Волновой вариант теории Ритца

23

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Волновой вариант теории Ритца

Кулигин В.А., Кулигина Г.А., Корнева М.В.

Аннотация

ритц классический релятивистский волна

Рассматриваются противоречия между классической и релятивистской теориями. Обсуждаются различные варианты замены СТО. Предлагается видоизмененный вариант теории Ритца, в котором волна сохраняет свою скорость неизменной в любой инерциальной системе отсчета.

1. Классические и релятивистские теории

В работе [1] мы поставили вопрос: «Какая теория заменит СТО?». Здесь мы продолжим обсуждение этой темы. Теория Ньютона, которая до конца 19 века была основой современной физики, опиралась на следующие представления о пространстве, времени и взаимодействии:

1 Время однородно, никакими экспериментами невозможно обнаружить изменение темпа времени. Время едино для всех систем отсчета.

2 Пространство в любой системе отсчета однородно и изотропно. Оно является общим для всех систем отсчета. В частности, переход наблюдателя из одной инерциальной системы отсчета в другую систему не влияет на пространственно-временные отношения.

3 Взаимодействие материальных объектов имеет объективный характер и не зависит от субъективного выбора наблюдателем системы отсчета.

4 В рамках теории Ньютона возможны любые скорости движения материальных тел и волн.

5 Преобразование Галилея обладает коммутативными свойствами. Переход из одной системы отсчета в другую не зависит от выбора пути (и от скорости перемещения) и не влияет на взаимодействие материальных объектов.

6 Единство пространства и времени для всех систем отсчета есть необходимое условие равноправия инерциальных систем.

На рубеже 19 - 20 веков в связи с новыми открытиями разразился кризис физики. По существу это был кризис философии физики, который привел к созданию специальной теории относительности, альтернативу которой мы будем здесь рассматривать, и квантовых теорий. Действительно, любая интерпретация математического формализма или экспериментальных результатов всегда опирается на вполне определенное миропонимание (мировоззрение). Эфир, например, есть гипотетическая модель, предназначенная для объяснения физических явлений. Но ведь эфир это далеко не единственная возможность, чтобы строить объяснения физических явлений. Существуют: модель Лоренца-Фитцджеральда, модель Эйнштейна (СТО), модель Ритца и другие модели. Важно найти верную модель, которая не противоречила бы общечеловеческому опыту (мировоззрению и экспериментам).

Многие ученые (и мы в их числе) уже неоднократно высказывались относительно мировоззренческой несостоятельности Специальной теории, некорректности ее математического формализма, несоответствии этой теории ряду экспериментальных результатов. Например, нет концептуальной (понятийной) связи между классической механикой Ньютона и релятивистской механикой. Апологеты СТО постоянно пытаются «доказать» существование такой «связи», но все эти «доказательства» можно назвать некорректными (жульничеством). Действительно, сравнивая классическую и релятивистскую механики легко заметить принципиальные различия между ними. В рамках СТО:

1 Время не является единым для всех инерциальных систем отсчета. Темп течения времени для разных инерциальных систем различен. Это различие носит сугубо субъективный характер (например, парадокс близнецов), поскольку нельзя указать конкретно в какой системе отсчета время течет быстрее.

2 То же самое можно сказать и о пространстве. В рамках СТО оно не является единым и общим для различных инерциальных и неинерциальных систем отсчета и зависит от субъективного выбора системы отсчета наблюдателем. Например, пространство движущейся системы отсчета не изотропно по отношению к пространству неподвижной.

3 В рамках СТО равноправие инерциальных систем постулируется, но не реализуется (см., например, п.1 и п.2).

4 Взаимодействие материальных объектов зависит от субъективного выбора наблюдателем инерциальной системы отсчета.

5 Преобразование Лоренца не коммутативно, что приводит к новым парадоксам (парадокс Томаса, например) и т.д.

Содержание понятий: взаимодействие и пространственно-временные отношения - всегда являлось фундаментом мировоззренческих позиций ученого. Хотя об этом прямо и не говорится, но по существу именно эти философские (мировоззренческие) проблемы были и остаются главным предметом обсуждения уже более ста лет. Большинство физиков скептически или негативно относятся к философии естествознания и философам, занимающимся проблемами науки. Это связано с тем, что практически не осталось философов, способных дать последовательный гносеологический анализ физических теорий. Их работы представляют собой низкопробное ремесленничество, поскольку материалистическое мировоззрение в современной науке и ее философии уступило место позитивизму и эклектике [2]. Ремесленников в философии много, но настоящих философов мало. Не зря говорят, что нужно родиться философом. По этой причине мы будем ссылаться в основном на результаты наших исследований, которые опираются на материалистическую теорию познания объективной истины [3].

2. Обоснования для критических замечаний

Выше мы перечислили несколько пунктов, которые разделяют релятивистские теории и классические. По существу их гораздо больше. Эти замечания возникли не на пустом месте и имеют свое основание.

Начнем мы с вопроса о равноправии инерциальных систем отсчета в СТО. Как было показано в работе [4] в эйнштейновской теории действительное равноправие инерциальных систем не реализуется. Причиной тому является нарушение единства времени и общности пространства для инерциальных систем отсчета. Именно фактическое нарушение пространственно-временных отношения и послужило причиной появления многочисленных парадоксов и противоречий в СТО. Анализ показал, что большинство этих «парадоксов», т.е. логических противоречий имеют общую структуру, независимую от рассматриваемых физических явлений [5]. А это признак того, что научная теория содержит гносеологическую ошибку (т.е. теория дает «сбой» - приводит к неверной интерпретации физических явлений). В то же время, как было показано в [4], даже в рамках преобразования Лоренца путем изменения интерпретации этих преобразований (= устранения гносеологической ошибки) может быть достигнуто действительное равноправие инерциальных систем. Иными словами, даже в рамках преобразования Лоренца время может быть единым, а пространство общим для всех инерциальных систем отсчета.

Перейдем теперь к математическому формализму СТО. Рассмотрим связь классических и релятивистских представлений, т.е. переход от релятивистских к классическим теориям. Этот переход математически возможен при скорости света, стремящейся к бесконечности. Только при этом условии волновое уравнение формально превращается в уравнение Пуассона. Известно, что скорость света обратно пропорциональна квадратному корню из произведения магнитной и диэлектрической постоянных. Если мы устремим магнитную проницаемость к нулю (тогда скорость света будет бесконечной), но мы потеряем описание магнитостатических явлений, если же устремим к нулю диэлектрическую постоянную, то не сможем описать явления электростатики. Таким образом, предельный переход невозможен, а обратное утверждение является предрассудком, т.е. закоренелым заблуждением, от которого необходимо освободиться.

Как было установлено в работе [6], уравнения Максвелла остаются инвариантными относительно широкого класса преобразований, родственных преобразованию Лоренца. Обозначим их KLT. Любое из преобразований этого класса сохраняет скорость света неизменной в любой инерциальной системе отсчета. Среди них имеются преобразования, допускающие движения частиц со скоростями, превышающими скорость света в вакууме. Здесь возникает проблема экспериментальной проверки: какое конкретное преобразование из класса KLT имеет место в действительности? На этот вопрос наука пока не дала ответа. Она и не ставила этот вопрос.

Был проанализирован релятивистский вариационный принцип, развивавшийся Пуанкаре, Лоренцем, Минковским. Результат анализа оказался поразительным: релятивистский интеграл действия не имеет экстремумов [7]. Иными словами, в рамках СТО принцип наименьшего действия не имеет места быть! Именно этот результат объясняет неоднозначность релятивистских уравнений движения и законов сохранения. Например, к релятивистскому уравнению движения можно всегда добавить любые выражения, ортогональные вектору 4-скорости du_i и записать для той же задачи серию новых уравнений движения. Это принципиально несовместимо с требованием однозначности решения физических задач и с вариационными основами классических теорий.

Как известно, теория относительности Эйнштейна опирается на свой фундамент - уравнения Максвелла в калибровке Лоренца. Было бы несправедливым обойти этот факт, не проведя ревизию уравнений электродинамики. Как оказалось [8], [9], уравнения Максвелла в калибровке Лоренца хорошо описывают поперечную электромагнитную волну, но совершенно не способны описать квазистатические явления электромагнетизма! Причина в том, что энергия поля скалярного потенциала в рамках калибровки Лоренца отрицательна, хотя при описании квазистатических явлений мы считаем ее положительной. Введение кулоновской калибровки не корректно, а потому не спасает положения. Как следствие, квазистатические явления должны описываться специальной группой уравнений, относящихся к эллиптическому типу (уравнения Пуассона). Но эти уравнения опираются на мгновенное взаимодействие (не важно: близкодействие или дальнодействие). Последнее обстоятельство несовместимо ни с постулатами Эйнштейна, ни с пресловутым «корпускулярно-волновым дуализмом».

Мы могли бы и далее продолжить это обсуждение. Но уже этих фактов достаточно, чтобы сделать некоторые выводы. Во-первых, СТО не является научной теорией и должна подвергнуться радикальному пересмотру. Во вторых, апологеты СТО могут, конечно, правильно записывать «крестики и нолики», манипулировать с символами и т.д. Но это всего лишь умение «играть в кубики» в рамках математического формализма, т.е. поверхностное знание. Попытки противников СТО выйти на обсуждение основ этой теории всегда наталкивались на обструкцию [10] со стороны сторонников СТО, на стремление прикрыться именем Гения (Эйнштейна), избегая дискуссий. Не удивительно, что этому «щиту» тоже досталось от противников СТО [11], [12], [13].

О глубоком понимании сути явлений здесь говорить не приходится. Сказанное относится не только к модераторам различных форумов, действия которых направлены на то, чтобы «выпустить пар» из критиков теории Эйнштейна. Это относится и к тем профессорам, преподающим теорию относительности и релятивистскую электродинамику, которые ради «повышения качества» освоения СТО запугивают студентов: «если не понимаешь СТО, ты - дурак, и в физике тебе делать нечего!». Это в равной мере относится и к различным лауреатам Нобелевских и иных премий в области физики.

3. Конкурирующие гипотезы

Развитие физики на рубеже 19-20 веков это драматическая и захватывающая борьба мировоззрений в области философии естествознания. С одной стороны, существовала классическая механика с преобразованием Галилея и классическими пространственно-временными отношениями. С другой - электродинамика Максвелла, которая «не хотела» вписываться в рамки традиционной физики. Волновой характер полей, определяемый уравнениями Максвелла в калибровке Лоренца, породил идею о чисто электромагнитной (= волновой) природе вещества. Следовательно, необходимо было каким-то образом совместить электродинамику и классическую механику, опиравшуюся на мгновенный характер взаимодействий. В этот период А. Пуанкаре формулирует философский принцип (обобщение принципа относительности Галилея), суть которого сводится к следующему: любые законы природы не должны зависеть от выбора инерциальной системы отсчета. Здесь возникает ситуация, которая хорошо описана в статье [14].

Попробуем разобраться логически в этой ситуации.

Первая проблема, в которой нам следует определиться, может быть сформулирована следующим образом: является ли электромагнитная волна самостоятельным видом материи или же она представляет собой распространение колебаний (волн) в некоторой среде - эфире. На этот вопрос, мы полагаем, необходимо дать следующий ответ. Представление об эфире (независимо от его модели: газоподобной, жидкостной или твердотельной) всегда связано с некоторой выделенной (абсолютной) системой отсчета, связанной с эфиром. Законы природы, записанные для этой системы отсчета, будут отличаться от законов, которые написаны для системы, движущейся относительно эфира. Здесь невольно напрашивается аналогия с геоцентрической системой Птолемея (эфир - своеобразный «пуп Вселенной»). Этот факт находится в противоречии с философским принципом относительности Галилея-Пуанкаре. Не удивительно, что ученые отказались от этого варианта, хотя даже сейчас имеются многочисленные сторонники этой гипотезы.

Вторая проблема. Она должна дать ответ на следующий вопрос: электромагнитная волна и материальные тела суть одно и то же (один и тот же вид материи) или же они различны? Ответ на этот вопрос важен. Если они едины по своей природе, то и преобразования при переходе из одной инерциальной системы отсчета в другую должны быть одинаковыми и для волны, и для материальных тел. Можно предположить, что мысль о единой, «чисто» электромагнитной природе вещества в свое время сыграла большую роль. Эйнштейн установил новый фундамент физики, такой, что законы электродинамики сохраняли свою форму, но зато законы механики были изменены, т.е. «подогнаны» под преобразование Лоренца. Законы механики и электродинамики (согласно СТО) должны иметь ковариантную форму. По существу Эйнштейн реализовал идею: «свойства частиц тождественны свойствам волны». В противовес точке зрения Эйнштейна, Ритц выдвинул баллистическую гипотезу (эмиссионную теорию). Он считал, что законы механики и преобразование Галилея должны быть сохранены, но электродинамику необходимо подвергнуть радикальному пересмотру: в ней скорость света должна зависеть от скорости движения источника и будет различна в разных системах отсчета. В теории Ритца элемент волны должен вести себя подобно материальной частице.

Специальная теория относительности была принята научным сообществом без серьезного гносеологического и научного анализа. Более того, авторитету А. Эйнштейна и его теории способствовали приемы, которые теперь принято называть «пиаром». Он и его теория были «раскручены» теми же методами, которые сейчас используют политики, «звезды» телевидения и эстрады. Такова природа позитивизма в науке [15], ведущая к прагматизму, т.е. толкающая людей к «славе и успеху» любой ценой, даже в ущерб научной истине. Здесь логично было бы поставить вопрос о нравственных устоях в науке, но эта большая и болезненная тема выходит за рамки статьи.

Сейчас научное сообщество постепенно начинает осознавать, что СТО есть тупиковое развитие физики. В еще больший тупик завела гипотеза Эйнштейна об эквивалентности инерциальной и гравитационной масс и ОТО, созданная на ее основе. Сторонники этой гипотезы утверждают, что эквивалентность была проверена с высокой точностью. А кто может гарантировать, что этих сторонников не ждет конфуз при еще более высокой точности измерений? На почве ОТО возникли и развиваются схоластические направления (многомерные пространственно-временные континуумы, струны, суперструны и т.п.), далекие от экспериментальных основ физики. Третья идея - создание Единой теории, объединяющей четыре взаимодействия. Но ограничиваются ли взаимодействия в природе только четырьмя видами? Нет, конечно. Будут открыты и другие виды взаимодействий. Природа неисчерпаема своими проявлениями. Среди физиков есть физики-экспериментаторы, а есть физики-теоретики. Последние, видимо, самонадеянно решили взвалить на свои плечи роль Бога = Природы, полагая, что этим Великим Объединением содержание физики будет исчерпано. Понимая бесплодность эйнштейновских гипотез, некоторые ученые обращаются к теории Ритца, пытаясь приспособить ее для объяснения физических явлений (см., например, [16], [17]).

4. Новое объяснение релятивистских явлений (волновой вариант теории Ритца)

Мы шли своим путем, логическая суть которого вытекает из предыдущего анализа. Теория относительности Эйнштейна была квалифицирована нами, как субъективно-идеалистическая, и отброшена.

Анализируя свойства волны и частиц, мы установили, что материальные объекты и электромагнитная волна являются самостоятельными видами материи, каждый из которых обладает своими уникальными свойствами. Следующий логически обусловленный шаг: каждому виду материи должно соответствовать свое преобразование (для материальных тел - преобразование Галилея, а для электромагнитной волны - преобразование KLT). Когда публиковалась работа [1], мы еще не до конца понимали связь нашего подхода с теорией Ритца. Такая связь есть.

Действительно, если в эмиссионной теории Ритца волна подчиняется преобразованию KLT вместо преобразования Галилея, то мы приходим к «Новому объяснению релятивистских явлений» [18]. Может показаться, что это есть СТО только для электромагнитной волны (в «усеченном варианте»). На самом деле это не так, и нам необходимо сделать некоторые пояснения.

Во-первых, в рамках волновой теории Ритца время едино для всех инерциальных систем отсчета и материальных объектов, в том числе и для волны.

Пространство также является общим для всех систем отсчета и объектов.

Все инерциальные системы равноправны.

Для материальных тел справедливо преобразование Галилея, а их движение не ограничивается скоростью света, и они могут иметь любую скорость. Мгновенное взаимодействие не запрещается.

В отличие от материальных тел волна подчиняется одному из преобразований, принадлежащих KLT. Преобразование KLT, сохраняющее форму волнового уравнения неизменной, имеет вид [6]:

Функция f(v/c) должна быть нечетной относительно своего аргумента. Конкретный вид функции преобразования f(v/c) еще предстоит определить экспериментально. В некоторых наших работах мы задавали конкретный вид функции f(v/c) = v/c.

В волновой теории Ритца нештрихованные переменные относятся к системе отсчета наблюдателя или к системе отсчета, связанной с движущимся материальным телом, на которое воздействует волна. Это есть «искаженное отображение» (явление) временных и пространственных интервалов, связанных с волной, в систему отсчета наблюдателя (см. [3], [4], [19] и др.). Штрихованные переменные относятся к системе отсчета, связанной с источником излучения электромагнитной волны. Они отражают сущностные характеристики электромагнитной волны (не искаженные движением источника относительно наблюдателя). Систему отсчета, связанную с этим источником, мы будем именовать условно абсолютной.

Как мы видим, в KLT входит относительная скорость, т.е. скорость источника электромагнитной волны относительно наблюдателя или объекта, с которым волна взаимодействует. При переходе наблюдателя в другую систему отсчета эта относительная скорость определяется классическим способом (правило параллелограмма, преобразование Галилея). Соответственно, меняется вид матрицы KLT (проекции на оси координат). При этом компоненты поля преобразуются соответствующим образом с помощью этой матрицы.

Таким образом, последовательное применение двух преобразований KLT в этой теории исключается и некоммутативность KLT не проявляется.

Скорость света в любой инерциальной системе постоянна, а скорости движения материальных тел не ограничены этой скоростью.

Взаимодействие двух тел, расположенных на расстоянии, зависит только от относительного расстояния и относительной скорости взаимодействующих объектов. Ниже мы рассмотрим подробно содержание понятия «взаимодействие».

5. Независимость взаимодействия от наблюдателя

Поскольку волна подчиняется не преобразованиям Галилея, а одному из преобразований KLT, мы дадим некоторые пояснения. Допустим, что источник света и наблюдатель движутся относительно друг друга. В системе отсчета, связанной с источником излучения волны, частота излучения равна f, а расстояние между наблюдателем и наблюдаемым источником излучения R изменяется.

R' = R + v t;

где v - скорость движения наблюдателя относительно источника волны.

Рассмотрим, что будет видеть наблюдатель в своей собственной системе отсчета.

1 Он заметит, что изменилась частота f `и амплитуда колебаний наблюдаемого источника по сравнению с теми же величинами в системе отсчета неподвижного источника. Изменение частоты (явление) есть известный эффект Доплера. Но это изменение частоты мы никак не связываем с эффектом «замедления времени» (интерпретацией, характерной для СТО). Этот эффект обусловлен скоростью движения и специфическими свойствами волны, а не изменениями пространства и времени.

2 После измерения кривизны фронта световой волны наблюдателю будет казаться, что объект находится «дальше или ближе», чем в системе отсчета, связанной с источником излучения в тот же момент времени. И в этом явлении нет никаких «изменений пространства», характерных для СТО. Это кажущееся изменение расстояния. Точно такой же эффект возникает при наблюдении Луны в бинокль. Фронт волны изменился - изменилось наблюдаемое расстояние до объекта, изменился поперечный размер объекта. Было бы абсурдом утверждать, что бинокль «сжал» расстояние (пространство) до наблюдаемого объекта (подобно тому, как следствия преобразования Лоренца интерпретируются в СТО). Здесь совершенно не принципиально: какие причины привели к искажению фронта волны. Эффект одинаков.

3 Наблюдатель также заметит, что наблюдаемое угловое положение объекта отличается от действительного (явление). И вновь мы связываем это не с изменением пространственно-временных отношений в различных системах отсчета, а с явлением аберрации. Никаких специальных «релятивистских эффектов» и поправок на них вводить не нужно.

4 Рассмотрим еще один пример. Пусть мимо нас движется волна с фазовой скоростью, равной скорости света в вакууме. Пусть в том же направлении мимо нас пролетает частица, которая имеет такую же скорость, что и волна. Нам будет казаться, что они движутся вместе и частица покоится в точке поля волны с постоянной фазой. Но если мы переместимся в систему отсчета, связанную с частицей, то обнаружим, что волна опять имеет фазовую скорость, равную скорости света в вакууме. Парадокс? Но таковы необычные свойства волны, отличающие волну от материальных частиц.

Итак, вся «тяжесть» объяснения релятивистских явлений снимается с пространства и времени и перекладывается на «плечи» электромагнитной волны. Таковы ее свойства, которые «разрешают» характеристикам этой волны меняться при переходе наблюдателя из одной инерциальной системы отсчета в другую. Здесь необходимо правильно применять философию к вопросам естествознания, например, различать, когда мы имеем дело с явлением, а когда с характеристиками сущности [3], и правильно понимать причинно-следственные отношения в природе [20].

Теперь мы можем перейти к описанию взаимодействия волны с частицей. Мы будем опираться на классификацию физических законов, которая дана в Приложении 1.

Взаимодействие заряда и электромагнитной волны происходит в точке, где эти объекты находятся одновременно. Следовательно, если мы знаем поля, создаваемые неподвижным источником излучения, мы их можем «пересчитать» в систему отсчета, которая будет являться сопутствующей для заряда. Именно эти значения полей будут воздействовать на частицу. Взаимодействие (как силовое воздействие, так и работа) будет определяться движением заряда относительно волны. При этом будет меняться не только импульс и кинетическая энергия заряда, но в результате взаимодействия возникнет новая волна, обусловленная взаимодействием [21], [22] (переизлучение). Это переизлучение связано не с ускорением заряда, как пишется в современной физической литературе, а со скоростью движения заряда относительно волны. Например, в системе отсчета, связанной с фазой волны работа будет равна evA(V;r), где v - скорость относительного движения заряда относительно фазы волны, а V - относительная скорость источника излучения относительно заряда, а r - расстояние между ними. Взаимодействие не будет зависеть от его субъективного выбора наблюдателем системы отсчета, в какой бы системе отсчета он ни находился. Работа, изменение импульса и законы сохранения также не будут зависеть от этого выбора (напомним, что для скоростей используется преобразование Галилея!).

Заключение

Когда-то мы начали свои исследования с простой проблемы СВЧ электроники. Описание взаимодействия заряда и волны в СВЧ приборах О-типа и М-типа оказалось принципиально различным [23] . Желание понять причины привело нас к анализу СТО и КЭД. Дальнейший анализ показал, что решение основных вопросов и проблем немыслимо без применения философии. Поэтому пришлось уделить достаточно много сил и времени анализу самой философии. Но эти усилия оказались не напрасными. Как видно из этой статьи, философских проблем в физике накопилось предостаточно.

Этот физико-философский анализ позволил нам прийти к волновому варианту теории Ритца. Заметим, что при малых скоростях результаты баллистической гипотезы Ритца и ее волнового варианта совпадают. Что касается экспериментального подтверждения, то результатов достаточно много. Но мы хотим сослаться здесь только на одну работу. Это исследования талантливого ученого Брайана Уоллеса «Радарные измерения скорости света в космосе» [24], которые экспериментально опровергают Специальную теорию относительности А. Эйнштейна. Мы полагаем, что именно это направление является в настоящее время перспективным и его следует развивать.

Приложение

Прежде, чем перейти к описанию взаимодействия зарядов между собой, заряда с волной и т.д., мы должны разобраться с понятием “взаимодействие” и познакомиться с классификацией физических законов. Понятие ”взаимодействие” играет в физике фундаментальную роль. Мы не сможем обнаружить объект до тех пор, пока он не взаимодействует с каким-либо другим объектом. В Большой Советской энциклопедии можно прочесть:

“Было доказано, что взаимодействие электрически заряженных частиц осуществляется не мгновенно и перемещение одной заряженной частицы приводит к изменению сил, действующих на другие частицы, не в тот же момент времени, а лишь спустя конечное время. В пространстве между частицами происходит некоторый процесс, который распространяется с конечной скоростью. Соответственно существует “посредник”, осуществляющий взаимодействие между заряженными частицами. Этот посредник был назван электромагнитной волной”

Этот предрассудок, “объединяющий” поля зарядов и поля электромагнитных волн в единое целое без учета различия их свойств, широко распространен в современной физике. Причина в том, что релятивисты “не заметили” принципиального различия между волной и полями зарядов. Они пользуются мгновенно действующими потенциалами, даже не подозревая этого [25].

Чтобы объяснить принципы, положенные в основу классификации, напомним некоторые положения физики, касающиеся принципа относительности.

1 Принцип относительности Галилея: “Прямолинейное и равномерное движение системы отсчета не влияет на ход механических процессов в системе”.

2 Принцип относительности Галилея-Пуанкаре “Все физические процессы при одинаковых условиях протекают одинаково во всех инерциальных системах отсчета” [18].

Вторую формулировку можно рассматривать как обобщение принципа относительности Галилея на любые процессы в природе. Но правильная формулировка требует правильной реализации. Примером может служить правильное утверждение о наличии у заряда электромагнитной массы и неверная реализация, опиравшаяся на использование вектора Пойнтинга за границами его применимости [25].

Эйнштейн реализовал этот принцип следующим способом. Он взял за основу уравнения Максвелла (в калибровке Лоренца), а в качестве преобразования использовал преобразование Лоренца, относительно которого уравнения Максвелла были инвариантны. Классическая механика была “подправлена” так, чтобы при малых скоростях математический формализм релятивистской механики как бы переходил в математический формализм механики Ньютона. Преобразование Лоренца было распространено на все без исключения процессы в природе. Однако это обобщение привело к трудностям:

1 Из теории познания известно, что любое конкретное физическое положение (теория, уравнение, закон и т.д.) всегда имеет границы применимости, за которыми оно теряет свою силу. Это положение касается преобразования Галилея, преобразования Лоренца (и, разумеется, СТО). Каждое преобразование отвечает за свою область. В физике не было и не может существовать абсолютных истин типа «постулатов Эйнштейна».

2 Математический формализм релятивистской механики оказался некорректным. Релятивистский вариационный принцип не позволял однозначно найти уравнение движения частиц и поля в электродинамике.

3 Релятивистская механика сразу же столкнулась с трудностями в объяснении физических явлений (например, “парадокс рычага”). Она внесла массу гносеологических ошибок в ньютоновскую механику. Классическое понятие “взаимодействие” подверглось существенной ревизии.

Содержание этого понятия мы сейчас и обсудим. Рассмотрим два объекта, которые взаимодействуют между собой. Это взаимодействие могут наблюдать несколько наблюдателей, находящихся в различных инерциальных системах отсчета. Зависит ли взаимодействие от того, какую систему отсчета выбрал себе наблюдатель?

Правильный ответ на этот вопрос означает правильность реализации принципа относительности Галилея и его обобщения на любые процессы. Разумеется, сами наблюдатели не могут влиять на процессы, сопровождающие взаимодействие.

Механика Ньютона отвечает на этот вопрос отрицательно. Взаимодействие тел протекает объективно, независимо от числа наблюдателей и от их выбора инерциальных систем отсчета. Напротив, релятивистская механика дает положительный ответ: взаимодействие зависит от такого выбора. Итак, содержательная (концептуальная) сторона отношения “наблюдатель - взаимодействующие объекты” в этих механиках принципиально различна.

Если взаимодействие действительно имеет объективный характер (не зависит от волевого выбора инерциальной системы отсчета), тогда релятивистская механика оказывается гносеологически несостоятельной теорией, т.е. неверной реализацией и обобщением принципа относительности Галилея.

Для формулировки классификации законов необходимо теперь познакомиться с признаками, отличающими два термина: “явление” и “сущность”. Проиллюстрируем эти различия [3].

Итак, пусть два тела взаимодействуют друг с другом. Чтобы наблюдать это взаимодействие, мы можем выбрать некоторую инерциальную систему отсчета. Относительная скорость v инерциальной системы (например, относительно центра масс тел) и угол наблюдения (t) есть условия наблюдения взаимодействующих тел и измерения параметров, характеризующих взаимодействие.

Все, что зависит от условий (v, ), т.е. то, что мы видим и измеряем в избранной системе отсчета, есть совокупность явлений и их характеристик. Явление зависит от условий его наблюдения. Однако сам процесс взаимодействия объективен, т.е. не зависит от этих условий.

Сущность совокупности наблюдаемых явлений есть такое описание взаимодействия, которое не зависит от условий наблюдения явлений, т.е. от выбора инерциальной системы отсчета.

Мы не можем видеть сущность непосредственно. Переход от совокупности явлений к формулировке сущности сложен. Если головы исследователей “забиты предрассудками” и догмами, или же если явлений недостаточно и они содержат не всю необходимую информацию, то исследователи рискуют дать неверный ”портрет” сущности.

Здесь следует помнить правило, сформулированное Гегелем: “Сущность является. Явление существенно”. Иными словами, сущность проявляется через явления, а явление содержит зерна и черты сущности, т.е. такие инвариантные характеристики, которые не зависят от условий наблюдения взаимодействия [3].

После этих пояснений мы можем перейти к классификации физических законов. В соответствии с принципом относительности Галилея-Пуанкаре мы можем утверждать, что законы природы не зависят от выбора наблюдателем инерциальной системы отсчета (имеют «сущностный» характер). Как следствие математическая форма уравнений также не должна зависеть от такого выбора. Но принцип относительности ничего не говорит о переменных, входящих в уравнения, на которые действуют математические инвариантные операторы. Некоторые переменные могут зависеть от выбора системы отсчета. Это характеристики явлений. Другие не зависят от этого выбора. Они - характеристики сущности. Классификация законов опирается на это различие [3].

1 Уравнения непрерывности. Форма закона (уравнения) остается неизменной относительно преобразования координат и времени, т.е. не зависит от выбора инерциальной системы отсчета. Но сами переменные, входящие в уравнения (например, потенциалы), зависят от него. Здесь имеет место отображение (проецирование) этих переменных из системы отсчета источника, создающего поля и потенциалы, в систему отсчета, связанную с наблюдателем. Примером могут служить уравнение непрерывности для тока, некоторые законы сохранения, уравнение непрерывности для скалярного потенциала (условие калибровки Лоренца), уравнения Максвелла, инвариантные относительно преобразования Лоренца и т.д.

2 Уравнения взаимодействия. Как мы выяснили, взаимодействие есть объективный процесс, не зависящий от выбора наблюдателем инерциальной системы отсчета. Следовательно, форма уравнений сохраняется неизменной. Она не преобразуется при переходе наблюдателя из одной системы отсчета в другую. Слагаемые, входящие в уравнения взаимодействия, должны зависеть только от относительных расстояний и относительных скоростей взаимодействующих объектов. Эта зависимость должна быть таковой, что при переходе наблюдателя из одной инерциальной системы в другую эти относительные величины должны сохраняться неизменными, независимыми от выбора инерциальной системы отсчета. В механике Ньютона их инвариантность определяется тем, что взаимодействие зависит от относительных скоростей и относительных расстояний, которые инвариантны при преобразовании Галилея.

К двум указанным видам уравнений можно добавить еще два вырожденных вида:

1 Уравнения статики, описываемые операторами, зависящими только от координат. Время в них вырождено (отсутствует).

2 Топологические уравнения. В этих законах вырождено пространство. Примером топологических уравнений могут служить законы теории электрических цепей (законы Кирхгофа, например).

Иллюстрация, приведенная в БСЭ, некорректна по многим причинам. Автор статьи лукавит или же не понимает суть своего “доказательства”. На самом деле в примере из БСЭ имеют место два независимых взаимодействия и, по меньшей мере, четыре объекта.

Первое взаимодействие есть взаимодействие заряда 1 с неким неизвестным объектом, который вызвал ускорение заряда 1 и излучение электромагнитной волны (кулоновским взаимодействием пренебрегаем, хотя оно существует!).

Второе взаимодействие есть воздействие электромагнитной волны, рожденной зарядом 1, на заряд 2.

Этот некорректный пример необходим для “обоснования” так называемой предельной скорости распространения взаимодействий. Такая скорость есть предрассудок [18].

Размещено на Allbest.ru