Электродинамика отвергает теорию относительности

7.2 Тензор напряжений для взаимодействующих зарядов

Можно показать, что тензор напряжений, описывающий взаимодействие двух зарядов равен

где: V - относительная скорость движения зарядов; _ik = 1 при i = k и _ik = 0 при i k; V_i -проекция относительной скорости на ось i (i= 1,2,3,4).

Обращаем внимание, что приведенный тензор напряжений симметричен.

Для получения выражений для сил необходимо найти 4-дивергенцию тензора напряжений. Эту 4-дивергенцию тензора можно получить, дифференцируя по 4-координатам первой частицы (/x_k⁽¹⁾ при постоянном x_k⁽²⁾ ) или же второй (/x_k⁽²⁾ при постоянном x_k⁽¹⁾). Эти 4-координаты каждой из частиц следует рассматривать как независимые. В первом случае мы получаем выражение для силы, действующей на один заряд, при условии, что второй заряд покоится, а во втором - на другой при условии, что покоится первый заряд. Именно эту тонкость «не заметили» релятивисты.

Также нужно принять во внимание следующее:

относительное расстояние между е⁽¹⁾ и е⁽²⁾ общее и равно R₁₂, а потому имеет место равенство е⁽¹⁾⁽²⁾ = = е⁽²⁾⁽¹⁾ и всегда имеет место закон Кулона, расстояние между частицами R₁₂ есть истинный скаляр;

при фиксированном положении второй частицы скорость первой частицы равна скорости их относительного движения V;

при фиксированном положении первой частицы мы будем иметь ту же относительную скорость, но с отрицательным знаком V.

Выпишем результаты дифференцирования тензора напряжений

где: div₃ - символическое обозначение пространственной (векторной) части 4-дивергенции; векторный потенциал А тот же, что и в выражении (7.1.1).

Полученное выражение совпадает с приведенным ранее. Кажется, что оно находится в противоречии с электродинамикой, но это не так. Причина в том, что формула Лоренца для случая взаимодействия двух зарядов экспериментально не проверялась, но постоянно используется в расчетах.

7.3 Взаимодействие заряда и проводника с током

Рассмотрим теперь, что даст этот подход для взаимодействия заряда и проводника с током.

Проводник представляет собой квазинейтральную систему, в которой сумма плотностей положительных зарядов и отрицательных равна нулю (₊ + _- = 0) и скалярный потенциал вне идеального проводника равен нулю (₁+₂ = 0). Введем базовую систему отсчета для проводника. В базовой системе отсчета положительные и отрицательные заряды имеют равные, но противоположно направленные скорости. Если проводник движется, то его положительные ионы кристаллической решетки будут иметь скорость V₁ , а электроны проводимости V₂. В этом случае скорость базовой системы отсчета равна V₀ = (V₁ + V₂)/2.

Поскольку средняя скорость электронов в проводнике весьма мала, скорость базовой системы отсчета V₀ практически совпадает со скоростью проводника.

Если расстояние от проводника до заряженной частицы достаточно велико по сравнению с диаметром проводника и длина проводника также мала по сравнению с этим расстоянием (проводник как элемент тока), тогда уравнение движения для заряда будет иметь вид [1]

(7.3.1)

где А = V₁₂/c².

Итак, выражение (6.3.1) очень похоже на известную формулу Лоренца с учетом того, что в выражении (6.3.1) отсутствует электростатическое взаимодействие из-за квазинейтрального характера проводника. Принципиальное отличие формулы Лоренца заключено в интерпретации [1].

В соответствии с классификацией физических законов выражения (7.1.1) и (7.3.1) справедливы для любой инерциальной системы отсчета наблюдателя. Причина в том, что в эти выражения входят величины, инвариантные относительно преобразования Галилея: относительная скорость движения частиц V ₍₁₂₎ = = V₁ V₂, скорость заряда относительно базовой системы отсчета V V₀ и относительное расстояние R₁₂. Независимо от выбора наблюдателем системы отсчета силы взаимодействия между зарядами не зависят от этого субъективного выбора. Они объективны. Более того, выражения (7.1.1) и (7.3.1) удовлетворяют 3-му принципу Ньютона - действие всегда равно противодействию. Это возможно только при мгновенном взаимодействии.

Вариационные основы взаимодействия зарядов и токов, а также закон Ампера рассмотрены в [1]. Мы не будем останавливаться на этом вопросе.

Следует отметить претензии релятивистской электродинамики на то, что только она смогла дать объяснение магнитным явлениям. В статье Б.А.Муравьева «Магнитное поле - релятивистский эффект?» [2] дан интересный анализ различных «доказательств и обоснований» этих претензий, который свидетельствует об отсутствии единого подхода и стремлении любой ценой поднять репутацию теории относительности и релятивистской электродинамики.

8. Электродинамика и теория относительности А. Эйнштейна

8.1 Итоги анализа основ электродинамики

Теперь необходимо подвести итоги анализа, чтобы определить насколько электродинамика и теория относительности А. Эйнштейна согласуются друг с другом. Проведенный анализ показал следующее.

1 Теоретические основы электродинамики, мягко говоря, излагаются в учебниках противоречиво и непоследовательно. Налицо явная тенденция скрыть внутренние противоречия современной электродинамики и «загнать» электродинамику и механику Ньютона в рамки Специальной теории относительности. Это противоречит не только здравому смыслу, но и логике научных исследований.

2 Анализ тензора энергии-импульса электромагнитной волны и законов сохранения приводит к выводу, что в рамках уравнений Максвелла могут существовать как поперечные, так и продольные волны. Отсутствие продольных волн возможно только в том случае, если поперечные волны излучаются безинерциальными (виртуальными) зарядами и токами. Их существование подтверждается экспериментально.

3 Было показано, что предельный переход от волнового описания электромагнитных явлений к квазистатическим явлениям не является законным. Следовательно, квазистатические явления должны описываться самостоятельной группой уравнений. Удивительно, но это описание также укладывается в рамки уравнений Максвелла. Причина этого факта - нарушение единственности решения неоднородного волнового уравнения или, в общем случае, нарушение единственности решения неоднородного уравнения в частных производных.

4 Как выяснилось, решение проблемы электромагнитной массы возможно только в том случае, если электрическое и магнитное поля зарядов являются решениями уравнения Пуассона. Иными словами, решение этой проблемы возможно только при наличии мгновенных действий на расстоянии. При этом оказалось, что вопреки распространенному предрассудку электрические и магнитные явления прекрасно описываются в рамках механики Ньютона. Более того, было установлено, что в рамках классического описания квазистатических явлений ускоренный заряд вообще не излучает. Заряд может переизлучать электромагнитную волну только при условии, что он взаимодействует с ней. Это открывает пути планетарным моделям строения атома.

5 Заметим, что мгновенное действие возможно только в том случае, если вся электромагнитная масса сосредоточена в самом заряде, а электростатическое поле заряда не имеет инерциальных свойств. Иными словами, мы не имеем права связывать энергию электростатического поля заряда с какой-либо инерциальной массой. Заряд обладает высокой устойчивостью, которая определяется внутренними силами, которые противодействуют кулоновским силам расталкивания. Эти силы неэлектромагнитного происхождения должны иметь короткодействующий характер и быстро убывать с ростом расстояния от частицы.

6 Для объяснения причин появления безинерциальных токов можно предположить, что каждый атом (возможно и любая элементарная частица) окружен каким-то короткодействующим полем (не электромагнитной природы) весьма быстро убывающим по мере удаления от атома, т.е. атом покрыт некоей «шубой». В металле эти поля смыкаются, образуя «мостики» между атомами, по которым двигаются электроны проводимости. Иными словами, возникает какая-то периодическая полевая структура, образованная этими полями. Возмущения этой структуры, вызванные внешними электромагнитными полями и полями зарядов, проявляются в форме вторичных электромагнитных полей. Эти возмущения мы описываем с помощью макроскопического эквивалента, названного безинерциальными зарядами. Возмущения в металле перемещаются со скоростью света. Именно их когерентные колебания являются источниками электромагнитного излучения.

7 Все эти выводы не согласуются с постулатами Специальной теории относительности. Но прежде, чем делать выводы, мы познакомимся с другими результатами наших исследований проблем самой теории относительности.

8.2 Философские трудности теории относительности

Как мы знаем, специальная теория относительности и «подогнанная» под нее релятивистские механика и электродинамика существуют ни один день. За 100 лет существования теории относительности она неоднократно и периодически подвергалась критике, и сейчас постоянно подвергается справедливой критике со стороны оппонентов. Мы видим следующие принципиальные моменты этой критики.

1. Как утверждается в настоящее время, постулат теории относительности о существовании предельной скорости распространения взаимодействий справедлив для всех физических явлений (как говорится, «для всех времен и народов»). Подобной общностью не обладает ни одна физическая закономерность. Причина в том, что любая закономерность имеет границы своего применения как в своей предметной области, так и во времени. Пройдет время, и более общая теория заменит предшественницу, отбросив ее или же существенно изменив ее содержание. Наиболее высокой общностью могут обладать только философские положения, но не физические закономерности. Придание такой «всеобщности» физической закономерности превращает этот постулат не в физическую закономерность, а в тривиальную философскую догму.

2. К этому следует добавить, что в рамках теории относительности понятие «взаимодействие» не имеет никакого определения. Все держится на интуитивном представлении. Как следствие классическое понимание причинности отвергается и подменяется позитивистским суррогатом. Философское материалистическое понимание причинности не отвергает взаимодействий мгновенного типа [1].

Обратимся теперь к частным вопросам. Очень большое число критических работ посвящено критике, так называемых, «мысленных экспериментов» А.Эйнштейна, касающихся пространственно-временных отношений в двух различных инерциальных системах отсчета. Мы имеем в виду существующие «объяснения» таких феноменов, как «замедление» времени и «сжатие» масштаба.

3. Как показал философский анализ, при объяснении А.Эйнштейн сделал гносеологическую ошибку. Он истолковал явление как сущность, т.е. то, что мы наблюдаем, он отнес не к разряду явлений, а к сущности [2], [3]. Для иллюстрации этой ошибки мы приведем пример. Глядя на свое искаженное отражение в кривом зеркале (в «комнате смеха»), зритель не отождествит его со своим действительным видом. Отражение есть явление, а действительный вид есть один из аспектов сущности субъекта. А. Эйнштейн при объяснении пространственно-временных отношений в своих мысленных экспериментах как раз и совершает эту ошибку. Он считает то, что мы видим с помощью приходящих световых лучей, не явлением (как искаженное отражение в предыдущем примере), а тем, что происходит «на самом деле» в движущейся системе, т.е. сущностью.

4. Эта ошибка привела его к неверному заключению, что пространство и время зависят от скорости относительного движения инерциальных систем отсчета. На самом деле пространство сохраняется общим и евклидовым для всех инерциальных систем, а время - единым. Никаких «искажений» 4-пространства, связанных с движением, не существует. Движение может искажать поля движущихся частиц и параметры волн, но не может искажать пространство и время [4].

8.3 Результаты физического анализа теории относительности

Помимо ревизии основ электродинамики группа АНАЛИЗ провела исследования основ теории относительности А. Эйнштейна.

1. Как было установлено в [5] вывод преобразования Лоренца не является корректным и существует бесчисленное множество преобразований, относительно которых уравнения Максвелла остаются инвариантными. В действительности же имеет место более широкий класс преобразований:

x' = x(1 + f₁ f₂ )^1/2 - f₁ct; y' = y; z' = z; ct' = ct(1 + f₁ f₂ )^1/2 - f₂ x (8.3.1)

где f₁ и f₂ - некоторые нечетные функции относительно V/c. При малых скоростях эти функции равны V/c.

2. Однако если положить, что пространственная координата x и временная ct имеют одинаковые математические свойства, тогда f ₁ = f₂ = f. В дальнейшем мы будем придерживаться этой гипотезы. Эти преобразования приобретут следующий вид

,

где функция f(V/c) является нечетной относительно V/c; V - скорость вдоль оси х. Следовательно, существует сколь угодно много преобразований, сколь угодно близких к преобразованию Лоренца. Любое из них образует группу. Здесь вопроса об экспериментальной проверке этого преобразования не избежать (вопрос о единственности преобразования).

3. Сложность в том, что при очень малых скоростях все эти преобразования будут давать одинаковые результаты. Далее, как было показано в [3], при движении объекта относительно наблюдателя вдоль прямой существует такой критический угол наблюдения о , при котором не наблюдается ни «сокращения» масштаба, ни «замедления» времени. Этот факт можно было бы использовать для экспериментальных исследований.

4. Все пространственные отрезки и интервалы времени при критическом угле наблюдения о отображаются без искажений, подобно тому, что происходит при преобразовании Галилея. Естественно предположить, что при таком угле наблюдения мы будем измерять действительную скорость относительного движения инерциальных систем отсчета. Как показывают исследования, эта скорость оказывается отличной от той, которую ввел Лоренц. Она выражается через лоренцевскую скорость простой формулой [3], [5]. Величина V была названа «галилеевской» скоростью относительного движения двух инерциальных систем отсчета. Именно она является истинной, поскольку при ее измерении координаты и время не искажены. Если в преобразовании Лоренца заменить скорость v на скорость V, то получим модифицированное преобразование. Это соответствует f = V/c

5. Отметим интересный факт. Если мы заменим в «релятивистских» формулах лоренцевскую скорость v галилеевской V, то практически все формулы приобретут «классический» вид [3], [5], [6]. Таким образом, следует ожидать, что результаты вычислений существенно не изменятся. Но существенно изменится интерпретация явлений и энергетические соотношения [5], [6].

6. Ньютоновская механика лежала и лежит в основе существующего научно-технического прогресса, в отличие от путанных, противоречивых основ и результатов релятивистской механики и релятивистской электродинамики. Заметим еще раз, что мгновенное взаимодействие не противоречит принципу причинности [1].

7. Заметим также, что классическая механика Ньютона (с ее мгновенным взаимодействием) всегда являлась и является материалистической теорией. Что касается релятивистской механики, то здесь можно встретить самый широкий и пестрый спектр мнений: от спекулятивных, положительных, до обвинений в субъективизме и идеализме.

8.4 Пути развития релятивистских представлений

Как мы убедились, устранение математических ошибок и решение физических проблем электродинамики позволяет сделать вывод, что классическая электродинамика и Специальная теория относительности Ф. Эйнштейна несовместимы. Классическая электродинамика отвергает теорию относительности.

По этой причине ниже мы обсудим возможный путь развития релятивистских представлений. Под этим мы будем понимать расширение механики и электродинамики для сверхсветовых скоростей движения частиц. Путей много. Среди них концепции, опирающиеся на модель эфира (эфир как несжимаемая жидкость, газоподобная модель эфира, твердотельная модель эфира и др.), концепции, опирающиеся на гипотезу Ритца и т.д. Трудности на пути реализации любой концепции известны и мы не будем на них останавливаться. Заметим только, что одной из принципиальных ошибок многих эфирных теорий является отождествление эфира и пространства, поскольку это разные понятия [4].

Основной аргумент сторонников Специальной теории относительности следующий. Ни одна из приведенных концепций не в состоянии дать последовательное, удовлетворительное объяснение работы ускорителей элементарных частиц. Кажется, что замена преобразования Лоренца другим (например, работы Мамева, Барыкина и др.) позволит дать объяснение работы ускорителей, устранит парадоксы и сделает релятивистские представления более корректными. Но это иллюзия, поскольку при подобном подходе многие проблемы электродинамики остаются не решенными и, более того, сохраняются гносеологические ошибки.

Чтобы сохранить непротиворечивое объяснение работы ускорителей, необходима такая теория, в которой бы заряженные частицы не могли иметь скорость выше скорости света. К этому выводу приводят также результаты работы [7]. В ней было показано, что скорость переноса энергии волной равна v_e= 2 v_ф/[1 +( v_ф/c)²]. Иными словами, скорость переноса энергии монохроматической волной по направлению совпадает с фазовой скоростью, но всегда меньше скорости света независимо от дисперсии среды. Групповая скорость есть скорость перемещения интерференционной картины, образованной группой волн, вдоль линии распространения волны. К переносу энергии монохроматической волной она не имеет никакого отношения. Итак, устранен еще один предрассудок в физике.

Однако решение проблемы электромагнитной массы с неизбежным взаимодействием мгновенного характера и с любыми (вплоть до бесконечности!) скоростями частиц, не позволяет этого сделать.

Мы видим следующий выход из этого положения. Как было показано, поля электромагнитной волны и поля зарядов суть самостоятельные виды материи, обладающие различными свойствами. Мы полагаем, что это является определяющим условием для следующего предположения. Материальные частицы должны подчиняться преобразованию Галилея, а электромагнитные волны - преобразованию вида (8.3.1). При таком подходе частица никогда «не догонит» волну, распространяющуюся со скоростью света в вакууме [3]. Соответственно, исчезают парадоксы в интерпретации электромагнитных взаимодействий.

Возвращаясь к теории ускорителей, можно сказать, что такая теория может быть построена для любого преобразования вида (8.3.1).

К сожалению, даже решив некоторые важные фундаментальные проблемы электродинамики, нельзя сказать, что мы продвинулись далеко вперед. Теория ускорителей тоже должна быть подвергнута ревизии. Это связано с тем, что она базируется на релятивистском вариационном принципе, который не корректен с математической точки зрения [8].

Современная электродинамика не завершена. Недавно мне пришлось редактировать статью талантливого экспериментатора Владимира Ивановича Коробейникова «Новый вид электромагнитного излучения?» [9], в которой показано, что квазистатические поля зарядов излучают энергию, которая не описывается уравнениями Максвелла. Эти поля обладают удивительными свойствами. Например, на частоте 100 мегагерц они беспрепядственно проникают сквозь многометровую толщу воды [10], в отличие от поперечных электромагнитных волн, которые весьма быстро затухают.

Физика на пороге революционных изменений.

Заключение

Эта работа не рецензия на книгу Л.Д.Ландау и Е.М. Лифшица. Релятивистская электродинамика излагается во всех учебниках практически единообразно. Это анализ теоретических основ релятивистской электродинамики и ее ревизия. Работа является естественным продолжением исследований опубликованных в статье «Кризис релятивистских теорий» [1] и в других статьях.

Современная физика развивалась на стремлении к «великим» и «малым» объединениям. К последним можно отнести «объединение» (формальное отождествление) полей зарядов и полей электромагнитной волны, «объединение» (вновь отождествление) инерции и гравитации, «объединение» под названием «корпускулярно-волновой дуализм».

С первым «объединением» мы покончили, отделив от полей электромагнитной волны поля зарядов. Второму «объединению» мы противопоставили альтернативную гипотезу об электромагнитной природе тяготения. В будущем предстоит разобраться с третьим малым «объединением».

Что касается так называемого «Великого объединения», то наше отношение к такому «подвигу» отрицательное. Причина не в том, что мы против любых объединений. Напротив, мы приветствуем их, если имеет место основа для такого объединения, опирающаяся на материалистическую философию и научный здравый смысл. Существующая идея «Великого объединения» имеет один «маленький» дефект. Тех, кто его пытается построить такое «объединение», не заботит корректность основ физики. А это уже «ремесленничество», поскольку строить научное здание на «гнилом» фундаменте, не обращая внимания на справедливые критические замечания по поводу фундаментальных оснований физики, есть либо авантюризм, либо беспечность. Релятивистская электродинамика рождалась в период кризиса науки. Она развивалась подобно молодому дереву, лишенному материалистических соков. В результате она «засохла», а на ее стволе развились «грибы-паразиты» (СТО, ОТО, схоластические струнные и суперструнные теории и т.п.).

Проводя ревизию основ электромагнетизма, мы стремились показать, что электромагнитные явления в современной физике имеют не только некорректную интерпретацию, но и соответствующий этой интерпретации некорректный математический аппарат. Исправляя замеченные ошибки, мы стремились дать новое последовательное изложение основ электродинамики, избегая гипотез и не «подгоняя» выводы под общепризнанные положения.

Одной из причин ошибок и трудностей современной электродинамики является нарушение единственности решения уравнений Максвелла, не замеченное исследователями. Другой причиной - отождествление полей зарядов и полей электромагнитных волн. В результате возникло противоречие, которое основатели релятивистской электродинамики постарались «скрыть». Энергия поля скалярного потенциала для электромагнитных полей оказалась отрицательна, в то же время энергия скалярного потенциала полей зарядов должна быть положительной.

В ньютоновский период наука шла индуктивным методом: от экспериментов к их обобщению в форме теорий. В современный период (период «разгула» позитивизма) широкое применение нашел эйнштейновский дедуктивный метод. Мы не против метода дедукции. Но суть критикуемого подхода отличается от метода дедукции. В эйнштейновском дедуктивном методе выдвигается система постулатов и под нее методом «селекции» подбираются эксперименты: «хорошие» принимаются, «плохие» отвергаются (интерпретируются как «фальсификация») или же замалчиваются. Характерен в этом смысле пример, приводимый в ряде работ. К Эйнштейну подошел ученый и сказал, что некоторые эксперименты противоречат его теории. «Тем хуже для эксперимента!» - был ответ А. Эйнштейна.

В физике до настоящего времени господствуют ошибочные идеи, ставшие предрассудками. Благодаря этим предрассудкам физические модели не отвечают объективной реальности. Главной причиной такого положения является кризис материалистической философии, которая не смогла оформить свою теорию познания [2]. Без нее философия оказалась неспособной дать объективный ответ на многие вопросы, поставленные естествознанием. Разочарование в философии привело к тому, что в среде физиков сформировалось негативное отношение к философии, которое привело часть ученых к отрицанию философии, а другая часть приняла на вооружение позитивизм [3].

Позитивизм, культивировал формализм в науке и пренебрежение к физическому смыслу в описательной части теорий. А это, в свою очередь, породило «махровый» догматизм, который не только не способствовал развитию науки, анализу альтернативных гипотез, но стремился задавить авторитетом НАУКИ все то новое, что рождал и рождает здравый смысл, и все то, что противоречит выработанным догмам, стереотипам и предрассудкам в науке. До настоящего времени, к сожалению, мы имеем затяжной столетний кризис фундаментальной физики, т.е. мы имеем то, что имеем.

За этот более чем столетний период, физика накопила громадный экспериментальный материал. В то же время, материалистическое мировоззрение в физических теориях уже давно уступило место позитивизму с его формализмом и пренебрежением к физическому смыслу в физических моделях и теориях. И сейчас предстоит трудная работа по переосмыслению богатого экспериментального материала. Трудной она будет потому, что ученым нелегко отказаться от предрассудков и заблуждений, на протяжении ста лет культивируемых в современной физике. Необходима ревизия фундаментальных основ всей современной философии и физики на основе материалистического мировоззрения.

Источники информации