Неисправленная ошибка Пуанкаре или саркастический анализ специальной теории относительности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Неисправленная ошибка Пуанкаре или Саркастический анализ СТО

Виктор Кулигин

В работе проводится детальный гносеологический анализ Специальной теории относительности. Анализ опирается на материалистическую теорию отражения. Дано объяснение философских категорий, их взаимосвязи. Рассматриваются способы отображения информации к наблюдателю. Наиболее важными являются два способа: мгновенное отображение характеристик объектов наблюдения и отображение этих объектов с помощью световых лучей.

Обсуждается принцип относительности и его интерпретация. Показано, что постоянство скорости света не нуждается в постулировании. Это свойство световой волны есть следствие равноправия инерциальных систем отсчёта. Анализируются два наиболее интересных преобразования координат и времени, при которых скорость света постоянна в любой инерциальной системе отсчёта.

Первое преобразование это параметрическое преобразование Галилея. Второе - модифицированное преобразование Лоренца, которые при малых скоростях они дают одинаковые результаты.

Анализируются ошибки, допущенные Эйнштейном в «мысленных экспериментах», а также анализируется экспериментальная «подтверждаемость» СТО. Показано, что при криволинейном движении преобразование Лоренца не пригодно для описания явлений электромагнитных взаимодействий. Выясняются ошибки в теории циклических ускорителей, связанные с некорректным объяснением результатов преобразования Лоренца.

Содержание

Введение

1. Наблюдатель, явление, сущность

1.1 Пояснение для «чайников»

1.2 Философское объяснение содержания категорий

1.3 Парадоксы СТО с позиции теории познания

2. Параметрическое преобразование Галилея

2.1 Мгновенное отображение

2.2 Аберрация света

2.3 Параметрическое преобразование Галилея

2.4 Расчётные соотношения для эффектов

3. Преобразование Лоренца без парадоксов

3.1 Новые парадоксы

3.2 Лоренц против Эйнштейна (гипотеза)

3.3 Некоммутативность

3.4 Какая скорость между инерциальными системами?

3.5 Новый подход (модифицированное преобразование)

4. «Мысленные» эксперименты и реальные результаты

4.1 Второй «gedanken experiment» А. Эйнштейна

4.2 Локация Венеры

5. Свет и криволинейное движение

5.1 Криволинейное движение

5.2 Парадокс Эренфета

5.3 Анализ вращательного движения

5.4 Ускорители

Заключение

относительсность философский познание галилей

Введение

Бои вокруг СТО и ОТО не прекращаются до сих пор. Но ни одна из сторон не может признать себя побеждённой. И вот что интересно. Вместо обсуждения проблемы РАН давно начала использовать сомнительные средства по «защите» этих теорий от критики. Например, ещё 25 лет назад в Литературной газете от 8 февраля 1990 г. писалось о постановлении АН СССР, в котором рекомендовалось «не рассматривать никакие посягательства на теорию относительности» («священная корова?»). «Фактически ставилась «вне закона» любая критика теории относительности. В частности, физические журналы отклоняли без рассмотрения критические статьи в адрес теории относительности» [1].

Как пишет, например, П.Л. Капица [2], в редакции журнала экспериментальной и теоретической физики «такие статьи даже не рассматриваются как явно антинаучные» («по определению!»).

Это типичное проявление догматизма: если словесные аргументы защитников СТО слабы и бездоказательны, главным «аргументом защиты» становится административное давление. Таким «инструментом» служит также и пресловутая «Комиссия по борьбе с лженаукой...». Вот и попробуй при таких условиях покритиковать СТО А. Эйнштейна. Но сарказм в адрес упёртых «учёных-догматиков» и высмеивание их позиции - также эффективное оружие. Более того, «саркастический анализ» не попадает в раздел «лженауки» (по определению). Это же не критика СТО!

Для гносеологического анализа пригодна материалистическая философия. Но современная философия влачит жалкое существование [3]. Ленин оставил большое философское наследие, но так и не научил материалистов гносеологическому анализу. Последние наделали ошибок и не смогли развить материалистические положения в науке.

В 1958 г. состоялось «Всесоюзное совещание философов», которое гневно осудило некомпетентное вмешательство философов в естествознание. В результате не только марксистско-ленинская философия, но вместе с нею весь материализм был изгнан из философии физики и, как следствие, из самой физики.

К счастью материализм не умер, материализм жив, хотя диалектический материализм основательно пытались «вмять в грязь» его противники. Жива материалистическая теория отражения, которую развил В.И. Ленин. Поэтому можно, опираясь на материалистическую теорию познания научной истины, проанализировать СТО. Мы найдём гносеологические ошибки («тухлые яйца позитивизма») и предложим материалистический вариант объяснения релятивистских явлений.

Небольшое замечание. Вместо ленинского термина «отражение» мы будем использовать термин «отображение». Это удобно по двум причинам:

Мы избежим путаницы с оптическим термином «отражение».

Мы подчеркнём особенность понятия «отражение» в естествознании.

Поскольку физики (как правило!) являются глубокими невеждами в философии и в теории познания объективной истины (не обижайтесь, господа!), все философские вопросы будут детально истолкованы и объяснены.

Самым простым, но наиболее важным в теории отражения являются категории явление - сущность. Дело в том, что сущность (содержание процессов, структура материальных объектов и т.д.) мы познаём не прямо (непосредственно), а через явления. С анализа этих категорий мы и начнём исследование.

1. Наблюдатель, явление, сущность

1.1 Пояснение для «чайников»

О философских категориях явление и сущность много «воды пролито» в философских учебниках и монографиях. Но если вы будете искать главные признаки, объединяющие и различающие эти категории, то ничего полезного в этой бумажной макулатуре не обнаружите. Здесь мы, опираясь на ленинское высказывание об этих категориях «Сущность является, явление существенно», кратко опишем такие признаки. Что можно «вытащить» из ленинской фразы?

Должен объективно существовать некий материальный объект или взаимодействующие объекты, которые представляют собой некую сущность, подлежащую познанию.

Должен существовать познающий субъект - наблюдатель (один или несколько), для которого эта сущность предстаёт не непосредственно, а в форме явления. Наблюдатель исследует «явление» (регистрирует его наличие, измеряет его параметры, наблюдает, описывает характеристики и т.д.), чтобы понять сущность.

Регистрируемое наблюдателем явление зависит от условий его наблюдения.

Вот, пожалуй, и все важные характеристики этих категорий. Для иллюстрации обратимся к рис. 1. На нём изображён цилиндр и проекции цилиндра на ортогональные плоскости. Цилиндр представляет собой некую сущность. Проекции цилиндра на плоскости есть явления, которые изучает (измеряет) наблюдатель (или наблюдатели). Эти проекции зависят от условия, т.е. от ориентации оси OO' цилиндра относительно плоскостей. Условие мы можем менять, чтобы изучить совокупность явлений.

Рис. 1 Иллюстрация философских категорий сущность и явление на примере проекций цилиндра на ортогональные плоскости

И вот что интересно. По одному явлению установить сущность невозможно! Более того, наблюдатель не может описать сущность в полной мере, разглядывая проекции и меняя условия наблюдения. Например, проекции не дают ему информации о составе цилиндра и т.д. Поэтому говорят о сущностях первого и других порядков. Тем не менее, уже сейчас мы можем сформулировать важное «золотое правило», которое позволит нам в дальнейшем легко отличать сущность от явления, а явление от сущности:

Явление зависит от условий наблюдения.

Сущность от условий наблюдения не зависит.

1.2 Философское объяснение содержания категорий

Дадим расшифровку философских категорий и их взаимную связь.

Явление. Мы теперь с вами знаем, что явление зависит от условий его наблюдения. Каждому набору условий отвечает некая совокупность явлений. С позиции теории познания объективной истины любое явление из заданной совокупности представляет собой сочетание особенного (характерного только для данного явления и отличающего данное явление от остальных явлений данной совокупности) и общего (т.е. того, что остаётся неизменным, инвариантным для всех явлений данной совокупности, принадлежащих данному набору условий). Изменяется какое-либо условие - изменяется и явление, но сам исследуемый объект не испытывает никаких изменений. Сущность инвариантна и никак не зависит от условий наблюдения.

Явление можно наблюдать, измерять его характеристики, фотографировать. Фразы: «нам будет казаться», «мы будем измерять», «мы будем фотографировать» и т.д. - будут равнозначными в том смысле, что принадлежат процессу регистрации явления. В слове «кажется» нет никакой иллюзии, мистики, а есть отношение к сущности. Однако и сущность как инвариантное представление может быть охарактеризована некоторыми инвариантными параметрами и характеристиками.

Закон. Каждому набору условий отвечает совокупность явлений. Зависимость некоторой характеристики явления от некоторого конкретного условия называется законом или закономерностью. Иными словами, закономерность - это зависимость какой-либо характеристики явления от изменения определённого условия при неизменных остальных условиях. Примером законов (закономерностей) могут служить законы: Бойля-Мариотта, Шарля, Гей-Люссака для идеального газа. Условиями (и одновременно параметрами) выступают объём, давление и температура газа.

Сущность. Познать сущность по одному явлению или даже по одной закономерности невозможно. Познание сущности идёт от анализа набора закономерностей и явлений, путём отсечения второстепенного, особенного, к выделению общего, т.е. того, что остаётся неизменным, общим для всех явлений и закономерностей. Сущность, как общее, отражает глубинные связи и отношения.

Процесс познания сущности это творческий процесс. Нет никаких рецептов для перехода от закономерностей и явлений к сущности. Он зависит от мировоззрения, знаний, таланта, интуиции и удачи исследователя. Результатом поиска сущности является гипотеза или же модель физической реальности. Например, анализ законов термодинамики, упоминавшихся выше, позволяет создать модель идеального газа. Эта модель помогает объяснить термодинамические явления с единых позиций. Это сущность, так сказать, первого порядка.

Наблюдатель. Это, пожалуй, наиболее важный элемент в цепочке явление - сущность. «Сущность является». Кому же должна являться сущность в форме явления? Кто должен исследовать, измерять, фотографировать и т.д. явление и его характеристики? Естественно, это должен делать наблюдатель. В физике все наблюдатели одинаковы и не имеют отличающих их друг от друга особенностей. Наблюдателем может выступать физический прибор, расширяющий возможности человека.

В классических теориях, например, в ньютоновской механике, может существовать счётное множество наблюдателей, имеющих свои индивидуальные системы отсчёта. Если они будут исследовать один и тот же объект (сущность одна!), то каждый из них будет исследовать своё явление, отличное от того, что видят другие наблюдатели.

В релятивистских теориях нет такого деления на явление и сущность. Всё, что фиксирует наблюдатель, есть существующее на самом деле без искажений, т.е. сущность. Наблюдает близнец более медленный темп жизни своего движущегося брата, значит, брат «моложе» и имеет место «замедление времени» в движущейся системе отсчёта. Наблюдает исследователь «сокращение длины линейки» вдоль направления её движения, следовательно, имеет место «сжатие масштаба» и т.д. Более того, «у каждого наблюдателя своя сущность, зависящая от выбора системы отсчёта»! Сколько наблюдателей - столько же сущностей! Непорядок! Это «тухлые яйца» релятивизма!

1.3 Парадоксы СТО с позиции теории познания

Мы фактически уже начали анализ парадоксов СТО. Структура линейных парадоксов СТО стандартна, и её можно проиллюстрировать следующим примером.

Пусть два джентльмена одинакового роста входят в разные комнаты, разделённые прозрачной перегородкой. Они не знают, что перегородка - это двояковогнутая линза. Первый джентльмен утверждает, что он выше своего коллеги. Второй, сравнивая свой рост с видимым ростом коллеги, утверждает противоположное. Кто из них прав? Кто из них выше на самом деле?

Сейчас ответ для нас очевиден. Неверно сравнивать характеристику сущности (собственный рост) с характеристикой явления (наблюдаемый, кажущийся рост), интерпретируя её как «сущность». Характеристики сущности могут искажаться при отображении в систему отсчёта наблюдателя.

Рис. 2 Иллюстрация к примеру о сущности и явлении

Перейдём к парадоксам СТО, используя «золотое правило». Напомним, что условием в СТО является скорость относительного движения. Всё, что зависит от этой скорости, есть характеристика явления.

Замедление времени. Вернёмся к изрядно надоевшему парадоксу близнецов. Неподвижный брат видит, что темп жизни движущегося брата медленнее. В своей системе отсчёта движущийся брат наблюдает аналогичное явление: темп жизни его брата медленнее и тот «моложе». «Замедление» темпа зависит от величины скорости относительного движения. Оно есть явление. В силу равноправия систем отсчёта явления, которые наблюдает каждый из братьев, одинаковы и мы имеем логическое противоречие.

Оно легко разрешается, если мы разделим эффекты на явление и сущность. При таком раскладе мы должны признать, что явления одинаковы (симметричны). Действительный темп времени не зависит от выбора наблюдателем (любым из братьев) системы отсчёта, т.е. время едино для всех систем отсчёта. Наблюдаемое «замедление» темпа времени есть обычный эффект Доплера. И никаких проблем! Всё точно так же как в случае с джентльменами. Какое «протухшее яйцо» мы обнаружили!

Сжатие масштаба. Структура парадокса стандартная. Пусть близнецы стоят перпендикулярно вектору относительной скорости. Тогда каждый из близнецов будет видеть брата худым («утончённым»)! Но если они устанут и лягут вдоль вектора этой скорости, то обнаружат, что наблюдаемый движущийся брат будет выглядеть «укороченным». Наблюдаемое «укорочение» обусловлено искажением фронта световой волны при переходе светового луча из одной системы отсчёта в другую. Суть парадокса та же, и нет необходимости «приплетать» для объяснения другую теорию (ОТО). Вновь «протухшее яйцо» позитивизма!

Вы когда-нибудь видели, как весело смеются малыши из детского сада, посещая «комнату смеха» с кривыми зеркалами? Они ничего не знают о «явлениях и сущностях». Но они прекрасно понимают, что наблюдаемые ими их искажённые фигуры есть «фокус-покус» (понарошку). Они прекрасно знают, что они не «кривеют», а остаются теми же какими были, в отличие от плешивых «академиков-релятивистов».

Ленин и Мах. Теперь мы покажем «пенёк», о который споткнулся Эрнст Мах. В.И. Ленин в книге «Материализм и эмпириокритицизм» громит его философские выводы. Мы же хотим обратить внимание на исходную точку, положившую начало ошибке Маха. Цитируем «Материализм и эмпириокритицизм» Ленина:

Мы видели, что Маркс в 1845 году, Энгельс в 1888 и 1892 гг. вводят критерий практики в основу теории познания материализма. Вне практики ставить вопрос о том, «соответствует ли человеческому мышлению предметная» (т.е. объективная) «истина», есть схоластика, - говорит Маркс во 2-м тезисе о Фейербахе. Лучшее опровержение кантианского и юмистского агностицизма, как и прочих философских вывертов (Schrullen), есть практика, - повторяет Энгельс. «Успех наших действий доказывает согласие (соответствие, Ьbereinstimmung) наших восприятий с предметной (объективной) природой воспринимаемых вещей», - возражает Энгельс агностикам.

Сравните с этим рассуждение Маха о критерии практики. «В повседневном мышлении и обыденной речи противопоставляют обыкновенно кажущееся, иллюзорное действительности. Держа карандаш перед нами в воздухе, мы видим его в прямом положении; опустив его в наклонном положении в воду, мы видим его согнутым. В последнем случае говорят: «карандаш кажется согнутым, но в действительности он прямой». Но на каком основании мы называем один факт действительностью, а другой низводим до значения иллюзии?.. Когда мы совершаем ту естественную ошибку, что в случаях необыкновенных всё же ждём наступления явлений обычных, то наши ожидания, конечно, бывают обмануты. Но факты в этом не виноваты. Говорить в подобных случаях об иллюзии имеет смысл с точки зрения практической, но ничуть не научной. В такой же мере не имеет никакого смысла с точки зрения научной часто обсуждаемый вопрос, существует ли действительно мир, или он есть лишь наша иллюзия, не более как сон. Но и самый несообразный сон есть факт, не хуже всякого другого» («Анализ ощущений», с. 18...19).

Теперь слово нам. Мы рассматриваем «карандаш», а видимый нами карандаш - это явление. Глядя с торца, мы увидим шестигранник, а глядя сбоку, мы увидим прямоугольник. Если опустим конец карандаша в стакан с водой, то увидим его «сломанным». Всё это явления, за которыми от Маха спряталась сущность. Мах запутался, не зная критериев отличия явления от сущности и, как результат, впал в идеализм.

Ленин пишет: «Это именно такой вымученный профессорский идеализм, когда критерий практики, отделяющей для всех и каждого иллюзию от действительности, выносится Э. Махом за пределы науки, за пределы теории познания». Отделить иллюзию от действительности, значит - разделить явление и сущность, т.е. показать: где есть явление, а где мы говорим о сущности.

Итак, мы возвращаемся на позиции классических теорий. В них время для всех инерциальных систем едино, пространство является общим, а инерциальные системы равноправны! Упёртые релятивисты тут же вспомнят преобразование Лоренца, мысленные эксперименты Эйнштейна, укажут, что в рамках СТО время зависит от выбора системы отсчёта и т.д. Не волнуйтесь, господа. Как писал Плещеев*: «Будет вам и белка, будет и свисток!»

2. Параметрическое преобразование Галилея

2.1 Мгновенное отображение

«Материя, - писал Ленин, - есть философская категория для обозначения объективной реальности, которая дана человеку в ощущениях его, которая копируется, фотографируется, отображается нашими ощущениями, существуя независимо от них». Итак, опираясь на ощущения, человек может констатировать наличие окружающего его конкретного материального мира. Ощущения, по сути, и есть явления, опираясь на которые человек познает мир.

У человека несколько органов чувств, порождающих ощущения. Например, держа в руке камень, человек может оценить его вес. Держа подкову, человек может оценить её прочность. А если подвесить подкову на нити и ударить твёрдым предметом, можно оценить упругость (вязкость) материала, из которого она сделана и т.д. Но, пожалуй, главным источником информации о материи являются световые лучи, переносящие информацию и воспринимаемые зрением.

И всё же, существует ещё один идеальный источник, способный передать нам информацию «для размышления». Это мгновенное отображение характеристик изучаемого объекта или взаимодействия. Им мы всегда пользуемся, не осознавая этого.

Ещё в школе, решая физические задачи механики, мы привыкли к тому, что положение тела в пространстве в данный момент времени отображается в задаче мгновенно (без каких либо искажений и запаздываний!). Такое отображение опирается на мгновенную передачу информации. Классическое мгновенное отображение никогда и ни у кого не вызывало подозрений в некорректности, хотя никто и никогда не предлагал физической модели реализации этого способа. Это выработанная сознанием теоретическая методика исследования. Теоретический способ отображения очень эффективен при исследовании физических процессов. Он отнюдь не подменяет и не исключает других способов отображения. Напротив, он прекрасно их дополняет.

Пусть мы рассматриваем явления с помощью световых лучей, находясь в некоторой инерциальной системе. Явления протекают в другой системе отсчёта. Мы знаем, например, что воспринимаемая нами частота движущегося светового источника может отличаться от той, которую он излучает в собственной системе отсчёта. А как мы можем определить: исказилась частота благодаря относительному движению или же частота не изменилась? Здесь нам на помощь приходит мгновенное отображение. Мы мысленно перемещаемся в систему отсчёта источника и «измеряем» излучаемую частоту. Это измерение для нас является эталоном для сравнения и обнаружения искажений. Можно сказать по-другому. Мы, находясь в своей системе отсчёта, как бы мгновенно получили некоторую информацию, «дополнительную» к той, которую мы наблюдаем, измеряем и т.д. Мгновенность передачи информации предполагает как бы фиксацию времени (t - const) и отсутствие всякого (любого) движения.

Рассмотрим примеры.

Пример 1. Пусть в некоторой инерциальной системе отсчёта покоится сундук с дублонами. Вокруг «летает» множество наблюдателей, имеющих любые системы отсчёта. Спрашивается: число монет зависит от числа наблюдателей, от выбора ими инерциальных систем отсчёта? Разумеется, нет!

Следовательно, мгновенное (!) отображение даст один и тот же ответ всем без исключения наблюдателям о числе монет, как далеко бы ни находился наблюдатель и с какой бы скоростью он не двигался. Это «эталон», который имеет сущностный (инвариантный) характер! Это очень важно.

Отображение физическими методами есть явление. При отображении с помощью физических методов могут возникать искажения. По этой причине мгновенное отображение служит эталоном, позволяющим оценить степень искажений при реальном отображении.

Пример 2. Рассмотрим классическую замкнутую систему из двух взаимодействующих зарядов. Наша система отсчёта находится вне зарядов. Этот пример сложнее. Что нам даст мгновенное отображение процесса взаимодействия в нашу систему отсчёта?

Напомним, что взаимодействие это не материальный объект (т.е. «тухлое яйцо», которое предлагают нам релятивисты), не информация или энергия (такие «тухлые яйца» предлагаются на выбор другими). Взаимодействие есть сущностный процесс контактного типа. Взаимодействие возникает тогда, когда появляется непосредственный контакт между взаимодействующими объектами (поле - поле, заряд - волна и т.д.). Оно не зависит ни от числа «любопытствующих» наблюдателей, ни от скорости их относительного движения.

Сущностный характер взаимодействия подтверждается классическими законами сохранения энергии, момента импульса, импульса. Сущностный характер взаимодействия подтверждается также инвариантностью (независимостью) совершаемой ими работы и независимостью величины сил взаимодействия от выбора сторонним наблюдателем своей инерциальной системы отсчёта и т.д. (см. [1], [2], [3]).

2.2 Аберрация света

Представьте себе, что вы смотрите в зеркало и видите предметы, расположенные за спиной. Вы знаете, что видимые в зеркале предметы представляют мнимое изображение действительных предметов. С мнимыми изображениями мы встречаемся в школе. Телескопы, микроскопы, лупа - все эти приборы основаны на использовании мнимого изображения.

Однако с мнимым изображением мы можем столкнуться и без приборов. Ночью, рассматривая на тёмном небе звезду, мы забываем, что свет от неё идёт к нам миллионы лет. За это время звезда успеет сместиться, и мы будем видеть её мнимое изображение. Сама звезда в момент наблюдения невидима, т.е. будет находиться в другом месте пространства.

Угол между направлением на видимое положение звезды (мнимое изображение) и направлением на её действительное положение называется углом аберрации. Он равен д = и - ц. Явление звёздной аберрации возникает только при наличии относительного движения между наблюдателем и наблюдаемым объектом.

Рис. 3 Иллюстрация явления звёздной аберрации света

Система отсчёта светового источника. Рассмотрим явление аберрации подробнее. Пусть наблюдатель N движется относительно источника света S со скоростью V, как показано на рис. 4. В момент излучения светового импульса источником S наблюдатель будет находиться в точке N*.

Рис. 4 Аберрация света. V - скорость движения наблюдателя относительно источника; S* - мнимое изображение источника в момент приёма светового сигнала; S - действительное положение источника в тот же момент времени; R - кажущееся расстояние до источника в момент приёма сигнала; R₀ - действительное расстояние между источником и наблюдателем в момент приёма сигнала наблюдателем, Т₀ - время, за которое свет прошёл расстояние от момента излучения до момента приёма, д = И₀ - И - угол аберрации

В точке N световой импульс и наблюдатель встречаются. Из-за относительного движения направление фронта световой волны этот наблюдатель будет воспринимать искажённым, как на рис. 3. Там направление луча, испущенного из точки 1, будет восприниматься наблюдателем так, как будто свет испускается из точки 2 (рис. 3).

Воспринимаемый наблюдателем фронт не будет перпендикулярен направлению SN. Наблюдаемый фронт будет перпендикулярен линии SN*. Видимое положение S* строится на продолжении лучей из точки N перпендикулярно наблюдаемому фронту волны (мнимое изображение!).

Это интересный и важный факт. Поскольку наблюдатель воспринимает фронт волны в искажённом виде (повёрнутым), он «достраивает» объект с его характеристиками, продолжая лучи перпендикулярно фронту. Это не субъективный, а объективный факт. То же делает и измерительный прибор, связанный с наблюдателем.

Итак, наблюдатель имеет дело с двумя объектами: с действительным объектом (сущность) и с его мнимым изображением (явление). Это важное обстоятельство релятивисты обходят, хотя не могут обойтись без рис. 3. Действительное положение объекта описывается с помощью мгновенного отображения, а мнимое - с помощью достроенных световых лучей.

Итак, мы видим мнимое изображение, которое передают световые лучи. Действительное положение звезды не видно наблюдателю, но мгновенное отображение показывает его действительное, истинное положение S.

Система отсчёта наблюдателя. Здесь возникает интереснейшая ситуация.

Как мы установили в Главе 1, время едино во всех инерциальных системах отсчёта, а пространство является общим. В таком случае, мы можем воспользоваться преобразованием Галилея. (Слышны протесты релятивистов!).

При преобразовании Галилея величины, обозначенные на рис. 4 (R, R₀, T₀, V и углы), сохраняются неизменными. Меняется лишь направление вектора скорости V. Это позволяет нам воспроизвести тот же рис. 4, повернув его на 180 градусов и сменив обозначения.

Рис. 5 Явления, происходящие в системе отсчёта наблюдателя (преобразование Лоренца)

Свет от источника S*, идущий под углом И к оси x, будет распространяться к наблюдателю конечное время. За время Т₀ этого распространения источник переместится со скоростью V в новое положение S. Таким образом, в момент приёма светового сигнала источник будет находиться уже в другом месте по отношению к наблюдаемому исследователем положению. Заметим, что наличие действительного положения объекта и наблюдаемого положения объекта отрицается релятивистами [5].

Обсуждение. Вот мы и столкнулись с удивительными фактами:

В рамках классических пространственно-временных представлений расстояние, проходимое светом от источника S до наблюдателя N, равное R₀, и время прохождения этого расстояния T₀ не зависят от выбора системы отсчёта. Следовательно, скорость света с = R₀ /T₀ в этих инерциальных системах отсчёта постоянна! Системы отсчёта равноправны, поэтому и скорость света не зависит от выбора системы отсчёта.

Похоже, физики «проморгали» интересный результат! Теперь нам необходимо дать ему математическое обоснование.

2.3 Параметрическое преобразование Галилея

Поскольку учёные «не обнаружили» это преобразование, мы рассмотрим его подробно. Существует преобразование, которое описывает смещение одной оси координат относительно другой (R' = R - Vt). Например, x' = x - a. Здесь число a есть параметр смещения оси x' относительно оси x. Три другие независимые переменные двух инерциальных систем отсчёта жёстко связаны соотношением (тождественно!):

y = y'; z = z'; t = t' (2.1)

Эти переменные не зависят от преобразования по оси х. Ничего не изменится, если параметр a будет зависеть от t, т.е. x' = x - a(t).

Итак, при новом подходе мы учитываем единство времени в сравниваемых системах отсчёта и также неизменность координат y и z. Как уже говорилось, координаты y, z и время t в двух системах отсчёта всегда одинаковы.

В штрихованной системе отсчёта волновое уравнение имеет вид (частица покоится):

(2.2)

Частные производные потенциала U по x вычисляются достаточно просто:

(2.3)

Мы имеем право, переписать выражение (3.2) в новой системе отсчёта:

(2.4)

Таким образом, выражение (2.2) в новой инерциальной системе принимает окончательный вид:

(2.5)

Повторяем, что преобразовывать по другим координатам и времени не нужно. Более подробно можно ознакомиться с параметрическим преобразованием и его следствиями в [2].

Выводы. Подведём предварительные выводы. Они следующие:

Пространство является общим для всех инерциальных систем, а время едино для них.

Все инерциальные системы равноправны, а скорость света не зависит от выбора инерциальной системы отсчёта наблюдателем (Пуанкаре, 1904 г.).

Инерциальные системы отсчёта связаны параметрическим преобразованием Галилея.

Скорость движения материальных объектов не ограничена.

Постулаты Эйнштейна в СТО излишни.

2.4 Расчётные соотношения для эффектов

Теперь мы можем составить уравнения, чтобы описать эффекты. Уравнения получаются одинаковыми для систем отсчёта источника излучения и наблюдателя (эквивалентность инерциальных систем). Поэтому запишем уравнения в развёрнутом виде для системы отсчёта наблюдателя (см., например, рис. 3).

R₀ cos И₀ = R cos И + VT₀; T₀ = R₀ / c; R₀ sin И₀ = R₀ sin И (2.6)

Из (2.6) вытекают следующие соотношения для углов:

(2.7)

(2.8)

(2.9)

Выражения (2.8) и (2.9) ограничены неравенством .

Введём коэффициент искажений n_g при отображении параметров явлений с помощью световых лучей по отношению к мгновенному отображению тех же параметров (параметры сущности):

(2.10)

тогда эффект Доплера будет равен f = f₀ / n_g, где f₀ - частота в системе отсчёта источника света; наблюдаемая скорость движения равна v_набл = V / n_g; аналогичный вид будет для связи наблюдаемого и истинного расстояний R = R₀ / n_g и т.д. Для угла аберрации д = И₀ - И получается простое выражение: cos д = R₀R / R₀R.

Если учесть, что R(t) = R₀(t - R₀ / c), можно получить простые формулы для вычислений. Анализ показывает, что при малых скоростях результаты преобразований Лоренца и параметрического преобразования Галилея совпадают с точностью до (V / c)³.

Итак, миф о том, что имеет место многовременной формализм, преобразование Галилея можно выбросить «на свалку», а классические представления «устарели», разрушен.

3. Преобразование Лоренца без парадоксов

3.1 Новые парадоксы

В физике, как мы уже установили, наиболее распространены два вида отображений материальных объектов в пространстве.

Классическое (мгновенное) отображение. Ещё в школе, решая физические задачи механики, мы привыкли к тому, что положение тела в пространстве в данный момент времени отображается мгновенно (без каких-либо искажений). Такое отображение опирается мгновенную передачу информации. Классическое отображение никогда и ни у кого не вызывало подозрений в некорректности, хотя никто и никогда не предлагал физической модели реализации этого способа.

Отображение с помощью световых лучей. Отображение с помощью световых лучей имеет особенности. Свет (электромагнитные волны) тоже способен переносить и передавать информацию. Однако эта информация в отличие от мгновенного отображения может восприниматься с искажениями. Преобразование Лоренца как раз и описывает такой способ.

Однако эти способы отображения не являются взаимоисключающими. Они взаимосвязаны. Всегда можно перейти от одного способа описания к другому, от мгновенного отображения к отображению с помощью световых лучей и обратно.

Особенность преобразования Лоренца в том, что оно отображает механическое перемещение объектов с помощью световых лучей и даёт отображение, опираясь на принцип постоянства скорости света во всех инерциальных системах. Это обстоятельство накладывает определённые условия на интерпретацию явлений электродинамики.

Отображение с помощью световых лучей (преобразование Лоренца) пространственных отрезков и интервалов времени из одной инерциальной системы отсчёта в другую имеет кинематический характер. Оно, как мы знаем, не связано с реальным изменением отображаемых объектов.

Вернёмся к рис. 5 и обозначим его как рис. 6. Как и при параметрическом преобразовании «переведём» рисунок из системы отсчёта наблюдателя в систему отсчёта неподвижного источника (см. рис. 4). Для этого теперь воспользуемся преобразованием Лоренца. Направление перехода не играет принципиальной роли. Какие величины сохранятся теперь?

Рис. 6 Явления, происходящие в системе отсчёта наблюдателя (параметрическое преобразование Галилея)

Это удивительно, но сохранятся инвариантными те же самые величины, что и при параметрическом преобразовании Галилея! Обозначенные на рис. 6 величины R, R₀, T₀, V и углы, сохраняются неизменными! Меняется лишь направление вектора относительной скорости V.

Вот вам, уважаемые релятивисты, «и свисток» (для размышлений)! Никакой формальной разницы с параметрическим преобразованием Галилея! А причина проста: величины R, R₀, T₀, V в СТО (релятивистам это не было известно! - невежды даже здесь) есть истинные скаляры и они являются всегда инвариантами преобразования Лоренца!

Заметим попутно, что преобразование Лоренца не находится в противоречии с параметрическим преобразованием Галилея. Причина проста. Преобразование Лоренца зависит от скорости относительного движения инерциальных систем, а она является инвариантом параметрического преобразования Галилея! А какой выход из этой ситуации?

3.2 Лоренц против Эйнштейна (гипотеза)

Историки науки и биографы, как правило, избегают описания личных конфликтов, возникающих между учёными. Но конфликты явные или скрытые существуют всегда. А. Пуанкаре первым выдвинул идею обобщения принципа относительности Галилея на все явления природы, включая электромагнитные (1904 г.). Процитируем [6]:

В 1935 году на русском языке был издан сборник работ классиков релятивизма «Принцип относительности». В отличие от подобного же немецкого издания он содержал основную работу Пуанкаре «О динамике электрона». Редакторы сборника В.К. Фредерике и Д.Д. Иваненко подчёркивали, что эта статья Пуанкаре «содержит в себе не только параллельную ей работу Эйнштейна, но в некоторых своих частях и значительно более позднюю - почти на три года - статью Минковского, а отчасти даже превосходит последнюю». Факт забвения этой фундаментальной работы расценивался ими как не имеющий аналогов в современной физике.

Известно, что Пуанкаре щедро раздавал свои идеи для их последующего развития (но не для присвоения!). Он не унизился до склочных разборок о приоритете. Цитируем дальше [6]:

...Молчание его по отношению к Эйнштейну и Минковскому не имеет прецедента. Оно выглядело вопиющим и говорило красноречивее всяких слов. Такой поступок со стороны прославленного учёного мог быть вызван только глубоко принципиальными соображениями. Конечно, он не изменил своим богам, не унизился до болезненной национальной конкуренции. В его внутреннем мире существовали ценности, не подлежащие девальвации.

Это не единственный случай «забывчивости» А. Эйнштейна и любви к заимствованиям [7]. Вспомним, например, «статистику Бозе - Эйнштейна», «уравнение Смолуховского - Эйнштейна», «эффект Эйнштейна - де Гааза» и т.д. Принимая во внимание ум и деликатность Пуанкаре, позволю высказать следующую гипотезу. Ранее Пуанкаре писал о том, что преобразование Лоренца образует группу.

Можно предположить, что Пуанкаре позже установил «неприятный факт»: группа преобразований Лоренца не обладает коммутативными свойствами. В отличие от преобразования Галилея некоммутативность группы Лоренца порождает не только трудности в объяснении явлений, но и возможный научный тупик. Необходимо было искать иные варианты и пути. Это прекрасно понял Пуанкаре. Он оставил Эйнштейну свободу разбираться в проблемах, не составляя ему конкуренции на ложном пути. Эйнштейн «заглотил наживку».

А теперь процитируем выдержки из [6]:

В связи с приглашением Эйнштейна на должность профессора Высшего политехнического училища в Цюрихе в конце 1911 года на имя Пуанкаре поступила просьба высказать своё мнение о молодом коллеге. Ответ Пуанкаре интересен тем, что он представляет собой единственный дошедший до нас отзыв авторитетнейшего в то время учёного об Эйнштейне, научная карьера которого только ещё начиналась:

«Г-н Эйнштейн - один из самых оригинальных умов, которые я знал; несмотря на свою молодость, он уже занял весьма почётное место среди виднейших учёных своего времени. То, что нас больше всего должно восхищать в нём, - это лёгкость, с которой он приспосабливается (s'adapte) к новым концепциям и умеет извлечь из них все следствия...»

Далее он пишет:

«...Поскольку он ищет во всех направлениях, следует ожидать, наоборот, что большинство путей, на которые он вступает, окажутся тупиками; но в то же время надо надеяться, что одно из указанных им направлений окажется правильным, и этого достаточно.

Пуанкаре галантно по-французски подставил Эйнштейна, фактически подтолкнув его к использованию группы Лоренца и развитию СТО. Он понимал, что это заведомо тупиковый путь.

Цитата из [6]:

...при выводе самих преобразований Лоренца он непосредственно использовал сопоставление с обратным преобразованием. Однако Пуанкаре ни одним словом не пояснил, что из этого свойства группы Лоренца вытекает обратимость всех необычных свойств новых пространственно-временных соотношений. В своём теоретическом трактате он обошёл этот вопрос молчанием (некоммутативность преобразования! - В.К.), хотя его более ранние работы содержали все необходимые данные, чтобы прийти к такому выводу.

Авторы [6] А.А. Тяпкин и А.С. Шибанов также не поняли сути обратимости и сути шага Пуанкаре.

Пуанкаре обычно возвращался к нерешённым задачам. Возможно, он стал бы искать и нашёл новый альтернативный путь в этом направлении. Однако преждевременная смерть (1912 г.) прервала его исследования. Одновременно в судьбу интерпретации преобразования Лоренца вмешалась политика. В Европе возникло национальное движение с целью создания Еврейского государства.

Сионистское движение поставило своей целью решить «еврейскую проблему», рассматривая её как проблему национального меньшинства, беспомощного народа, уделом которого являются погромы и преследования, у которого нет собственного дома, которого всюду подвергают дискриминации, указывая на его чуждость. Сионизм пытался добиться решения этой проблемы путём возвращения евреев в «исторический дом» в стране Израиля. В сионизме имел место синтез целей: освобождения и единства, ибо цель состояла как в освобождении евреев из-под угнетающей их власти, так и в восстановлении единства евреев через собирание еврейских диаспор со всего мира на их Родине. [Статья «Сионизм», Википедия]

Это движение имело ясную цель, своих лидеров, но ему были необходимы знаковые фигуры, национальные герои. Эйнштейн, как говорят, оказался в нужном месте в нужное время. Организация, используя свои экономические и политические связи, помогла ему выйти в знаковые фигуры.

Я полагаю, что изложенная выше гипотеза имеет право на жизнь. Учёные (современники Пуанкаре и более молодые) не поняли изящного тактического хода Пуанкаре. Они оказались на голову ниже его, хотя бы в математическом плане.

Несовершенство и противоречивость СТО Эйнштейна вызывали критику со стороны многих учёных. И вот здесь экономические и политические связи позволили не просто защитить Эйнштейна и его теории от критики, но и запретить критику теории относительности в физических журналах мира. Россия оказалась, как всегда, впереди планеты всей. Была создана «Комиссия по борьбе с лженаукой», в которой критика СТО принципиально не считается научной по определению.

Сионистское движение достигло своей цели - создания Израильского государства (во многом благодаря позиции СССР). Однако выбор знаковой фигуры оказался не очень удачным. Но хуже оказался тот вред, который был нанесён развитию науки из-за некомпетентного политического вмешательства в науку.

СТО - это глубоко ошибочная теория. Но кто виноват?

Менее всех виноват Эйнштейн. У него были идеи, и он имел право их высказывать для обсуждения.

Более всех виновны политики, которые, не убедившись в корректности СТО, занялись рекламой СТО и обработкой учёных для своих политических целей. В результате фундаментальная физика оказалась в тупике.

Не в меньшей мере виновны и те «учёные», которые приняли на веру, без проверки, точку зрения Эйнштейна, создали препятствия для обсуждения СТО, а некоторые даже фальсифицировали результаты экспериментов, чтобы укрепить веру в справедливость СТО. Они фактически превратили физику в религию, где правят не логика и здравый смысл, а вера в авторитеты.

В меньшей мере виновны противники СТО, которые не могли привести убедительных аргументов.

У баранов есть удивительное свойство. Они близоруки и видят травку только у себя под носом. Им «не хватает кругозора». Учёные-релятивисты напоминают стадо баранов. Они отвергли материалистическую философию, не имеют материалистического мировоззрения и, как следствие, стратегического мышления. Подобно стаду они шествуют туда, куда их послал Эйнштейн.

3.3 Некоммутативность

Итак, мы имеем 2 подхода для объяснения световых явлений.

Первый подход аналогичен рассмотренному ранее параметрическому преобразованию Галилея. Пространство общее для инерциальных систем, а время для них едино. Искажения обусловлены относительным движением источника света и наблюдателя, а также конечной величиной скорости света. Относительная скорость в силу этого определяется классическим правилом параллелограмма. Отличие лишь в формулах преобразования. В преобразование Лоренца входит время. Этот вариант будет подробно рассмотрен позже.

Второй подход строится иначе. С лёгкой руки Лоренца и Фитцджеральда, а позднее Эйнштейна, возникла гипотеза о том, что при относительном движении искажаются пространственно-временные отношения между двумя инерциальными системами отсчёта. Например, чтобы найти относительную скорость движения, мы должны ввести 4-вектор скорости наблюдателя и матрицу преобразования Лоренца, зависящую от скорости источника света. Их произведение позволит определить 4-вектор относительного движения. Пуанкаре, как математик, сразу же обнаружил, что преобразования Лоренца образуют группу. Таким образом, первый подход выпал из поля зрения исследователей.

Итак, что могло не устроить Пуанкаре в некоммутативном характере группы преобразований Лоренца позже? Почему он усомнился в корректности второго варианта, ещё не зная о первом? Рассмотрим небольшой пример.

Пусть имеются две инерциальные системы отсчёта. Относительная скорость систем равна V. В движущейся штрихованной системе отсчёта 4-вектор есть [R'₄], т.е. (x'; y'; z'; ict'). В неподвижной 4-вектор есть [R₄], т.е. (x; y; z; ict).

Матрица преобразования L[V₄] связывает 4-вектор обеих систем [R₄] = [L(V)] [R'₄]. Мы можем пересчитать 4-координаты движущейся (штрихованной) системы в 4-координаты неподвижной системы.

Для обратного перехода существует матрица обратного преобразования [L(V)]-¹ = [L(-V)], т.е. должно иметь равенство [L(V)] [L(V)]-¹ = [L(V)] [L(-V)] = [E], где [E] - единичная диагональная матрица.

На первый взгляд, кажется, что здесь нет проблем. Опираясь на этот подход, как утверждают, Пуанкаре получил формулы для прямого и обратного преобразования до Эйнштейна. Проверим, всегда ли это имеет место.

Обратимся к рис. 7. На нём изображена движущаяся со скоростью V материальная точка. Наблюдатель её видит под углом наблюдения И.

Рис. 7 Радиальная и нормальная компоненты скорости

Вектор скорости движущейся точки можно разложить на две составляющие. Одна направлена к наблюдателю, а вторая составляющая имеет перпендикулярное к ней направление.

Преобразование Лоренца будет равно произведению двух матриц преобразования, каждая из которых зависит только от одной составляющей скорости. В зависимости от того, какую из матриц [L(V_R)] или [L(V_T)] мы поставим первой, мы получим две разных матрицы перехода из одной инерциальной системы отсчёта в другую:

[L₁(V)] = [L(V_R)] [L(V_T)] и (3.1)

[L₂(V)] = [L(V_T)] [L(V_R)] (3.2)

Матрицы [L₁(V)] и [L₂(V)] различны. Конечно, используя конвенционализм, мы можем выбрать и постулировать, например, первый вариант, т.е. [L₁(V)] = [L(V_R)] [L(V_T)].

Имеем

[R₄] = [L₁(V)] [R'₄] = [L(V_R)] [L(V_T)] [R'₄] (3.3)

Теперь попробуем вернуть 4-вектор [R₄] в штрихованную (движущуюся) систему отсчёта, используя матрицу обратного преобразования:

[L₁(V)]-¹ = [L(V_R)] -¹ [L(V_T)] -¹ = [L(-V_R)] [L(-V_T)] (3.4)

Получим, используя (3.3) и (3.4),

[R"₄] = [L₁(V)]-¹ [R₄] = [L(-V_R)] [L(-V_T)] [R₄] =

...