Введение

Глава 1. Наблюдатель, явление, сущность

1.1 «Золотое правило»

1.2 Философское объяснение содержания категорий

1.3 Парадоксы СТО с позиции теории познания

Глава 2. Параметрическое преобразование Галилея

2.1 Мгновенное отображение

2.2 Аберрация света

2.3 Параметрическое преобразование Галилея

2.4 Расчётные соотношения для эффектов

Глава 3. Преобразование Лоренца без парадоксов

3.1 Новые парадоксы

3.2 Лоренц против Эйнштейна (гипотеза)

3.3 Некоммутативность

3.4 Какая в действительности скорость относительного движения между двумя инерциальными системами?

3.5 Новый подход (модифицированное преобразование)

Глава 4. «Мысленные» эксперименты и реальные результаты

4.1 Второй «gedanken experiment» А. Эйнштейна

4.2 Локация Венеры

Глава 5. Свет и криволинейное движение

5.1 Криволинейное движение

5.2 Парадокс Эренфета

5.3 Анализ вращательного движения

5.4 Ускорители

5.5 Даешь Суперколлайдер!

Заключение

Литература

Введение

Бои вокруг СТО и ОТО не прекращаются до сих пор. 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?») [1]:

«Фактически ставилась «вне закона» любая критика теории относительности. В частности, физические журналы отклоняли без рассмотрения критические статьи в адрес теории относительности».

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...», созданная В.Л. Гинзбургом. В ней есть свои сыщики, инквизиция и «свадебные генералы», приглашенные в Комиссию для большей «солидности» Интересно отметить, что Б.В. Грызлов назвал «Комиссию по борьбе...» гнездом мракобесия. В этом высказывании не малая доля истины. Комиссия - реакционный орган при Президиуме РАН, тормозящий развитие науки и новых идей..

Как же исторически сложилась такая обстановка догматизма, которая характерна не только для российской, но и для современной мировой физической науки?

Пояснение. Прежде, чем излагать причину, дадим пояснение. В настоящее время существуют две концепции: концепция близкодействия и концепция дальнодействия. Обе они опираются на понятие «взаимодействие». К сожалению, здесь физики и философы «наплодили» ошибок от души. В частности, была искажена суть понятия «взаимодействие».

Без обсуждения современного подхода предложим наше понимание содержания понятия «взаимодействие»: «Взаимодействие это процесс контактного типа между двумя взаимодействующими объектами, когда два объекта участвуют в этом акте одновременно».

Ни в каких посредниках этот (контактный) процесс не нуждается. Процесс взаимодействия нельзя представить в форме некого материального объекта, подобного, например, волне или же материальному телу. Следовательно, обязательное наличие «посредника», переносящего взаимодействие и понятие «скорость распространения взаимодействий» результат невежественной интерпретации содержания понятия «взаимодействие».

Заряд взаимодействует с электромагнитной волной только при непосредственном контакте волны и заряда. Происходит одновременное изменение состояния заряда (кинетической энергии, импульса и т.д.) и рассеяние электромагнитной волны. Нужен ли здесь посредник со своей скоростью? - Нет, не нужен!

Взаимодействие заряда с другим зарядом осуществляется через поля зарядов. Если есть непосредственный контакт первого заряда с полем второго заряда, возникает взаимодействие. Нужен ли здесь посредник? - Нет! Он не нужен в силу бесконечно быстрого перемещения полей зарядов, когда обеспечивается одновременность актов двух взаимных действий: заряд 1 - поле заряда 2 и заряд 2 - поле заряда 1. При этом имеет место симметрия: действие всегда равно противодействию.

Такой подход позволяет избежать путаницы в терминологии и в объяснении процессов. В работе [3] отмечается, что:

1. «Действие это не элемент, не часть взаимодействия, а сторона объективно неделимого процесса взаимодействия».

2. «… выполняя мысленно операцию по «расчленению» взаимодействия всегда нужно помнить что, отделение действия от противодействия разрушает объективный процесс взаимодействия» .

3. «… непосредственное взаимодействие является тем элементом отношений, из совокупности которых можно «построить» любые другие более сложные отношения между физическими объектами».

Различие в объяснении взаимодействия пар (заряд - заряд или заряд - волна) требует ответа на вопрос: существует ли в природе мгновенное полевое взаимодействие зарядов (т.е. бесконечно быстрое перемещение полей зарядов)? С этой проблемой непосредственно связана и другая параллельная проблема: имеют ли поля зарядов и поля электромагнитных волн одинаковые свойства или не имеют?

Пустые рассуждения о скорости распространения взаимодействий не имеют под собой почвы, поскольку (а) взаимодействие есть процесс, а не материальный объект, (б) этот процесс имеет непосредственно контактный характер и (в) происходит одновременное изменение состояний взаимодействующих объектов безо всяких посредников.

Историческая справка. В 18 веке большинство континентальных учёных, таких как Андре Мари Ампер, Франц Нейман и Вильгельм Вебер, рассматривали кулоновские силы между зарядами и силы взаимодействия токов как аналог гравитационного притяжения между двумя массами, которые мгновенно взаимодействуют на расстоянии.

Математики и механики Эйлер, Д'Аламбер, Лагранж, Бернулли, Гамильтон и др. прекрасно разработали основы классической механики, опирающейся на мгновенное действие на расстоянии. Они описали теорию потенциала, сформулировали законы сохранения для консервативных систем и т.д.

В 1864 году вышла статья Максвелла «Динамическая теория электромагнитного поля», в которой была дана развёрнутая формулировка уравнений Максвелла с током смещения. Знаменитый физик Дж. Дж. Томсон назвал открытие тока смещения «величайшим вкладом Максвелла в физику».

В 1880 году Хевисайд исследовал и переписал результаты Максвелла из их начальной формы в форме современного векторного анализа, сведя систему из 20 уравнений с 12 переменными к 4 дифференциальным уравнениям, известным как уравнения Максвелла.

С 1885 по 1889 годы Герц провёл свои знаменитые опыты по распространению электрической силы, доказавшие реальность электромагнитных волн.

Можно считать, что с этого момента обрела права на жизнь волновая электродинамика. Именно в это время рождаются проблемы, исказившие физику и направившие ее развитие по ошибочному пути на десятилетия.

· Во-первых, Максвелл, обобщая законы Кулона, Ампера, Фарадея, допустил ошибку. Он некорректно ввел ток смещения. При этом он случайно описал волновые процессы, но потерял описание квазистатических явлений [4].

· Во вторых, Лоренц, введя потенциалы электромагнитного поля, свел уравнения Максвелла к волновым уравнениям (калибровка Лоренца). С этого момента происходит отождествление полей зарядов и электромагнитных волн, хотя их свойства принципиально различны.

· В третьих, попытки использовать хорошо развитый аппарат аналитической механики к уравнениям Максвелла в калибровке Лоренца оказались неудачными, т.к. исследователи получали физически трудно интерпретируемые результаты [5].

Неудачи в использовании методов аналитической механики стали объяснять тем, что «виноваты» классические теории, которые опираются на мгновенное действие на расстоянии. Мгновенное действие на расстоянии, казалось бы [5], не вытекало из уравнений Максвелла в калибровке Лоренца. На мгновенное действие и на классические теории обрушился вал критики. Классические теории в конце 19 века подвергли анафеме. Их объявили «устаревшими». Были буквально «смяты» принцип преемственности знаний и кумулятивный характер научных знаний Вспомните известную фразу М. Планка о том, что преемственности знаний нет, и теории умирают, когда умирают их апологеты.. На «руинах классических теорий» (А. Пуанкаре) начала строиться «новая физика».

О философии науки. Мы говорим о философии науки потому, что именно она определяет широту мировоззрения ученого, его умение точно выбирать стратегические направления развития и правильно поставить тактические задачи в исследованиях. Увы, современные ученые презрительно «пинают» философию науки и теорию познания и. как правило, являются полнейшими невеждами в этих вопросах. Этим обстоятельством можно объяснить неверный выбор стратегии развития науки и, соответственно, длительный застой в физике, который существует уже в течение столетия. Вернемся к кризису физики на рубеже 19 - 20 веков.

В философии науки в тот период возник позитивизм разных оттенков: «махизм», «конвенционализм» и др. реакционные течения. Позитивизм процветает и в настоящее время. Философы, как обычно, сразу «перестроили» свои мировоззренческие позиции. Они «превратились» в заядлых позитивистов, оправдывающих современные теории с их ошибками [6]. Свой «вклад» в процесс критики мгновенного действия на расстоянии внесла СТО А.Эйнштейна со своим «постулатом» о конечной скорости распространения взаимодействий.

Неумелые, неудачные попытки противников СТО критиковать эту теорию с философских позиций окончательно подорвали веру в материалистическую философию. 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.

Следует различать диалектический материализм, как философское направление, и марксистско-ленинскую философию, как очень идеологизированную форму материализма. Они близки, но не совпадают во многих пунктах. Этот факт нужно всегда принимать во внимание.

«Отлучение» философии от физики оказалось глубоко ошибочным шагом. Никакую идею или идеологию (прогрессивную или консервативную) невозможно уничтожить административными решениями. В силу этого, невозможным оказалось стремление подавить материализм (даже в его стихийных проявлениях). Поэтому жива теория отражения диалектического материализма, опираясь на которую мы сможем вести анализ СТО.

Что касается физиков, то им пора бы научиться находить для физических терминов соответствующие философские категории. Тогда в физике исчезло бы множество ошибок в объяснении физических явлений. Это не простая задача.

В последующих главах мы дадим гносеологический, физико-математический и логико-исторический анализ теории относительности А. Эйнштейна.

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

1. Мы избежим путаницы с оптическим термином «отражение».

2. Мы подчеркнём особенность понятия «отражение» в естествознании.

Поскольку физики (как правило!) являются глубокими невеждами, как в философии естествознания, так 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 их познания начинается наука. С анализа этих первичных в теории познания категорий мы начнём исследование в Главе 1.

Глава 1. Наблюдатель, явление, сущность

1.1 «Золотое правило»

теория относительность эйнштейн

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. Ниже мы кратко опишем такие признаки. Какую информацию можно «вытащить» из известной фразы «сущность является, явление существенно»?

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.

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 материала 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.

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

1.2 Философское объяснение содержания категорий

Дадим теперь 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 (идеальны) и не имеют отличающих их друг от друга физических или психических 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 разных «сущностей»! Ситуация парадоксальная.

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 нечто 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: ему кажется, что 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 (симметричны) и мы получаем логическое противоречие СТО (парадокс СТО).

Этот парадокс легко разрешается, если мы разделим эффекты на явление и сущность. При таком раскладе мы должны признать, во-первых, что явления действительно одинаковы (симметричны). Во вторых, 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.

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). Нужно правильно применять теорию познания к физике.

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 догматичных «академиков-релятивистов».

Ленин и Мах. Теперь мы покажем «пенёк», о который споткнулся кумир А. эйнштейна Эрнст Мах. В.И. Ленин в книге «Материализм и эмпириокритицизм» жестко критикует 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 наклонно 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 там же 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!

К сожалению, упёртых релятивистов выводы теории познания научной истины не убеждают (философское невежество!). Они тут же вновь вспомнят про преобразование Лоренца, про мысленные эксперименты Эйнштейна, укажут, что в рамках СТО время зависит от выбора системы отсчёта, будут «вещать» о «полном подтверждении» СТО экспериментами и т.д. Не волнуйтесь, господа: «Будет вам и белка, будет и свисток! . Плещеев А.Н. Стихотворение «Старик», 1877»

Выводы.

1. Как мы установили, парадоксы СТО (замедление времени, сжатие масштаба и др.) являются обычными логическими противоречиями.

2. Логические противоречия в объяснении преобразования Лоренца обусловлены незнакомством с материалистической теорией познания научной истины и, в частности, с неправильной классификацией и соотнесением физических явлений с философскими категориями «явление и сущность». Этим «страдали» А. Эйнштейн и его кумир Э. Мах.

3. Незнание и неверное истолкование содержания категорий «явление и сущность», характерно не только для начала 20 века. Редко, кто из современных физиков и философов «грешит» знанием и владением методами и критериями теории познания («святая пустота»).

4. Гносеологический анализ показал возможность дать новое объяснение сущности преобразования Лоренца в рамках классических представлений о пространстве и времени. Пространство является общим для всех без исключения инерциальных систем отсчета, а время едино для этих инерциальных систем.

5. Ниже мы продолжим анализ и поиск нового объяснения сути преобразования Лоренца.

Глава 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 познаёт мир.

У человека несколько органов чувств, порождающих ощущения. Например, держа в руке камень, человек может оценить его вес. Желая согнуть подкову, человек может оценить её прочность. А если подвесить подкову на нити и ударить твёрдым предметом, можно уловить по звуку 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.

Как-то никто не задумывается, что существует ещё один гипотетический идеальный источник, способный передать нам «информацию для размышления». Это мгновенное отображение характеристик изучаемого объекта или взаимодействия.

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 является гипотетическим и опирается на мгновенную передачу информации. Мы как бы мгновенно можем перемещаться из системы отсчета наблюдателя в исследуемую систему, измерять нужные нам характеристики без искажений и мгновенно возвращаться обратно независимо от расстояния. 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.

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 ни двигался. Мгновенное отображение имеет сущностный (инвариантный) характер! Это очень важно.

Это важно для сравнения результатов мгновенного отображения с результатами какого-либо отображения тех же характеристик, но использовавшего физические способы (например, свет). 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. «псевдонаучный суррогат», который предлагают нам релятивисты), не информация или энергия (такие «суррогаты» предлагаются на выбор другими). Взаимодействие есть сущностный процесс контактного типа. Оно не зависит от числа «любопытствующих наблюдателей», от скорости их относительного движения и т.д. И это имеет место до тех пор, пока наблюдатели сами не вмешаются в процесс взаимодействия.

Сущностный характер взаимодействия подтверждается законами сохранения - энергии, момента импульса, импульса. Эти законы не зависят от выбора наблюдателем инерциальной системы отсчета. Сущностный характер взаимодействия подтверждается инвариантностью (независимостью) совершаемой ими работы и независимостью величины сил взаимодействия от выбора сторонним наблюдателем своей инерциальной системы отсчёта. Других вариантов логика не даёт. Если у читателя есть желание проверить математическое обоснование этих выводов, можно обратиться, например, к работам [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 являются мнимыми изображениями 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 (см. рис. 3). За это время звезда успеет сместиться, и мы будем видеть её мнимое изображение (объект №2 на рис. 3). Сама звезда в момент наблюдения невидима (объект №1 на рис. 3), 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 (из Википедии)

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*.

В точке N световой импульс и наблюдатель встречаются. Из-за относительного движения этот наблюдатель будет воспринимать направление фронта световой волны 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 (рис. 4) 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.

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

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 никак не могут обойтись без его использования (см. рис. 3). Действительное положение объекта описывается с помощью мгновенного отображения, а мнимое - с помощью достроенных световых лучей.

Замечание. 1) Расстояние R0 это расстояние, которое прошел световой импульс от источника к наблюдателю. Оно измеряется в момент приема наблюдателем светового сигнала t = tприема . 2) Расстояние R это расстояние, которое прошел бы световой луч при скорости относительного движения V = 0. Оно измеряется в момент времени излучения при t = tизлучения .

Но нам кажется, что свет прошел расстояние R. Обратите внимание, как иллюзия подменяет истинную картину! Подобная иллюзия возникает, когда мы рассматриваем звездное небо. Нам опять кажется, что небо со звездами вращается вокруг Земли, хотя на самом деле Земля вращается вокруг своей оси, а пространство со звездами неподвижно. Реклама ТВ справедливо советует: «Почувствуйте разницу!». Если это вы не почувствовали, вам трудно будет понять дальнейшее содержание статьи Расстояние R это явление, которое мы наблюдаем. Оно зависит от условия (от скорости относительного движения). При одном и том же пути R₀, пройденном световым импульсом, кажущееся расстояние R будет различным для разных относительных скоростей движения наблюдателя относительно источника или источника относительно наблюдателя..

Итак, мы видим мнимое изображение S*, 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.

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 этого распространения Т0 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 видимому исследователем положению. Заметим, что наличие действительного положения объекта и наблюдаемого положения объекта отрицается релятивистами [4].

Замечание-повторение. 1) Расстояние R0 это расстояние, которое прошел световой импульс от источника к наблюдателю. Оно измеряется в момент приема наблюдателем светового сигнала при t = tприема . 2) Расстояние R это расстояние, которое прошел бы световой, если бы скорость относительного движения V = 0. Оно измеряется в момент времени излучения при t = tизлучения .

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!

Итак, инерциальные системы отсчёта равноправны, поэтому и скорость света не зависит от выбора системы отсчёта. Постулат Эйнштейна излишен. Похоже, физики-релятивисты «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, 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 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. 5).

(2.6)

Из (2.6) вытекают следующие соотношения для углов:

(2.7)

(2.8)

(2.9)

Выражения (2.8) и (2.9) ограничены неравенством .

Коэффициент искаженя расстояния. Введём коэффициент искажений nгал , связывающий кажущееся и реальное расстояния:

 (2.10)

При относительных скоростях V значительно меньше скорости света с имеем следующее приближенное выражение:

(2.11)

Коэффициент искажений nгал = 1 (R0 = R) при критическом угле, равном

.

Наблюдаемая скорость. Выражение для скорости выводится стандартным способом

При малых скоростях

с точностью до V2/c2.

Эффект Доплера. Он описывается аналогичной формулой

При малых скоростях

с точностью до V2/c2.

где f0 - частота колебаний в системе отсчета источника.

Угол аберрации. Этот угол аберрации, равен д = И0 - И. Его легко вычислить, исходя из геометрических соображений (см. рис. 5):

cos д = R0R / R0R

Дополнительные соотношения. Геометрически ясная картина явления аберрации и простые геометрические связи позволяют сформулировать еще две важных формулы:

1. Из рис. 5 следует, что реальное расстояние R0(t) и кажущееся (наблюдаемое) расстояние R(t) связаны простым отношением: R(t) = R0(t - R0 / c). Это позволяет легко сопоставлять наблюдаемое (измеряемое) расстояние с реальным расстоянием между объектом и наблюдателем в момент приема сигнала.

2. Простота получения частных производных (выражение (2.3)) открывает возможности использования преобразования Галилея для описания эффектов при криволинейном движении источника. Можно использовать, например, следующую замену где: - параметр, зависящий от времени; - матрица вращения; индексы б, в = 1, 2, 3.

3. К сожалению, эффекты, описываемые параметрическим преобразованием Галилея, совпадают с эффектами, предсказываемыми преобразованием Лоренца, с точностью до членов V2/c2. В частности параметрическое преобразование не описывает поперечный эффект Доплера. Однако, это преобразование весьма удобно при малых относительных скоростях относительных движений (эффекты первого порядка) при произвольном движении источника и наблюдателя. Подобное описание в рамках преобразования Лоренца математически более громоздко.

Глава 3. Преобразование Лоренца без парадоксов

3.1 Новые парадоксы