, идущего по улице. Думаю, что аплодировать этому «ученому» за такое «открытие» мы бы не стали, даже если бы он попытался уверить нас, что его заявление может быть «принципиально доказано физическими средствами ». Тогда почему мы уже 100 лет считаем реальностью не сами объекты наблюдения – материальные тела, существующие самостоятельно и независимо от нас, а подменяем их индивидуальными «представлениями» наблюдателей об этих материальных телах, якобы зависящими от скорости относительного движения? Даже если действительно оказалось бы, что измеренное значение какого-либо из параметров материального тела зависит от скорости движения неких наблюдателей относительно этого тела, то почему бы каждому из этих наблюдателей не ввести в результат измерений поправку, вычисленную по уравнению связи измеряемого параметра с относительной скоростью движения, и получить при этом единое для всех наблюдателей действительное значение параметра наблюдаемого материального тела? Именно так обычно поступают метрологи, вводя в результат измерений необходимые поправки, компенсирующие влияние кажущихся явлений, возникших по тем или иным причинам в процессе измерений. Этот простой способ позволяет им откорректировать получаемые результаты измерений и с максимальной точностью привести их в соответствие с единственной физической реальностью – материальным телом.

О чем же тогда свидетельствует масса известных экспериментов, в которых «регистрируется» несуществующее реально релятиви стское «замедление» времени? Ответ может быть один. В действительности экспериментаторы регистрируют не кажущееся замедление времени, а реальное замедление скорости протекания физических процессов, происходящих в материальных объектах, движущихся относительно нас с большими скоростями, сопоставимыми со скоростью света, или с большими ускорениями. Объективная причина реального увеличения длительности протекания некоторых наблюдаемых физических процессов, таких как, например, увеличение времени «жизни» быстро движущихся нестабильных частиц, должна быть связана с изменениями внутренней структуры этих частиц, возникающими вследствие изменений интенсивности их взаимодействия с «эфиром» при движении относительно него с субсветовой скоростью или большим ускорением. Сам собой напрашивается вывод, что сегодня мы введены в заблуждение случайным совпадением математических формул, полученных в СТО, с формулами, которые должны описывать объективно происходящие процессы, и для объяснения замедления скорости протекания физических процессов требуется иная теор ия.

Подведем итоги. «Барахтаясь» на перекате XІX – XX веков, физика «заглотала» красивую наживку в виде «принципа относительности» и намертво попалась на «стальной крючок» абсолюта скорости света. До сих пор общепризнанным считается тот факт, что СТО своевременно «вывела» физику из глубокого кризиса. Может быть и «вывела», но куда в результате «завела»? В «болото» солипсизма, доверху «заросшее» кажущимися явлениями, откуда не видно выхода.

Принцип относительности Эйнштейна и преобразования Лоренца

Одной из важнейших физических постоянных является скорость света в вакууме с, то есть скорость распространения электромагнитных волн в свободном от вещества пространстве. Эта скорость не зависит от частоты электромагнитных волн, и принятое сейчас ее начение равно с = 299 792 458 м/с.

В громадном большинстве случаев эту величину с достаточной точностью можно принять равной с = 3 108 м/с - погрешность при этом менее 0,001.

И именно «триста тысяч километров в секунду» для скорости света запоминается большинством из нас на всю жизнь. Напомним, что 300 000 км - это, по порядку величины, расстояние от Земли до Луны (точнее, 380 000 км).

Таким образом, радиосигнал с Земли достигает Луны через время немного большее, чем одна секунда.

Предположение о том, что свет распространяется не с бесконечной, а с конечной скоростью, высказывались за много столетий до того, как люди смогли доказать это экспериментально. Впервые это было сделано в XVII веке, когда астрономические наблюдения странных «нерегулярностей» в движении спутника Юпитера Ио удалось объяснить только на основе предположения о конечной скорости распространения света (кстати, эта первая попытка определить скорость света дала заниженный результат с ~ 214 300 км/с).

Вплоть до конца XIX столетия скорость света интересовала исследователей, главным образом, с точки зрения понимания природы электромагнитного излучения - физикам тогда было не ясно, могут ли электромагнитные волны распространяться в вакууме, или они распространяются в особой заполняющей пространство субстанции - эфире. Однако итогом исследования этой проблемы явилось открытие, перевернувшее все существовавшие до тех пор представления о пространстве и времени. В 1881 г. в результате знаменитых опытов американского ученого Альберта Майкельсона был

установлен удивительный факт - величина скорости света не зависит от того, относительно какой системы отсчета она определяется!

Этот опытный факт противоречит закону сложения скоростей Галилея, который мы рассматривали в предыдущей главе и который кажется очевидным и подтверждается нашими повседневными наблюдениями. Но свет не подчиняется этому естественному, казалось бы, правилу сложения скоростей - относительно всех наблюдателей, как бы они ни двигались, свет распространяется с одной и той же скоростью с = 299 793 км/с. И то, что распространение света - это движение электромагнитного поля, а не частиц,

состоящих из атомов, не играет здесь роли. При выводе закона сложения скоростей (9.2) не имела значения природа движущегося объекта.

И хотя невозможно отыскать что-либо подобное в накопленных нами ранее опыте и знаниях, тем не менее, мы должны признать этот опытный факт, помня, что именно опыт является решающим критерием истины. Вспомним, что мы сталкивались с подобной ситуацией в самом начале курса, когда обсуждали свойства пространства. Тогда мы отмечали, что представить себе кривизну трехмерного пространства нам - трехмерным существам -невозможно. Но мы поняли, что факт «наличия или отсутствия» кривизны можно установить опытным путем: измеряя, например, сумму углов треугольника.

Какие же изменения необходимо внести в наше понимание свойств пространства и времени? И как в свете этих фактов относиться к преобразованиям Галилея? Можно ли их изменить так, чтобы они по-прежнему не противоречили здравому смыслу при их применении к привычным движениям окружающих нас тел и в то же время не противоречили факту постоянства скорости света во всех системах отсчета?

Принципиальное решение этих вопросов принадлежит Альберту Эйнштейну, создавшему в начале XX в. специальную теорию относительности (СТО), связавшую необычный характер распространения света с фундаментальными свойствами пространства и времени, проявляющимися при движениях со скоростями, сравнимыми со скоростью света. В современной физической литературе ее чаще называют просто релятивистской механикой.

Впоследствии Эйнштейн построил общую теорию относительности (ОТО), где исследуется связь свойств пространства и времени с гравитационными взаимодействиями.

Основу СТО составляют два постулата , которые носят название принципа относительности Эйнштейна и принципа постоянства скорости света .

Принцип относительности Эйнштейна является обобщением принципа относительности Галилея, рассмотренного в предыдущей главе, на все без исключения (а не только механические) явления природы. Согласно этому принципу, все законы природы одинаковы во всех инерциальных системах отсчета. Принцип относительности Эйнштейна можно сформулировать следующим образом: все уравнения, выражающие законы природы, инвариантны по отношению к преобразованиям координат и времени от одной инерциальной системы отсчета к другой. (Напомним, что инвариантностью

уравнений называется неизменность их вида при замене в них координат и времени одной системы отсчета координатами и временем другой). Понятно, что в соответствии с эйнштейновым принципом относительности никакими вообще опытами нельзя установить, движется «наша» система отсчета с постоянной скоростью или она неподвижна, точнее говоря, между этими состояниями нет никакого различия. Галилей эту невозможность постулировал в принципе только для механических опытов.

Принцип постоянства (точнее, инвариантности) скорости света утверждает, что скорость света в пустоте одинакова для всех инерциальных систем отсчета. Как мы вскоре убедимся, из этого следует, что с - максимальная из всех возможных физических скоростей.

Оба постулата являются отражением опытных фактов: скорость света не зависит от движения источника или приемника; она не зависит также от движения системы отсчета, в которой производятся эксперименты по ее измерению. В принципе относительности это отражено в признании того факта, что не только механические, но и электромагнитные (распространение света) явления, подчиняются во всех инерциальных системах отсчета

одним и тем же законам.

Из сформулированных выше положений вытекает ряд важных выводов, касающихся свойств пространства и времени. Прежде всего, из них следуют новые правила перехода от одной инерциальной системы отсчета к другой, в рамках которых «очевидные» преобразования Галилея являются лишь некоторым частным случаем, реализуемым только при движениях со скоростями, много меньшими с. Для определения этих новых правил рассмотрим свет, распространяющийся от точечного источника, расположенного в начале неподвижной системы отсчета К (рис. 10.1 а).

Распространение света можно представить как распространение светового фронта, имеющего форму сферической поверхности в системе отсчета, относительно которой источник света неподвижен. Но согласно принципу относительности Эйнштейна световой фронт должен быть сферическим также и тогда, когда он наблюдается в системе отсчета, находящейся в равномерном и прямолинейном движении относительно источника.

Рис. 10.1 Свет, распространяющийся от точечного источника, расположенного в начале неподвижной системы отсчета К световой фронт должен быть сферическим также и тогда, когда он наблюдается в системе отсчета, находящейся в равномерном и прямолинейном движении относительно источника.

Из этого условия мы и определим сейчас, каковы должны быть правила преобразования координат и времени при переходе от одной инерциальной системы к другой.

Если источник света находится в начале координат системы отсчета К, то для света, испускаемого в момент t = 0, уравнение сферического светового фронта имеет вид

x 2 + у 2 + z 2 = (ct) 2 (10.1)

Это уравнение описывает сферическую поверхность, радиус которой R = ct

увеличивается во времени со скоростью с.

Координаты и время, измеряемые наблюдателем в движущейся системе отсчета К", обозначим буквами со штрихами: х", у", z", t" . Положим, что начало отсчета времени t" совпадает с началом отсчета t и что в этот совпадающий нулевой момент времени начало координат системы К1 совпадает с положением источника света в системе К. Пусть, для определенности, система К" движется в направлении +х с постоянной скоростью V относительно системы К (рис. 10.1 б).

Как мы уже говорили, согласно второму постулату Эйнштейна, для наблюдателя в «штрихованной» системе световой фронт должен быть также сферическим, то есть уравнение светового фронта в движущейся системе должно иметь вид

x" 2 + у" 2 + z" 2 =c 2 t" 2 (10.2)

причем величина скорости света с здесь та же, что и в системе отсчета К. Таким образом, преобразования координат и времени от одной нашей системы отсчета к другой обязаны обладать таким свойством, что, например, после замены с помощью этих преобразований в (10.2) «штрихованных» величин на «не штрихованные» мы должны вновь получить уравнение сферического фронта (10.1).

Легко убедиться, что преобразования Галилея (9.3) не удовлетворяют этому требованию. Напомним, что эти преобразования связывают координаты и время в двух разных системах отсчета следующими соотношениями:

х" = х - Vt, у" = у, z" = z, t" = t. (10.3)

Если мы подставим (10.3) в (10.2), то получим

х 2 - 2xVt + V 2 t 2 + у 2 + z 2 = c 2 t 2 , (10.4)

что, конечно, не согласуется с уравнением (10.1). Какими же должны быть новые преобразования? Во-первых, так как все системы равноправны, переход из некоторой системы в любую другую должен описываться одними и теми же формулами (со своим значением V), а двукратное применение преобразований с заменой на втором шаге +V на

V должно возвращать нас в исходную систему. Таким свойством могут обладать только линейные по х и t преобразования. Бесполезно испытывать для этого соотношения типа

х" = x l/2 t 1/2 , х" = sin x

или им подобные.

Во-вторых, при V/с -> 0 эти преобразования должны переходить в преобразования Галилея, справедливость которых для малых скоростей не может быть подвергнута сомнению.

Из уравнения (10.4) ясно видно, что мы не можем оставить без изменения преобразование t" = t, если хотим уничтожить в этом уравнении нежелательные слагаемые -2xVt + V 2 t 2 , потому что для их уничтожения необходимо обязательно что-то прибавить к t.

Попробуем сначала преобразование вида:

x" = x-Vt, y" = y, z"= z, t" = t + bx, (10.5)

где b - постоянная, значение которой надо определить. Тогда уравнение (10.2) принимает вид

х 2 - 2Vxt + V 2 t 2 +y 2 + z 2 = c 2 t 2 + 2c 2 bxt + c 2 b 2 x 2 . (10.6)

Заметим, что члены в левой и правой частях равенства, содержащие произведение xt, взаимно уничтожаются, если принять

b= -V/c 2 , или t"= t-Vx/c 2 . (10.7)

При этом значении b уравнение (10.6) можно переписать следующим образом:

x 2 (1 - V 2 /с 2) + у 2 + z 2 = c 2 t 2 (l - V 2 /с 2) . (10.8)

Это уже ближе к уравнению (10.1), но еще остается нежелательный множитель 1 - (V 2 /с 2), на который умножаются х 2 и t 2 .

Мы можем исключить и этот множитель, если окончательно запишем преобразование координат и времени в следующем виде:

Это и есть знаменитые преобразования Лоренца, названные по имени голландского физика-теоретика Хендрика Лоренца, который в 1904 году вывел формулы (10.9) и тем самым подготовил переход к теории относительности.

Нетрудно проверить, что при подстановке (10.9) в уравнение (10.2) преобразования Лоренца, как и должно быть, преобразуют это уравнение в уравнение сферической поверхности (10.1) в неподвижной системе координат. Также легко убедиться, что при

V/с -> 0 преобразования Лоренца переходят в преобразования Галилея (9.2).

10.2. Следствия из преобразований Лоренца. Сокращение длины и замедление времени

Из преобразований Лоренца вытекает ряд необычных с точки зрения ньютоновой механики следствий.

Длина тел в разных системах отсчета. Рассмотрим стержень, расположенный вдоль оси х и покоящийся относительно системы отсчета К" (рис. 10.2). Длина его в этой системе равна l 0 = x" 2 - x" 1 где x" 1 и x" 2 - не изменяющиеся со временем t" координаты концов стержня. Относительно системы К стержень движется вместе со штрихованной системой со скоростью v. Для определения его длины в этой системе нужно отметить

Рис. 10.2 системы отсчета К, К" . Относительно системы К стержень движется вместе со штрихованной системой со скоростью v

координаты концов стержня х 1 и x 2 в один и тот же момент времени t 1 = t 2 = t. Разность этих координат l= x 2 – х 1 даст длину стержня, измеренную в системе К. Чтобы найти соотношение между l 0 и l, следует взять ту из формул преобразований Лоренца, которая содержит x", х и t, то есть первую из формул (10.9). Согласно этой формуле,

откуда получаем

или окончательно

Таким образом, длина стержня l, измеренная в системе, относительно которой он движется, оказывается меньше «собственной» длины l 0 , измеренной в системе, относительно которой стержень покоится. Поперечные размеры стержня в обеих системах одинаковы. Итак, для неподвижного наблюдателя размеры движущихся тел в направлении их движения сокращаются, и тем больше, чем больше скорость движения.

Длительность процессов в разных системах отсчета. Пусть в некоторой точке, неподвижной относительно движущейся системы К", происходит

какой-то процесс, длящийся время At 0 = t" 2 - t" 1 . Это может быть работа какого-либо прибора или механизма, колебание маятника часов, какое-нибудь изменение в свойствах тела и так далее. Началу процесса соответствует в этой системе координата х" = а и момент времени t" 1 , концу - та же самая координата х" 2 = х" 1 = а и момент времени t" 2 Относительно системы К точка, в которой происходит процесс, перемещается. Согласно формулам (10.9),

началу и концу процесса в системе К соответствуют моменты времени

откуда получаем

Введя обозначения t 2 - t 1 = At, получим окончательно:

В этой формуле ∆t 0 - длительность процесса, измеренная по часам в движущейся системе отсчета, где тело, с которым происходит процесс, покоится. Промежуток At измерен по часам системы, относительно которой тело движется со скоростью v. Иначе можно сказать, что ∆t определено по часам, которые движутся относительно тела со скоростью v. Как следует из (10.11), промежуток времени ∆t 0 , измеренный по часам, неподвижным относительно тела, оказывается меньше, чем промежуток времени At, из-

измеренный по часам, движущимся относительно тела.

Заметим, что для релятивистских множителей (Лоренц-факторов) движущейся со скоростью V системы отсчета и/или движущейся со скоростью v частицы приняты обозначения

Г = 1/√(1 - V 2 /с 2)

и соответственно

γ = 1/√(1 - v 2 /с 2).

Если это не приводит к путанице, для обеих величин употребляется обозначение γ

Рассматривая протекание процесса из системы X, можно определить ∆t как его длительность, измеренную по неподвижным часам, a ∆t 0 - как длительность, измеренную по часам, движущимся со скоростью v. Согласно (10.11),

∆t 0 < ∆t

поэтому можно сказать, что движущиеся часы идут медленнее , чем покоящиеся часы (имеется, конечно, в виду, что во всем, кроме скорости движения, часы совершенно идентичны).

Время ∆t 0 , отсчитанное по часам, движущимся вместе с телом, называется «собственным временем» этого тела. Как видно из (10.11), собственное время всегда меньше, чем время, отсчитанное по часам, движущимся относительно тела.

Эффект замедления времени симметричен по отношению к обоим рассматриваемым часам: для обоих наблюдателей из разных систем отсчета часы движущегося относительно него наблюдателя будут идти медленнее. Замедление времени является объективным следствием преобразований Лоренца, которые, в свою очередь, являются следствием постоянства скорости света во всех системах отсчета. Необходимо подчеркнуть то обстоятельство, что релятивистские эффекты отнюдь не умозрительны. На сегодняшний день СТО с очень хорошей точностью подтверждена экспериментально. Разумеется, при V/c ->> 0 формулы (10.10), (10.11) преобразуются к тривиальному

нерелятивистскому пределу. Для наблюдения нетривиальных эффектов необходимо исследовать объекты с V ~ с.

Примерами могут служить явления, наблюдаемые при изучении элементарных частиц. Одним из наиболее наглядных опытов, подтверждающих соотношение (10.11), является наблюдение в составе космических лучей одного из видов элементарных частиц, именуемых мюонами. Эти частицы нестабильны - они самопроизвольно распадаются на другие элементарные частицы. Время жизни мюонов, измеренное в условиях, когда они

неподвижны (или движутся с малой скоростью), равно примерно 2 10 -6 с. Казалось

бы, даже двигаясь почти со скоростью света, мюоны могут пройти от момента своего рождения до момента распада лишь путь, равный примерно 3 10 8 м/с) (2 10 -6 с) = 600 м. Однако наблюдения показывают, что мюоны, образуясь в космических лучах в верхних слоях атмосферы на высоте 20-30 км, успевают, тем не менее, в большом количестве достигнуть земной поверхности. Это объясняется тем, что 2*10 -6 с - собственное время жизни мюона, то есть время, измеренное по часам, которые бы «двигались вместе с

ним». Время, отсчитанное по часам экспериментатора, связанного с поверхностью Земли, оказывается гораздо большим из-за того, что скорость мюонов близка к скорости света. Поэтому не удивительно, что экспериментатор наблюдает пробег мюона, значительно превышающий 600 м. Интересно рассмотреть этот эффект с точки зрения наблюдателя, «движущегося вместе с мюоном». Для него расстояние, пролетаемое до поверхности Земли, сокращается до 600 м в соответствии с формулой (10.10), так что мюон успевает

пролететь его за 2 10 -6 с, т. е. за «собственное время жизни».

Наиболее впечатляющее следствие преобразований Лоренца -относительность одновременности разнесенных в пространстве событий . Если два события А и В произошли одновременно в одной точке пространства, то в любой системе координат t A =t B . Конкретные значения, например, t A и t" A могут быть различными, но в каждой системе останется справедливым равенство t" A = t" B . Если же при t A = t B окажется, что

х А ≠ х в, то в любой другой системе, как это с очевидностью следует из преобразований Лоренца, t A ≠t B .

Почему это обстоятельство до Эйнштейна оставалось незамеченным? До Эйнштейна явно или неявно сохранялось представление о существовании абсолютного пространства и абсолютного времени. Но если нет абсолютной системы отсчета, нет и абсолютной одновременности. Исчезает не только абсолютное пространство, исчезает и абсолютное время, которое, по Ньютону, течет «всегда одинаково, безотносительно к чему-либо внешнему». Время СТО зависит от системы отсчета. Зависит от системы отсчета и промежуток времени между двумя событиями, и расстояние между двумя точками. В механике Галилея-Ньютона координаты точек зависят от системы отсчета, но расстояние между точками А и В

(х А - x B) 2 + (у А - у в) 2 + (z A - z B) 2 = l 2

от системы не зависит. В механике СТО эта величина перестает быть инвариантом. Независимым от системы отсчета становится интервал между событиями, определяемый соотношением

s 2 AB = c 2 (t A - t B) 2 - (х А - x B) 2 + (у А - у в) 2 + (z A - z B) 2 .

Время становится в один ряд с пространственными координатами или, как сказал Г. Минковский, «пространство само по себе и время само по себе погружаются в реку забвения, а остается жить лишь своеобразный их союз». Это проявляется особенно наглядно, если, следуя Минковскому, в качестве четвертой координаты выбрать не t, как таковое, a ict. Тогда интервал запишется в симметричной форме:

He следует, однако, воспринимать четырехмерное пространство Минковского как простой аналог нашего трехмерного мира. Все же четвертая координата сохраняет важнейшее отличие от трех остальных - однонаправленность, которой, в частности, обусловлены

причинно-следственные связи. Путешествие вспять во времени как было, так и остается невозможным.

Ввиду того, что по Лоренцу, в отличие от Галилея, преобразуется, кроме координат, и время, заметно меняется закон сложения скоростей. Если в системе К тело движется со скоростью v, имеющей составляющие по осям координат v x v y v z а система К" движется со скоростью V вдоль оси x, для составляющих скорости тела в системе К" получаем

С учетом того, что

Хотя координаты у" и z" равны соответственно у и z, составляющие скорости

по этим осям в разных системах различны, так как различаются темпы течения времени.

Не представляется неожиданным факт, что если v x по модулю равна скорости света - с, то эта величина не изменится при переходе в любую другую систему отсчета. Ведь именно инвариантность скорости света является критерием справедливости преобразований Лоренца.

Принцип инвариантности скорости света гласит: скорость распространения электромагнитных возмущений в вакууме имеет одно и то же значение в любой инерциальной системе отсчета. Естественно, это имеет место быть и в отношении электромагнитных волн вообще и лучей видимого света в частности.

Скорость света

С какой бы скоростью мы не двигались по отношению к световому лучу, измеряемая нами скорость света будет одной и той же, что в корне противоречит принципам классической механики. То есть имеет место сразу два важнейших утверждения:

• Скорость света – есть величина конечная. Она примерно равна 299 792 458 метрам в секунду. Величина огромная и интуитивно невообразимая.
• Скорость света не зависит от выбора инерциальной системы отсчета, в которой измеряется.

Скорость света в веществе отлична от скорости света в вакууме и в разных средах имеет разное значение. Теоретическое обоснование конечности скорости света было получено еще в работах Лоренца. Однако оно не было никак акцентировано. Пуанкаре осознавал это вполне твердо, но не видел в этом ничего особенного. Эйнштейн впервые обратил внимание на этот важнейший физический принцип и на его многочисленные следствия. К тому же времени подоспели результатов опыты Майкельсона, экспериментально подтверждающие правильность тезиса. Преобразования Лоренца выводятся из требования инвариантности уравнений Максвелла при переходе из одной инерциальной системы в другую. Выглядят они так:

Рассматривая квадратный корень в знаменателе, мы обнаруживаем, что при v > c его значение перестает выражаться действительным числом. Это не имеет физического смысла, а, значит, v < c, причем случай v = c, также не реализуется из-за деления на ноль.

Эксперимент Майкельсона-Морли 1887 относится к классическим экспериментам в физике. Изобретенный Майкельсоном двухлучевой интерферометр давал возможность непосредственно измерить длину световой волны. Целью эксперимента было выяснение зависимости скорости света относительно движения нашей планеты относительно гипотетической среды, называемой эфиром. Цель его так и не была достигнута, так как все измерения давали для скорости одно и то же значение. Опыты Майкельсона неоднократно подвергались критике, однако их результат были легко воспроизводимы и выглядели обескураживающими. Они нашли себе объяснение в специальной теории относительности Эйнштейна.

А пуд как был - он так и есть, шестнадцать килограмм.
М. Танич (из песни к к/ф «Таинственный монах»)

Специальная теория относительности (СТО), несомненно, самая знаменитая из физических теорий. Популярность СТО связана с простотой её основных принципов, поражающей воображение парадоксальностью выводов и её ключевым положением в физике ХХ века. СТО принесла небывалую славу Эйнштейну, и эта слава стала одной из причин неустанных попыток ревизии теории. В среде профессионалов споры вокруг СТО прекратились уже более полувека назад. Но и по сей день редакции физических журналов постоянно осаждают любители, предлагающие варианты пересмотра СТО. И, в частности, второго постулата, утверждающего постоянство скорости света для всех инерциальных систем отсчёта и её независимость от скорости источника (проще говоря, в какую бы сторону от наблюдателя и с какой бы скоростью ни двигался наблюдаемый объект, посланный с него световой луч имел бы всё ту же скорость, приблизительно равную 300 тысячам километров в секунду, не больше и не меньше).

Критики СТО, например, утверждают, что скорость света вовсе не постоянна, а меняется для наблюдателя в зависимости от скорости источника (баллистическая гипотеза) и лишь несовершенство измерительной техники не позволяет доказать это экспериментально. Баллистическая гипотеза восходит к Ньютону, рассматривавшему свет в виде потока частиц, скорость которых снижается в преломляющей среде. Этот взгляд возродился с появлением фотонной концепции Планка-Эйнштейна, что придавало убедительную наглядность идее сложения скорости света со скоростью источника по аналогии со скоростью снаряда, вылетающего из движущейся пушки.

В наше время подобные наивные попытки пересмотра СТО в серьёзные научные издания попасть конечно же не могут, зато переполняют СМИ и интернет, что весьма печально сказывается на состоянии умов массового читателя, включая школьников и студентов.

Нападки на теорию Эйнштейна - как в начале прошедшего столетия, так и теперь - мотивируются разночтениями в оценке и трактовке результатов экспериментов по измерению скорости света, первый из которых, к слову, был проведён ещё в 1851 году выдающимся французским учёным Арманом Ипполитом Луи Физо. В середине прошедшего столетия это побудило тогдашнего президента Академии наук СССР С. И. Вавилова озаботиться разработкой проекта демонстрации независимости скорости света от скорости источника.

К тому времени постулат о независимости скорости света прямо подтверждался только астрономическими наблюдениями двойных звёзд. По идее голландского астронома Виллема де Ситтера, если скорость света зависит от скорости источника, траектории движения двойных звёзд должны были бы качественно отличаться от наблюдаемых (согласующихся с небесной механикой). Однако этот аргумент встретил возражение, связанное с учётом роли межзвёздного газа, который в качестве преломляющей среды рассматривался как вторичный источник света. Критики утверждали, что свет, испущенный вторичным источником, «теряет память» о скорости первичного источника по мере распространения в межзвёздной среде, потому что фотоны источника поглощаются, а затем переизлучаются средой вновь. Поскольку данные об этой среде известны лишь с очень большими допущениями (как и абсолютные значения расстояний до звёзд), такая позиция позволяла подвергнуть сомнению большинство астрономических доказательств постоянства скорости света.

С. И. Вавилов предложил своему докторанту А. М. Бонч-Бруевичу спроектировать установку, в которой источником света стал бы пучок быстрых возбуждённых атомов. В процессе детальной проработки плана эксперимента оказалось, что шансов на надёжный результат нет, поскольку техника того времени не позволяла получить пучки нужной скорости и плотности. Эксперимент не был осуществлён.

С тех пор различные попытки экспериментального доказательства второго постулата СТО предпринимались неоднократно. Авторы соответствующих работ приходили к выводу о справедливости постулата, что, однако, не прекращало потока критических выступлений, в которых либо выдвигались возражения против идей экспериментов, либо ставилась под сомнение их точность. Последнее было связано, как правило, с незначительностью достижимой скорости источника излучения по сравнению со скоростью света.

Однако сегодня физика обладает инструментом, позволяющим вернуться к предложению С. И. Вавилова. Это синхротронный излучатель, где очень ярким источником света служит сгусток электронов, двигающийся по искривлённой траектории со скоростью, практически неотличимой от скорости света с . В таких условиях легко померить скорость испущенного света в безукоризненном лабораторном вакууме. По логике сторонников баллистической гипотезы эта скорость должна быть равна удвоенной скорости света от неподвижного источника! Обнаружить такой эффект (в случае его существования) не составило бы труда: достаточно просто измерить время прохождения световым импульсом мерного отрезка в вакуумированном пространстве.

Разумеется, для профессиональных физиков нет никаких сомнений в ожидаемом результате. В этом смысле опыт бесполезен. Однако прямая демонстрация постоянства скорости света имеет большую дидактическую ценность, ограничивая почву для дальнейших спекуляций о недоказанности основ теории относительности. Физика в своём развитии постоянно возвращалась к воспроизведению и уточнению основополагающих экспериментов, осуществляемых с новыми техническими возможностями. В данном случае не ставится цель уточнить скорость света. Речь идёт о восполнении исторической недоработки в экспериментальном обосновании истоков СТО, что должно облегчить восприятие этой достаточно парадоксальной теории. Можно сказать, что речь идёт о демонстрационном опыте для будущих учебников физики.

Такой опыт недавно осуществлён группой российских учёных в Курчатовском центре синхротронного излучения НИЦ КИ. В экспериментах в качестве импульсного источника света использовался источник синхротронного излучения (СИ) - накопитель электронов «Сибирь-1». СИ электронов, разогнанных до релятивистских скоростей (близких к скорости света), имеет широкий спектр от инфракрасного и видимого до рентгеновского диапазона. Излучение распространяется в узком конусе по касательной к траектории электронов по каналу отведения и выводится через сапфировое окно в атмосферу. Там свет собирается линзой на фотокатод быстрого фотоприёмника. Пучок света на пути в вакууме мог перекрываться стеклянной пластиной, вводимой с помощью магнитного привода. При этом по логике баллистической гипотезы свет, до того предположительно имевший удвоенную скорость 2с , после окна должен был обрести обычную скорость с .

Электронный сгусток имел длину около 30 см. Проходя мимо окна отведения, он порождал в канале импульс СИ длительностью около 1 нс. Частота обращения сгустка по кольцу синхротрона составляла ~34,5 МГц, так что на выходе фотоприёмника наблюдалась периодическая последовательность коротких импульсов, которую регистрировали с помощью скоростного осциллографа. Импульсы синхронизировались сигналом высокочастотного электрического поля той же частоты 34,5 МГц, компенсирующим потери энергии электронов на СИ. Сравнивая две осциллограммы, полученные при наличии в пучке СИ стеклянного окна и при его отсутствии, можно было измерить отставание одной последовательности импульсов от другой, вызванное гипотетическим снижением скорости. При длине 540 см участка канала отведения СИ от вводимого в пучок окна до выхода в атмосферу снижение скорости света от 2с до с должно было привести к временнoму сдвигу 9 нс. На опыте никакого сдвига не наблюдалось с точностью порядка 0,05 нс.

В дополнение к опыту провели и прямое измерение скорости света в канале отведения путём деления длины канала на время распространения импульса, что привело к значению всего на 0,5% ниже табличной скорости света.

Итак, результаты эксперимента оказались, разумеется, ожидаемыми: скорость света не зависит от скорости источника в полном соответствии со вторым постулатом Эйнштейна. Новым стало то, что впервые его подтвердили прямым измерением скорости света от релятивистского источника. Едва ли этот эксперимент прекратит наскоки на СТО со стороны ревнивцев славы Эйнштейна, однако он существенно ограничит поле новых претензий.

Детали эксперимента описаны в статье , которая будет опубликована в одном из ближайших номеров журнала «Успехи физических наук».

См. также:
Е. Б. Александров. , «Химия и жизнь», №3, 2012 (более подробно об этом эксперименте).

Показать комментарии (98)

Свернуть комментарии (98)

Ну, наконец-то!
Жаль только, что все равно набегут невежественные горлопаны и будут орать что весь этот опыт сплошное надувательство, ничего не доказывает и, вообще, Эйенштейн придумал свою дурацкую теорию только для того чтобы ученые смогли вытянуть из них, тупых обывателей, побольше денег, или не дать гениям-самородкам положенной им славы за нарисованный кривой ручкой чертеж сверхсветового звездолета. :)

Ответить

Именно. Особенно глупо подобное поведение, если учесть, что даже в "теории эфира" формулы СТО остаются теми же - происходит искажение размеров тел четко "по Эйнштейну", в зависимости от скорости, аналогично замедляется интенсивность любых процессов, и тоже в точности по формуле о замедлении времени, а с учетом того, что существует предельная скорость распространения сигнала (в теории эфира рассматривается обменный принцип взаимодействия именно с этой скоростью, за счет чего наблюдается и сокращение длины, и замедление процессов), расстояние приходится мерить по половине времени прохождения светового пучка "туда-обратно". Именно эти три казуса: искажение длины, изменение интенсивности процессов ("кривые" линейки, отстающие часы) и вынужденный способ определения расстояний "по свету" и приводит к тому, что изнутри эфира ни определить нулевую, абсолютную систему отсчета, ни обнаружить изменение скорости самого света не представляется возможным. Действует таким образом релятивистский принцип сложения скоростей, наблюдается эффект "увеличения массы" (при реактивном разгоне, к примеру, система с автоматически замедляющимися процессами никогда не сможет превысить скорость света - для стороннего наблюдателя в инерциальной системе это будет выглядеть, как эффект наращивания массы, причем тоже в абсолютном соответствии с формулами из теории относительности).

Забавный казус, в самом деле. Наблюдается практически полное совпадение математической базы двух теорий - однако сторонники одной из них то и дело возникают против очевидности, пытаются искать те же отклонения в скорости света. И это даже при том, что уже давно на примере квантовой жидкости - жидкого гелия - наглядно продемонстрирован ряд эффектов из СТО! Господа кэфирщики. Успокойтесь и возрадуйтесь - изменение скорости света обнаружить нельзя даже в Вашей теории. А если планете непосчастливится наткнуться на эфирный поток - то ее просто разорвет на клочки, причем релятивисты опишут явление, прежде чем погибнут со всеми, как "разрыв метрики пространства-времени в высших измерениях", и доказать даже в смертный час, кто прав, все равно не удастся.

Ответить

• • Уточню: эту заметку я уже читал. ДО своего сообщения. И в ней речь шла не об отклонении скорости света, а об отклонении скорости НЕЙТРИНО от скорости света. Улавливаете разницу?;)

    Кстати, если предположение подтвердится и найдется способ обмена сигналами со скоростью большей световой, нулевая, "абсолютная" система координат будет определена со всей очевидностью - в виду уже изложенного в моем комментарии. Правда, пока для меня эксперимент с нейтрино все же сомнителен. Ждем подтверждений или опровержений от иных лабораторий!

    Ответить

    Я имел ввиду заметку о слежении за геостационарным спутником. К сверхсветовому нейтрино я отношусь более, чем спокойно. Во-первых - существование именно мюонного нейтрино было предсказано достаточно давно, во-вторых - скорость фотона измерена первой именно потому, что человек воспринимает их непосредственно. Открытие элементарных частиц со скоростью, значительно превосходящей скорость света - дело времени. Это моя частная точка зрения. Хотя бы потому, что инструментарий человека расширился довольно прилично.

    Ответить

    • За спутником? Не читал... Надо будет глянуть:)
      А насчет частиц - будем ждать. Забавно, если окажется, что мы - лишь "лоренцевские рыбки", плавающие в заурядном мультивселенском пруду с конкретной скоростью распространения базовых взаимодействий. А потому искажаемся в зависимости от скорости по местным преобразованиям Лоренца, меряем часами, отстающими по ним же, и потому не можем выяснить ни скорости относительно собственного пруда, ни собственных искажений-замедлений (а как, если все наши часы и линейки глючат вместе с нами?). Да, частицы, движущиеся быстрее стандартных возмущений нашего "водоема" помогут нам его обсчитать. Но пока... Пока все слишком смутно и зыбко - а потому теория о кривизнах пространства-времени, метрическом тензоре, многомерном интервале в пространстве Миньковского имеет не меньшие основания.

      Ответить

      • Так каково всё-таки Ваше отношение к измерениям параметров движения Земли и Солнечной системы? Или измеряли-таки "господа кэфирщики" с "глючными линейками"? Ваша точка зрения не даёт Вам права излагать её с презрением к оппонентам. Всего несколько секунд назад, по геологическим меркам, Вас за Ваши взгляды сначала вздёрнули бы на дыбу, что бы заставить от них отказаться, а потом на виселицу, что бы не передумали. Наука не стоит на месте, и вращение Земли вокруг Солнца, и законы Ньютона стали всего лишь частными случаями. Вполне вероятно, что и ОТО Эйнштейна ожидает то же самое.

        Ответить

        • Это смотря относительно чего... Понимаете ли - когда речь идет о энергетических средах в пространстве, будь то привычная материя или измерение частоты тех или иных излучений, поступающих под разными углами к наблюдателю - то это и измерение относительно них, а не относительно абсолютной системы. А что касаемо именно ее... То тут - да. В теории эфира мы имеем искажение линеек, изменение скорости процессов и некую максимальную скорость распространения сигналов, что в совокупности приводит к тому, что движущееся относительно эфира тело мало того что не чувствует своего сокращения, так ему еще и кажется, что ДАЖЕ ПОКОЯЩЕЕСЯ относительно эфира тело сокращается "по Лоренцу" в соответствие с той же скоростью. В теории относительности исходно считаем, что абсолютной системы нет вовсе, а все вариации параметров пространства-времени лишь следствие инвариантности при переходах между инерциальными системами отсчета. Более глубокий анализ двух теорий продолжает выявлять полную аналогию матаппарата двух теорий, что не позволяет лично мне предпочесть любую из них. Разве что теория эфира кажется чуть более красивой, поскольку имеет вполне материальные аналогии (те же эксперименты в жидком гелии), а потому не требует дополнительных предположений об операциях непосредственно с пространственно-временными координатами.

          В принципе, разделение теорий, конечно, возможно. Но пока данные крайне смутные и малодостоверные - эксперимент со "сверхсветовыми" нейтрино требуют подтверждения от иных, независимых лабораторий, эксперименты по энергетическим спектрам "поползут" лишь при энергиях порядка планковских, до чего даже БАКу - как пылесосу до БАКа. Нет, господа что кэфирщики, что релятивисты - простите, пока Вы для меня - лишь однофигственные толкователи единого матаппарата. Оно, конечно, интересно. Но я рад, что это - не мои проблемы:)))

          Ответить

          • Так ведь и в теории относительности далеко не всё относительно друг друга. Например, нельзя предположить, что мы движемся навстречу лучу света со световой скоростью, в то время, как он стоит на месте.

            Ответить

            Почему? Как раз этот момент рассмотрен полностью и исчерпывающе (для теории относительности, естественно): если ты движешься РОВНО со скоростью света, то время твое стоит, скорость любых процессов в тебе для любого внешнего наблюдателя со скоростью чуть меньше - абсолютный ноль и ты НИКОГДА, НИЧЕГО не сможешь определить. Но если твоя скорость хоть самое чуть отличается от скорости света, то встречный поток даже инфракрасного излучения для тебя - жесткий ультрафиолет, а то и похуже, и падает оно на тебя ровно со скоростью света по принципу релятивистского сложения скоростей.

            На всякий случай: в теории эфира если ты движешься ровно со скоростью света, твои частицы не обмениваются вовсе никакими сигналами (они просто не успевают дойти от одной частицы до другой, так как сигналы распространяются в эфире со скоростью "с", но и частицы уже движутся со скоростью "с"). Соответственно, скорость любых процессов в Вас - ноль, но это лишь в случае однородного эфира. При наличии характерного планковского размера дискретизации эфира Вы вообще не сможете приблизиться к "с" вплотную: когда размеры межчастичных связей в Вас будут приближены к этому масштабу, характер взаимодействий неизбежно изменится, "поползут" спектры атомов и молекул, что скорее всего приведет к их разрушению и Вашей гибели. Но если Вы отдалитесь от скорости света хотя бы на триллионные доли процента, то увидите ровно то же, что и в теории относительности: жесточайший ультрафиолет, движущийся Вам навстречу со все той же скоростью света. Не забывайте: Вы меряете расстояния кривыми линейками, меряете время отстающими часами и синхронизируете часы, размечаете линейки все по тому же принципу излучения-возврата светового сигнала... Такова грустная правда.

            Ответить

Вообще-то у оппонентов ОТО Эйнштейна есть ещё и версия того, что испускаемый движущимся источником свет удаляется от источника не со складывающейся со скоростью источника, а с вычитающейся. Т.е., если источник излучения движется со скоростью 150 000 км/сек, то излучаемый им свет будет удаляться от него примерно с той же скоростью, а не вдвое выше, как указывал уважаемый мэтр. Как раз это обстоятельство объясняет пример с двойными звездами, не отрицая абсолютного постоянства скорости света. Автору статьи не мешало бы поменьше высокообразованной иронии, поскольку истина только тогда становится единственно верной, когда доказана несостоятельность остальных. А с опровержением этого предположения у физиков полный крах. Пока.

Ответить

• Интересно, а откуда источник знает, что он движется со скоростью 150 000 км/сек? Чтобы "правильно" излучить свет?
  Запустим два стеклянных спутника заранее, вдоль одной линии. Один будет удаляться 150 000 км/с, а второй развернется и будет приближаться с той же скоростью. С какой скоростью будет удаляться от нас свет?

  Ответить

  • Я далеко не специалист в этом вопросе. Все мои познания почерпнуты из научно-популярной литературы, поэтому мне трудно судить, кто более прав. Что касается Вашего вопроса - "мы", как я понимаю, находимся в одном из стеклянных спутников. Поскольку скорость в задаче близка к световой, значит и система отсчёта времени далеко не земная, поэтому и воспринимаемая скорость окружающих предметов не укладывается в земные рамки. Об этом также трудно судить, как если попытаться со стороны понаблюдать, с какой скоростью свет удаляется от одного спутника и с какой приближается к другому. Я думаю, что парадокс течения времени и не позволил Эйнштейну создать единую теорию поля.

    Ответить

    • Нет, мы находимся на Земле, откуда запускаем спутники и светим на них.
      Как Вы написали вначале,
      >испускаемый движущимся источником свет удаляется от источника не со складывающейся со скоростью источника, а с вычитающейся
      Для спутника, летящего навстречу, наш источник должен испустить свет с 300 000 - 150 000 = 150 000 км/c
      Для удаляющегося, по-видимому, 450 000 км/с (сам спутник летит 150 000, а наш свет должен настигать его со скоростью 300 000 км/с)
      Вот такое противоречие возникает с "вычитанием", очевидное и неспециалисту. Получается, не у физиков крах, а у оппонентов.

      Ответить

      • Видимо, Вы невнимательно прочитали ключевые фразы о другой системе отсчёта времени.
        Лет около 25 назад мне подарили книгу какого-то зарубежного автора о теории относительности и о жизни Эйнштейна с комментариями зарубежных же специалистов. К великому моему огорчению, автора я не помню, а книга давно утеряна. В ней описаны слова Эйнштейна, как он пришёл к пониманию теории относительности. Он часто думал, что такое свет, ведь он отвечает и корпускулярной теории (фотоны, элементарные частицы), и волновой теории - (частота электромагнитных колебаний, преломление света). Однажды он подумал, что будет, если броситься вдогонку за лучом света с той же скоростью и посмотреть на фотоны вблизи: какие они? И тут он понял, что это неосуществимо, потому что свет всё равно будет удаляться от него с той же скоростью. В той же книге говорится о том, что время в движущихся системах течёт медленнее, обратно пропорционально скорости движения, вспомните знаменитый пример с двумя близнецами, а при движении со световой скоростью, великий мэтр предполагал (заметьте: предполагал, а не утверждал), что время полностью останавливается. И в самом деле, вроде бы фотон вечная штука, вне времени, однако он имеет определённую частоту колебаний в определённый период времени, которая поддаётся измерению. А теперь небольшая арифметика: при движении со скоростью 150 000 км/сек время течёт медленнее в два раза, поэтому Вы двигаясь с этой скоростью, включаете фонарик вперёд и луч света устремляется от Вас со скоростью 150 000 км/сек. Но для Вас секунда - это две секунды для постороннего, неподвижного, наблюдателя, т.е. получаем искомые 300 000 км/сек. Включите его назад и луч света полетит от Вас с той же - 150 000 км/сек - скоростью, поскольку минусуем Вашу скорость из скорости света, и опять же учитываем двукратное изменение течения времени, и "О чудо!" - снова те же непреложные 300 000 км/сек. Кстати и не специалисту ясно, что 150 000 - 300 000 = -150 000. Такая вот высшая математика. И, как невежественный горлопан, могу добавить, что весь этот опыт - всего лишь ещё одна попытка измерить скорость света (причём с очень большой погрешностью), поскольку никак не измерена скорость удаления пучка фотонов от пучка электронов. Да и саму скорость света невозможно измерить, в природе нет состояния неподвижности: мы с поверхностью земли движемся вокруг оси, земля в это время - вокруг солнца, оно, в свою очередь, вокруг центра галактики, которая по теории расширяющейся вселенной, вообще неизвестно куда чешет. Так какова скорость света? И относительно чего?
        Даже великий Эйнштейн (это абсолютно безо всякой иронии) сомневался, что время останавливается, отчего же мы то так самоуверенны?

        Ответить

        • • Это опять же из вышеназванной книги. Поскольку физики не могут инструментально измерить изменение времени при релятивистских скоростях, измерения проводятся по красно-фиолетовому смещению спектра. Общая теория разбита на несколько специальных теорий, т.е. на несколько частных случаев (Эйнштейну не удалось создать единую теорию поля). В специальных теория рассматривается изменение пространства-времени по нескольким параметрам: наличие сильного гравитационного поля, движение систем отсчёта относительно друг друга, вращение гравитационного поля, движение системы отсчёта в направлении вращения или против него. Современные физики могут оперировать скоростями, в десятки тысяч раз меньшими скорости света и измерения проводятся по косвенным признакам, однако они подтверждаются на практике, в частности, в системе GPS. Точнейшие атомные часы установлены на всех спутниках и они постоянно корректируются в соответствии с теорией относительности. В свете этой теории физиками разработано около 30 различных теорий, вычисления по которым численно сопоставимы с теорией Эйнштейна. Несколько из них дают более точные измерения. Даже Артур Эдингтон, без участия которого Эйнштейн не состоялся бы, в некоторых местах существенно подкорректировал своего друга. Та теория, о которой говорил я, утверждает, что скорость света конечна. Но она может быть медленнее. Об этом говорит и снижение скорости при прохождении сквозь прозрачные среды, отличные от вакуума, и снижение скорости при прохождении рядом с сильными источниками гравитации. Да и само красное смещение некоторыми трактуется, не как "эффект Доплера", а как, снижение скорости света.
            Что бы не быть голословным, цитата:
            Эксперимент Хафеле - Китинга является одним из тестов теории относительности, непосредственно продемонстрировавшим реальность парадокса близнецов. В октябре 1971 Дж. Хафеле (J.C. Hafele) и Ричард Китинг (Richard E. Keating) взяли четыре комплекта цезиевых атомных часов на борт коммерческих авиалайнеров и дважды облетели вокруг света, сначала на восток, затем на запад, после чего сравнили «путешествовавшие» часы с часами, остававшимися в Военно-морской обсерватории США.

            Согласно специальной теории относительности, скорость хода часов наибольшая для того наблюдателя, для которого они находятся в состоянии покоя. В системе отсчёта, в которой часы не покоятся, они идут медленнее, и этот эффект пропорционален квадрату скорости. В системе отсчёта, покоящейся относительно центра Земли, часы на борту самолета, движущегося на восток (в направлении вращения Земли), идут медленнее, чем часы, которые остаются на поверхности, а часы на борту самолета, движущегося в западном направлении (против вращения Земли), идут быстрее.

            Согласно общей теории относительности, в игру вступает ещё один эффект: небольшое увеличение гравитационного потенциала с ростом высоты опять-таки ускоряет ход часов. Поскольку самолеты летели приблизительно на одной и той же высоте в обоих направлениях, этот эффект мало влияет на разность хода двух «путешествовавших» часов, однако он вызывает их уход от показаний часов на поверхности земли.

            Ответить

            О чем тут речь? - "после чего сравнили «путешествовавшие» часы с часами, остававшимися в Военно-морской обсерватории США". Кто сравнивал? Кто статью-то писал? Тот кто летал на самолёте или тот кто оставался на земле? Просто у этих товарищей результаты должны быть совсем разными. Если сравнивал тот чувак, который оставался на базе, то для него должны были отставть часы у Киттинга с Хафелом. Если сравнивал, допустим, Киттинг, то часы отстать должны были уже у базы (и у Хафеля тоже, даже больше). Ну и на взгляд Хафеля, часы отстали, наоборот, у Киттинга (и на базе, но меньше)).

            Т.е:
            - Хафель запишет в дневник наблюдений "Часы Киттинга отстали".
            - Киттинг запишет в дневник "Часы Хафеля отстали".
            - Киттинг посмотрит в дневник Хафеля, и увидит там "Часы Киттинга ушли вперёд".

            Т.е. с тех пор по ТО чувак на базе, Киттинг и Хафеле НИКОГДА не смогут вывести ОДИН результате потому-что их - ТРИ! По числу, соотвественно, наблюдателей-эксперементаторов. И для каждого наблюдателя его коллеги будут подверждать его личный результат, который отличается от других.

            Ну а я, как читатель статьи, получаю четвёртый результат, уже относительно меня. Соотвественно, если Киттинг и Хафель относительно МЕНЯ, читателя статьи, двигались, то их часы и отстали. И, соотвественно, про это Я и прочту в статье. В той статье, которую увижу только я и почти все остальные на Земле...

            Но лично ни Киттинг, ни Хафель никогда не узнают, что они её писали и что увидят жители земли - у них, лично, были совсем другие результаты... И публикацию об этих результах во всём мире смогут увидеть человек 20. Из тех, что были на борту вместе с ними...

            Вот такое г... получается по вашей любимой теории. И как можно в эту бодягу верить? Недаром Эйнштейн вам язык показывал...

            Ответить

            • Да и вообще, зачем летать? Билеты для отчета по командировке можно выпросить у прилетающих пассажиров возле зала выдачи багажа.

              Я понимаю, Вы хотели сориентировать людей на поиски ошибки в рассуждениях. Но в теперешнее время публика просто поддакнет "Эйнштейн - дурак" и не станет копаться. Надо было хоть намек сделать о неинерциальности всех трех систем отсчета...

              Ответить

              > Надо было хоть намек сделать о неинерциальности всех трех систем отсчета...
              А почему эта "неинерциальность" как-то должна влиять на результаты этой моей логической выкладки, как Вы думаете? Ведь измерения у авторов эксперимента проводились именно что с "чисто" неинерциальными системами отсчёта (туда-суда улетающие-прилетающие самолёты, туда-суда изменяемое гравитационное поле и т.п). И это обстоятельство авторов совершенно не напрягало - измерили, посмотрели, объявили - ага, вроде замедление есть! Ведь тогда получается, что если у них есть это замедление, то и описанная мной дикость - реальность? Или есть какой-то третий вариант?

              Ответить

        В каком направлении по Вашей версии летел Киттинг, и в каком - Хафель? Вы по земле в это время двигались или оставались неподвижны относительно военно-морской базы с эталонными часами? Поправка, вносимая в ход часов в системе GPS превышает одну секунду в месяц.

        Ответить

      Ну... Мне не хотелось бы Вас разочаровывать, но в последовательно выстроенной теории эфира наблюдается тот же казус: Петров движется относительно Иванова со скоростью v, в момент времени t=0 они встречаются, в момент (по собственным часам) t1 отсылают запрос друг другу, в момент t2 принимают ответ о показаниях часов друг друга. И что же получается? А то, что каждый из них определит, что время коллеги по работе ОТСТАЕТ от личного, своего времени. Причем именно на величину (1-vv/cc) в степени 1/2. Аналогично с попыткой определить длину - но там уже нужно два световых сигнала, до начала и конца измеряемого отрезка. Между прочим, простая школьная математика. Сам еще в школе проверял.

      Ответить

Поясните, пожалуйста, каким образом указанные эксперименты могут подтвердить либо опровергнуть второй постулат СТО? Как соотносятся требование на инерциальность системы отсчёта с ускоренным движением электронов?

Ответить

За что боролись, на то и напоролись...
arXiv:1109.4897v1
Abstract: The OPERA neutrino experiment at the underground Gran Sasso Laboratory has measured the velocity of neutrinos from the CERN CNGS beam over a baseline of about 730 km with much higher accuracy than previous studies conducted with accelerator neutrinos. The measurement is based on high-statistics data taken by OPERA in the years 2009, 2010 and 2011. Dedicated upgrades of the CNGS timing system and of the OPERA detector, as well as a high precision geodesy campaign for the measurement of the neutrino baseline, allowed reaching comparable systematic and statistical accuracies. An early arrival time of CNGS muon neutrinos with respect to the one computed assuming the speed of light in vacuum of (60.7 \pm 6.9 (stat.) \pm 7.4 (sys.)) ns was measured. This anomaly corresponds to a relative difference of the muon neutrino velocity with respect to the speed of light (v-c)/c = (2.48 \pm 0.28 (stat.) \pm 0.30 (sys.)) \times 10-5.

Ответить

Интересно... ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ ЗЕМЛИ И СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

(c) 2005, профессор Е. И. Штырков

Казанский физико-технический институт КНЦ РАН, 420029,
Казань, Сибирский тракт, 10/7, Россия, [email protected]

При слежении за геостационарным спутником было обнаружено влияние равномерного движения Земли на аберрацию электромагнитных волн от источника, установленного на спутнике. При этом впервые были измерены параметры орбитального движения Земли без применения астрономических наблюдений за звездами. Среднегодовая скорость найденной орбитальной компоненты движения оказалась равной 29.4 км/сек, что практически совпадает с известным в астрономии значением орбитальной скорости Земли 29.765км/сек. Также были измерены параметры галактического движения Солнечной системы. Полученные значения равны: 270o - для прямого восхождения апекса Солнца (известное в астрономии значение 269.75o), 89.5o - для его склонения (в астрономии 51,5o, и 600 км/сек для скорости движения Солнечной системы. Тем самым доказано, что скорость равномерно движущейся лабораторной системы координат (в нашем случае Земли) реально может быть измерена при помощи устройства, в котором источник излучения и приемник находятся в состоянии покоя относительно друг друга и этой же системы координат. Это является основанием для пересмотра утверждения специальной теории относительности о независимости скорости света от движения наблюдателя.

Ответить

• Спасибо за очень интересное сообщение. Тут же перечитал всё, что подвернулось на тему аберрации. Следовательно, теперь есть возможность определить скорость движения галактики в соответствии с теорией расширения вселенной. Или опровергнуть эту теорию.

  Ответить

  • Возможно вам это пригодится для справки (Ц) ....1926 Э. Хаббл обнаружил, что близкие галактики статистически укладываются на линии регрессии, которую в терминах доплеровского смещения спектра можно характеризовать почти постоянным параметром

    H = VD / R ,

    где VD – смещение спектра, переведенное в доплеровскую скорость , R – расстояние от Земли до галактики

    Реально сам Э. Хаббл не утверждал доплеровской природы этих смещений, а первооткрыватель “новых и сверхновых” звезд Фриц Цвики еще в 1929 году связал эти смещения с потерей энергии квантами света на космогонических расстояниях. Более того, в 1936 году на основании исследования распределения галактик Э. Хаббл пришел к выводу, что оно не может быть объяснено эффектом Доплера.

    Однако восторжествовал абсурд. Галактикам с большими красными смещениями приписывается почти световая скорость в направлении от Земли.

    Анализируя красные смещения различных объектов и вычисляя “постоянную Хаббла”, можно увидеть, что чем ближе находится объект, тем больше от асимптотического значения 73 km/(s Mps) отличается этот параметр.

    Реально для каждого порядка расстояний существует свое значение этого параметра. Взяв красное смещение от ближайших ярких звезд VD = 5 , и разделив его на стандартное релятивистское значение получим абсурдную величину расстояний до ближайших ярких звезд R = 5 / 73 = 68493

    извините таблицу представить сдесь не могу))

    Ответить

    • • • • • По поводу Баллистики и прочего нашел в нэте интересное суждение на эту тему...Дело в том, что глубоко физический закон инерции Галилея , гласящий (в современной формулировке):

              “Всякое физическое тело, покоящееся или движущееся в физической среде с постоянной скоростью прямолинейно или по окружности вокруг центра инерции, будет продолжать это движение вечно, если другие физические тела или среда не окажут сопротивления этому движению. Такое движение есть движение по инерции”,

              Был преобразован Ньютоном, 1687, в формулировку :

              "Corpus omne perseverare in statu suo quiescendi vel movendi uniformiter in directum, nisi quatenus illud a viribus impressis cogitur statum suum mutare"

              “Всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного и прямолинейно движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменять это состояние”.

              В современной формулировке так называемый “первый закон Ньютона” еще хуже:

              “Всякая материальная точка сохраняет состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не выведет ее из этого состояния”.

              При этом чисто экспериментальный физический закон, найденный Галилеем в 1612 – 1638 годы, отточенный к 1644 году Рене Декартом и Христианом Гюйгенсом, и широко известный к моменту перехода Исаака Ньютона от алхимической к физико-математической деятельности, превратился у последнего в философский нонсенс – движение абстрактной “материальной” точки в пустоте. Исключены были 3 вращательные степени свободы движения по инерции и среда - носитель.

              Я понимаю, насколько современному человеку, в сознание которого движение в пустоте было внедрено на уровне инстинкта, догматической веры, трудно осознать алогичность этого, несоответствие ньютоновской интерпретации реалиям Природы. Однако, не теряя надежды на понимание, попытаюсь довести свою точку зрения до читателя.

              Если бы движение какой-либо физической системы происходило в абсолютной (абстрактной) пустоте, то было бы невозможно даже логически отличить это движение от покоя, так как пустота не имеет отличительных признаков (меток), по которым можно было бы определить это движение. Данное “математическое свойство” было использовано как обоснование релятивизма, хотя это “свойство” существует только в теории, в умах релятивистов, но не в Природе.

              Здесь необходимо отметить, что феноменологический принцип относительности Галилея, если не акцентировать внимание на тривиальной математической стороне – декартовом преобразовании координат, утверждает лишь то, что при обычных низких скоростях, с которыми имеют дело люди в повседневной жизни, разница между инерциальными системами отсчета не чувствуется. Для эфирной среды эти скорости так ничтожны, что физические явления протекают одинаково.

              С другой стороны, линейное движение, измеряемое в пустоте относительно других тел, не может быть объективной однозначной мерой движения, так как зависит от произвола наблюдателя, то есть выбора системы отсчета. В терминах линейного движения скорость камня лежащего на земле можно считать равной нулю, если брать за систему отсчета Землю, и равной 30 км/с, если взять за систему отсчета Солнце.

              Вращательное движение, объявленное частным случаем и выброшенное Ньютоном из формулировки закона инерции, в отличие от поступательного движения, является абсолютным и однозначным, так как Вселенная заведомо не вращается вокруг всякого камня.

              Таким образом, первоначально чисто феноменологический закон Галилея был обрезан на три степени свободы, лишен физической среды и превращен в некую абстрактную догму, остановившую развитие механики и физики в целом, замкнув мысли физиков только на линейное относительное движение.

              Ответить

          То есть, нет проблем одновременно участвовать в нескольких видах движения? И причины этого движения могут быть различны? Тогда зачем приписывать одиночной звезде движение _только_ в результате расширения Вселенной?
          Хаббловская постоянная ~70 км/с на _мегапарсек_. Т.е. на расстоянии ближайших звезд, несколько парсек, вклад расширения в миллион раз меньше, порядка 10 см/с

          Ответить

          • ))) прчина движения или обратного, вообще, боОльшая загадка, насчет расширения...вот вам от апологета эфирной физики (ц) ...Во-вторых, это мифическое расширение Вселенной, противоречащее фактам и логике. Относительно чего расширяется Вселенная, где репер? Почему ничтожная Земля - центр расширения? Как совершенно правильно пишет живой классик астрофизики д-р Арп, красное смещение никак не связано с расширением пространства или "разбеганием" галактик.

            В третьих, в реально наблюдаемой Вселенной мы видим объекты куда старше возраста "Большого Взрыва", например, галактические кластеры. Откуда они взялись? Не проще ли задать себе вопрос: откуда взялся обманщик, сочиняющий небылицы о "Большом Взрыве"?

            Ответить

            • >Почему ничтожная Земля - центр расширения?
              Дался Вам этот центр! Закон Хаббла V = H * R (для Земли)
              Возьмите другую точку и пересчитайте скорости для нее, по-простому, по Галилею. Выйдет то же самое V1 = H * R1
              И кто из них центр?

              >красное смещение никак не связано с расширением пространства или "разбеганием" галактик.
              Хорошо. А с чем связано?

              >В третьих, в реально наблюдаемой Вселенной мы видим объекты куда старше возраста "Большого Взрыва", например, галактические кластеры.
              Как оценен их возраст? Еще Зельдович моделировал гравитационное сжатие вещества после БВ, и у него вполне получались кластеры (т.н. "блины")

              > откуда взялся обманщик, сочиняющий небылицы о "Большом Взрыве"?
              Леметр? Из Шарлеруа. А что?

              Ответить

              • По поводу Зельдовича и космического микроволнового фона Он был теоретически предсказан еще в начале ХХ века классиками физики Дмитрием Ивановичем Менделеевым, Вальтером Нернстом и другими, и экспериментально измерен с высокой точностью проф. Эрихом Регенером в 1933 году (Штуттгарт, Германия). Его результат 2.8°K практически не отличается от современного значения. И обьяснение его происхождениея БВ не есть само доказательство... моделирование как показывает практика)) ...не есть последняя инстанция в силу своей субьективности по отношению к обьекту...

                Ответить

              • >Как совершенно правильно пишет живой классик астрофизики д-р Арп,
                >красное смещение никак не связано с расширением пространства
                >или "разбеганием" галактик.
                Это не вопрос. Это утверждение. Сказавши "А", надо говорить "Б" - с чем тогда связано красное смещение. Хотелось бы услышать.

                Ответить

                • Вот теперь вопрос конкретен.... а) В теории относительности доплеровское Красное смещение рассматривается как результат замедления течения времени в движущейся системе отсчёта (эффект специальной теории относительности). б)Хаббловское красное смещение есть результат диссипации энергии квантов света в эфире, его параметр “постоянная Хаббла” меняется в зависимости от температуры эфира. Два взаимоисключающих утверждения... и ответ заключен в одном из них...

                  Ответить

                  • • Температура, эфира? ....все что доподлинно известно это температура космического микроволнового фона 2.7ºK. Да и почему эта температура должна расти...?! И если уж говорить о эфирной теории было бы верно говорить не о теории а о эфирных гепотезах и теориях.. По поводу нынешнего состаяния температуры)) надеюсь что ничего не изменилось... По поводу времени...если следовать некоторым гепотезам...вечность)) в "обе стороны"...

                      Ответить

                      • >Температура, эфира?
                        Я всего лишь пользуюсь Вашей терминологией:
                        "его параметр “постоянная Хаббла” меняется в зависимости от температуры эфира"

                        >Да и почему эта температура должна расти...?!
                        Потому, что "Хаббловское красное смещение есть результат диссипации энергии квантов света в эфире".
                        Энергия штука такая, она имеет свойство сохраняться. На этот счет есть вполне достаточное количество феноменологических наблюдений. А диссипация, это не потеря энергии, но переход ее в неудобоваримую форму хаотического движения, т.е. тепло. И если у нас в запасе вечность (хотя бы в одну сторону, назад), то температура эфира должна стать бесконечно большой.

                        Ответить

                        • Вот вы о чём...это цитата из работы... найденной мною в нэте)) ..."постоянная Хаббла меняется в зависимости от температуры эфира" ...в космосе возникают условия для изменения как плотности, так и температуры эфира эти условия создаются мощным излучением звезд.... а температура эфира постояна 2.723 ...))) ниже небывает. А диссипация в данном сучае это поглощение энергии эфиром, эфир всвою очередь отдает свою энергию движущимся частицам вещества, тем интенсивнее, чем быстрее движется частица. Таким образом, звезды, содержащие массы разогретого газа, являются поглотителями энергии эфира, которая затем излучается ими в пространство в виде квантов электромагнитного излучения.

                          Ответить

                          • >эфир всвою очередь отдает свою энергию движущимся частицам вещества,
                            >тем интенсивнее, чем быстрее движется частица
                            Эффект был бы заметен на ускорителях частиц, том же LHC, чего не наблюдается.

                            Ответить

                            • ))И не удивительно что это было "незамеченно" на существующих ускорителях,еще бы было удивительней обратное,все это справедливости ради можно отнести и к бозону хикса. Даже отметая все субьективные факторы возникает вопрос возможно ли это вообще с технической точки зрения, гепотетический обнаружить тот энергетический процесс с помощью ускорителей и как это просчитать? Ведь если следовать некоторым эфирным теориям...само явление гравитации и есть процесс "круговорота энергии в природе" между веществом и не веществом вернее недовеществом то бишь эфиром"...

                              Ответить

                              • "возможно ли это вообще с технической точки зрения, гепотетический обнаружить тот энергетический процесс с помощью ускорителей и как это просчитать?"
                                Элементарно. Прочитайте в разделе "Плакаты" у И.Иванова описание ускорительных секций коллайдера, и Вы сразу поймете, почему это легко.
                                Вот если перейдут на лазерные способы разгона, там можно будет какие-то проценты списать. Но тоже не столько, чтобы за счет этого звезды светились.

                                Ответить

                                • ))Неужели найден способ одновременного измерения импульса и координат частицы на ускорителях, ....а без этого наблюдать подобный процесс)) или его отсутствие невозможно... Планковская метрика знаетели-с...

                                  Ответить

                                  Достаточно знать энергию частицы, а она известна достаточно точно по калориметрическим измерениям. При скорости ~с процесс передачи энергии эфира будет идти в тысячу раз сильнее, чем на Солнце.

                                  Ответить

                                  • Все же мне следует пояснить сушность передачи энергий эфира веществу в рамках одной из эфирной теории...на сколько это возможно в данном формате...Структура и параметры эфира. Эфир представляет собой иерархическую структуру состоящую из корпускулярного и фазового эфиров.

                                    Элементы корпускулярного эфира – сферические частицы радиуса Планка 1.6·10-35 [m] и инерции, численно равной массе Планка 2.18·10-8 или, что то же самое энергии Планка 1.96·109 [J]. Они находятся под действием чудовищного давления 2.1·1081 . Массив частиц корпускулярного эфира интегрально, то есть статистически, находится в состоянии покоя и представляет основную энергию Вселенной плотностью 1.13·10113 . Температура корпускулярного эфира абсолютно постоянна 2.723 0K. Ее невозможно изменить ни чем.

                                    Солнечная система движется относительно корпускулярного эфира со скоростью Маринова (360± 30 km/s). Это наблюдается как анизотропия космического микроволнового фона и сидерическая зависимость скорости света, установленная проф. Ст. Мариновым в 1974 – 1979 годах . Однако, микроволновый фон не есть излучение корпускулярного эфира. Это излучение “надстройки” над корпускулярным эфиром – эфира фазового.

                                    Фазовый эфир состоит из тех же корпускул (амеров, в терминологии Демокрита), что и корпускулярный эфир. Разница в их фазовом состоянии. Если корпускулярный эфир представляет собой сверхтекучую жидкость, подобную твердому гелию, то есть на самом деле род зыбучего песка без какого-либо трения между частицами, то массив фазового эфира подобен насыщенному пару, вкрапленному в массив корпускулярного эфира.

                                    Основная часть фазового эфира связывает корпускулярный эфир в эфирные домены, линейные размеры которых в 1021 раз больше частиц корпускулярного эфира. Частицы связанного фазового эфира представляют собой квазисферические сетки–авоськи, в каждой из которых 1 эфирный домен из ~1063 частиц корпускулярного эфира. Эфирные домены являются пустыми заготовками элементарных частиц – электронов, протонов, мезонов… Они видятся современным физикам как виртуальные частицы, которых как бы нет и которые как бы есть в одно и то же время.

                                    При бомбардировке элементарных частиц на мгновение наблюдаются связывающие их частицы фазового эфира, которые физики считают кварками, приписывая им дробный заряд.

                                    Во Вселенной связанного эфира в 1063 раз меньше, чем корпускулярного, но в 1063 раз больше, чем вещества. Температура связанного эфира также константна и находится в строгом балансе с температурой корпускулярного эфира. Энергоемкость связанного эфира ~3·1049 и его плотность ~3·1032 также настолько велики, что его температуру и эти параметры невозможно изменить.

                                    Однако, существует еще одна разновидность эфира – свободный фазовый эфир, свободно блуждающий по космосу (по границам эфирных доменов),и накапливающийся в веществе в пропорции 5,1·1070 , создавая явления гравитации и гравитационной массы.

                                    Гравитация есть процесс фазового перехода этой разновидности эфира в корпускулярный эфир, при котором вокруг вещества возникает градиент давления эфира. Этот градиент и есть сила гравитации.

                                    Являясь элементарными электрическими диполями, то есть “нарушителями” баланса давления в фазовом эфире (на границе доменов, что не сказывается на давлении корпускулярного эфира), амеры фазового эфира являются причиной возникновения явлений поляризации (анизотропия распределения диполей), электрического поля и зарядов (отклонение давления в фазовом эфире в большую или меньшую сторону) и электромагнитного поля (света).

                                    Так как энергетическая плотность свободного эфира 2.54·1017 не настолько велика, чтобы ее нельзя было изменить, и то реально в некоторых случаях можно наблюдать это изменение в виде изменения скорости света и красного смещения.

                                    И следуя далее, в данных приходящих с детекторов есть информация о передаче энергии эфиром веществу но вычленить её на данный момент невозможно...данный обьмен и есть сама суть существования материи, наличие массы и движения, гепотетический на мой взгляд конечно... Если вас заинеросовали подробности то вы можете это найти забив часть цитируемого мною текста в поисковик. Это одна из работ Карима Хайдарова.

                                    Ответить

Опыт по проверке второго постулата СТО можно не усложнять, а взять и проверить эквивалентное утверждение: в прозрачном теле, как в движущемся, так и в покоящемся, скорость света одинакова и зависит от показателя преломления среды. Более того, это уже сделано Арманом Ипполитом Луи Физо, о чем напомнил Е. Александров.
В опыте 1851 года источник света покоился, а среда (вода в параллельных трубах) перемещалась встречно и попутно ходу луча. И оказалось, что вода как будто бы добавляет свету какую-то скорость при попутном движении и столько же отнимает при встречном. Но при этом сложение скоростей воды и света оказалось не классическим: данные опыта были ровно в два раза меньше расчетных по принципу относительности Галилея. При этом предсказания теории Френеля (прототипа СТО) отличались от измеренных значений на 13 %.
Интрига состоит в том, что любой опыт типа Физо (например, мультипараметрический, когда в эксперименте задействованы разные жидкости, используются различные скорости их течения, а в лабораторной установке меняется длина труб и частота используемого света) будет давать результат, ровно вдвое меньше расчетного по классическому закону сложения скоростей. Почему? Да потому, что скорость света – это не скорость и складывать ее со скоростью воды, например, не корректно и метрологически и семантически. Ведь скорости и их квадраты определены по отношению к разным единицам измерения. Подробно об этом можно узнать, запросив в поисковике ссылки на «квадроскорость». У нас есть Земля, орбитальная скорость которой (30 км/с) всего на порядок меньше скорости теплового движения частиц Солнца.
Солнце получает и отдает 2е-5 Вт/кг (я буду писать в экспоненциальной нотации, 3,14е+2=3,14×10²=314).
Тогда для Земли это будет 1е-6 Вт/кг, т.е. каждый килограмм земного вещества будет получать каждую секунду 1е-6 Дж кинетической энергии.
Все скорости далеки от световых, поэтому чисто школьная физика.
∆E = mV²/2 - mV˳²/2 = (m/2)×(V²-V˳²)≈ m×∆V×V
∆V = ∆E/mV, m=1кг V=3e+4 м/с ∆V≈3е-11 м/с за секунду
Это, конечно очень мало и совершенно незаметно, но секунд у нас сколько?
В году примерно 3е+7, т.е. за год скорость возрастет на 1е-3 м/с, на 1 мм/с
За тысячу лет 1 м/с За миллион 1 км/с За миллиард лет...
Вы готовы податься к креационистам Молодой Земли? Я - нет.
Закрывают ли эти расчеты передачу энергии от эфира? Нет. Но они ставят верхнюю планку для этой передачи такую, что в тепловыделении Солнца эфирный вклад погоды не делает.
Приходится возвращаться к термояду.
"И думается мне ядерные реакции являются принципиально нестабильными в отсутствии искусственной обратной связи и раз возникши реакция основного вещества солнца – протия не происходила бы плавно и стабильно, а взорвала бы солнце как водородную бомбу."
Во-первых, обратная связь есть, взрыв разбрасывает непрореагировавшее вещество в стороны, уменьшая его концентрацию. Где-то попадалась цифра, что в ядерной бомбе реагирует примерно 10% плутония. Печально известный чернобыльский реактор взорвался, но не так, как в Хиросиме.
Во-вторых, кинетика вещь сложная, и, при всей своей энергетической выгодности, некоторые процессы идут неспешно. Иначе бы мы не смогли пользоваться металлами в нашей кислородной атмосфере.

Ответить

• Да нестоило мелочится))) 30км/с, ...а галактическое 220км/с? Плюс собственное вращение вокруг своей оси? Бог мой сколько должно быть энергии...где же она?! А ведь я незря упомянул в предедущем посте о МАССЕ и гравитируюшем свободном фазовом эфире, или гравитация по вашему не требует энергии,так сказать "беззатратный метод" ?!Фазовый переход эфира, то есть свободный фазовый эфир конденсируясь или гравитируя при взаимодействие с веществом преврашаяся в корпускулярный эфир при этом фазовый переход происходит сферически симметрично, “схлопывания” амеров компенсируются, не производя броуновского движения частиц.
  в результате этого превращения вокруг гравитирующего вещества создается сферически симметричная разница давлений, что и определяет градиент поля тяготения,а где есть сила там есть и энергия... Так что креационисты могут отдыхать,хотя пару припарок им)) поставить следовало бы. И должен заметить, для меня лично, выше сказанное это пока гепотеза. По поводу солнца...в своё время было предположено, что основой ядерного синтеза является протон - протонная реакция синтеза в результате которой появляются более тяжелые химические элементы и энергия и время действия такого гипотетического горения было бы достаточно для 10 (в десятой степени) лет существования солнца, но, земля, планеты земного типа, астероиды существуют уже 4,56 миллиарда лет и за это время солнце должно было израсходовать до половины своего водорода а исследованиями же подтверждено что химический состав Солнца и межзвездной среды практически идентичны, и выходит что за все время "горения" Солнца водород практически не расходовался. И поток нейтрино исходит не от внутренних высокотемпературных частей Солнца, а от экваториальных поверхностных слоев и подвержен сезонным колебаниям суточным, 27-дневным, годичным и 11-летним и самих нейтрино в несколько раз меньше того, который необходим для утверждения о наличии на солнце pp-реакции, много вообщем вопросов.... З.Ы. Есть вопросы посложней и интересней. Посоветуйте где их задать.

  Ответить

  Извините,

  Академик Александров зачем-то в миллион первый раз доказал "независимость скорости света от скорости источника".

  А где хотя бы одно-единственное доказательство "независимости скорости света от скорости приемника"?

  Скорость волны на воде не зависит от скорости источника волны - мотороной лодки. Но ЗАВИСИТ от скорости приемников - пловцов. Пловец, плывущий навстречу волне зарегистрирует скорость волны большую, чем пловец плывущий от волны.

  Если независимость скорости морской волны от скорости источника не доказывает независимость скорости морской волны от скорости приемника, то и независимость скорости световой волны от скорости источника никак не доказывает независимость скорости световой волны от скорости приемника.

  Поэтому академик Александров действительно ничего не доказал. Как жаль.

  А опроверграет идею об инвариантности скорости света существование лазерных гироскопов. Они действительно существуют и действительно работают. И работают они на принципе неодинаковости скорости света для различных приемников.

  Мои соболезнования релятивистам.

  Ответить

  Мне представляется, что скорость света не является константой. Константой является её приращение, т.е. величина ускорения процесса распространения света в пространстве, которая численно равна постоянной Хаббла, если в размерности последней мегапарсек расстояния перевести в секунды времени и численное значение постоянной разделить на количество секунд в мегапарсеке. В этом случае закон Хаббла будет определять не скорость удаления наблюдаемых нами внегалактических объектов от Земли в зависимости от расстояния до этих объектов, выраженного во времени прохождения светового сигнала со скоростью с, а разницу в скоростях распространения электромагнитных волн между современной эпохой и тем временем, когда измеряемое нами излучение покинуло тот или иной объект. Подробнее см. на http://www.dmitrenkogg.narod.ru/effectd.pdf.

  Скорость света постоянна (для различных ИСО) СОВСЕМ ПО ДРУГИМ причинам.
  Переход между состояниями абстрактного атома - от состояния "основной" к "свечению" характеризуется перестройкой конфигурации атома. Элементы этой конфигурации массивны, т.е. для этого перехода нужно время.
  Абстрактный заряд, как составляющая часть этого перехода, имеет своё поле. Это поле не массивное (безинерционное) , т.е. повторяет движение своего заряда одновременно с ним во всем пространстве.
  При взаимодействии атома источника и атома приёмника, колебания полей зарядов атома источника действуют на заряды атома приёмника мгновенно ("сразу") , независимо от расстояния.
  Т.е. "скорость света" имеет две составляющие - бесконечную скорость (полевого) взаимодействия и скорость перехода приёмника в состояние "свечения".
  По сути - это качественно совсем другая теория - полевая колебательная.
  В общем случае - для "постоянства скорости света" обязательно нужна бесконечная скорость взаимодействия.

  Ответить

  Написать комментарий

Лекция

Элементы специальной теории относительности

План

Введение

Принцип относительности Галилея Преобразования Галилея.

Принцип относительности Эйнштейна. Преобразования Лоренца

Следствия из преобразований Лоренца

Релятивистское выражение для энергии

Частицы с нулевой массой

Эффект Доплера (продольный)

Выводы 1905 г

Введение

В 1905г. А.Эйнштейн создал специальную теорию относительности (СТО). Эта теория пространства и времени для случая слабых гравитационных полей. В основе этой теории лежат два постулата: принцип относительности Эйнштейна и принцип постоянства скорости света.

В начале рассмотрим принцип относительности Галилея.

Простейшее движение твердого тела – поступательное, равномерное, прямолинейное. Соответственно этим простейшим относительным движениям системы отсчета – поступательная, равномерная, прямолинейная. Если одна из систем отсчета условно неподвижна, то вторая движется относительно первой со скоростью .

Принцип относительности Галилея.

Во всех системах координат, движущихся равномерно и прямолинейно относительно системы неподвижных звезд и друг относительно друга, все механические явления протекают, совершено одинаково. Такие системы координат называются инерциальными . В настоящее время принцип относительности Галилея с большой точностью экспериментально доказан для механических и электромагнитных явлений.

Преобразования Галилея.

Пусть система и движутся со скоростью . Отсчет времени t начинаем с момента совпадения начала координат. Тогда координаты произвольной точки Р в этих системах:

t – время перемещения .

В Ньютоновской механике предполагаем, что время во всех системах отсчета течет одинаково.

Таким образом, в перемещающейся системе вдоль y характер движения может быть произвольным. Совокупность четырех уравнений – преобразования Галилея.

Продифференцируем первое уравнение по времени, учтя, что

- проекция скорости частицы в системе на ось .

Следовательно:

Дифференцируем 2 и 3 уравнения:

; то есть

; то есть

Иначе:

Это уравнение – формула преобразования скорости частицы от системы к .

Дифференцирование по времени последнего уравнения:

Ускорение частицы относительно систем К и одинаковы.

Законы механики одинаковы во всех инерциальных системах отсчета – Принцип относительности Галилея.

Величины, которые имеют одно и то же числовое значение, во всех системах отсчета, называются инвариантными: промежуток времени, масса, ускорение, сила, длина предмета.

Принцип постоянства скорости света

Скорость света в вакууме не зависит от движения источников света и, следовательно, одинакова во всех инерциальных системах отсчета. Впервые скорость света была измерена в 1676г. 300000км\с. Справедливость постоянной c=const была доказана Майкельсоном и Морли в 1887 году.

Итак, с инварианта во всех инерциальных системах координат, считается так же на данном этапе исследований Вселенной, что с = max. Существование предельной скорости приводит к тому, что понятие одновременности становится относительным. Например, в середине поезда зажигается световой сигнал. Если наблюдатель находится в центре поезда, то он отметит одновременное достижение света хвоста и головы поезда. Дежурный на станции отметит, что сигнал достиг хвоста раньше, чем головы. Скорость передачи информации – скорость света – конечна, поэтому путь, проделанный световым сигналом от конца поезда до дежурного меньше пути, проделанного световым сигналом от головы до дежурного, поэтому и время будет различно, хотя очень незначительно. Значительность этого эффекта будет проявляться при скоростях движения объектов, близких к скорости света. Значит, время течет по-разному в различных системах отсчета, но почувствовать это реально можно только при движении объектов со скоростями, близких к с .