Теория относительности Эйнштейна

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аннотация

В статье доказывается абсурдность постулата Эйнштейна об абсолютности скорости света и всей специальной теории относительности, построенной на этом постулате. В конце 19 века «по Европе бродил призрак коммунизма». Вдохновленное этим «призраком» общество не хотело дожидаться неспешного объяснения классической физикой всех открытых физических явлений природы и возникших при этом парадоксов. Поэтому было признано скороспелое, революционное, не корректное релятивистское объяснение возникших проблем Эйнштейновской СТО. В статье все, возникшие в конце 19 века, проблемы объяснены, не выходя за рамки классической физики, тем самым устраняется всякая необходимость в СТО.

Изучая специальную теорию относительности Эйнштейна в университете, я, как и все студенты, сути ее не понял. Парадоксальные выводы специальной теории относительности: абсолютность скорости света, а также относительность и субъективность пространства, времени и материи вызывали мое неприятие все последующее время. Однако взяться за более глубокое изучение специальной теории относительности, с целью разрешить все сомнения, в жизненной суете постоянно не хватало времени и мотивации. Но на подсознательном уровне я думал над этим вопросом все последующее время. А будучи уже на пенсии и получив в результате инфаркта ограничение в подвижности и дополнительное время для размышлений, я, наконец, взялся за более глубокое изучение специальной теории относительности, с твердым намерением понять ее суть. Что из этого получилось я и выношу на суд досужего читателя. На всем протяжении работы над данной темой активное участие в обсуждении всех вопросов принимал Синельников А.А.

Забегая вперед отмечу что не имеющая ничего общего с реальной действительностью специальная теория относительности была притянута в физику за уши с черного хода. Она подвергалась жесткой критике, как в момент создания, так и на протяжении всех ста лет своего существования. Особенно обострилась критика специальной теории относительности в последнее время. Не находя контраргументов, руководство науки любую критику специальной теории относительности просто игнорирует. Относительно доступная аудитория для оппонентов специальной теории относительности в наше время - это различные научные форумы в интернете. Но и там бал правят все те же релятивисты. Не находя конструктивных контраргументов они в лучшем случае забалтывают открытые оппонентами темы, а в худшем просто их закрывают. В таких условиях сайт new-idea.kulichki.net является единственным спасением для критиков релятивизма. Пределом мечтаний было бы еще и функционирование здесь научного форума.

И так, специальная теория относительности покоится на двух китах оптике и механике. Ее идеи прошли свое развитие от Галилея до Эйнштейна в механике и от Гюйгенса до Эйнштейна в оптике. Чтобы лучше понять специальную теорию относительности, вскрыть ее корни, прочувствовать атмосферу, в которой она рождалась, и выявить объективные причины ее признания, давайте проследим этот путь от начала до конца.

Чтобы изучать движение материального тела в пространстве, необходимы система координат, единицы длины, времени и приборы, для их измерения. Система координат привязывается к конкретному материальному объекту, относительно которого нам необходимо изучить движение интересующего нас тела.

Если мы изучаем движение пассажира, идущего со скоростью 5 км/час по палубе теплохода, плывущего по реке со скоростью 15 км/час, то систему координат привязываем к теплоходу. Ели изучаем движение теплоходов по реке, автомобилей на берегу или самолетов в небе, то систему координат связываем с землей. При изучении движения Земли и других планет Солнечной системы, систему координат связывают с Солнцем. Насколько важно правильно выбрать систему координат видно из того, как упростилась картина мира, после всего лишь переноса Коперником начала отсчета с Земли на Солнце. Если же мы вздумаем изучать движение самого Солнца и других звезд нашей Галактики, то систему координат необходимо будет привязать к ядру нашей галактики.

И так, в наших примерах мы последовательно переносили систему отсчета с теплохода на землю, с Земли на Солнце, с Солнца в центр нашей Галактики. В связи с этим возникает вопрос: а нет ли в природе какого-либо абсолютно неподвижного тела или среды, с которыми можно было бы связать абсолютную систему координат, а все остальные привязывать непосредственно к ней.

Согласно принципу относительности Галилея, никакими механическими опытами невозможно обнаружить равномерное прямолинейное движение системы координат, в которой эти опыты проводятся. Такие системы координат называют инерциальными. Получается, что во всех инерциальных системах координат все законы механики одинаковы. А поэтому нет необходимости искать какую-то абсолютную систему координат, а изучать движение интересующего нас тела можно в любой наиболее удобной системе координат в каждом конкретном случае.

Причем, найдя координаты тела и закон его движения в одной системе координат, можно перейти в другую инерциальную систему координат. Формулы перехода из одной инерциальной системы координат в другую называют преобразованиями Галилея.

В этих формулах u - так называемая, переносная скорость подвижной штрихованной системы координат.

Если уравнение, при переводе его в другую систему координат, не меняет своего вида, его называют инвариантным относительно преобразований Галилея. Все уравнения механики инвариантны преобразованиям Галилея.

К сказанному о механике, необходимо определиться с понятиями пространства и времени. Пространство по Ньютону - это вместилище материальных объектов. Оно однородно, изотропно, существует независимо от того наблюдаем мы его или нет. То есть, пространство абсолютно и объективно. Но ощущать, измерять и изучать пространство мы можем только относительно размещенных в нем материальных объектов. То есть только как относительное. Пространство не имеет никаких других свойств, кроме свойства размещать в себе материальные объекты. Поэтому абсолютное пространство никак не может быть обнаружено, кроме как по размещенным в нем материальным объектам.

Точно так же и время - однородно, течет независимо от того замеряем мы его секундомером или нет. То есть, время тоже абсолютно и объективно. Но измерять и изучать время мы можем, только сравнивая его с длительностью принимаемого за эталон какого-либо конкретного явления природы. То есть время, мы можем воспринимать тоже только как относительное.

Таким образом, в повседневной жизни и в любом физическом эксперименте мы можем иметь дело только с относительными пространством и временем. Абсолютные же пространство и время - это категории только философские. Так определил пространство и время Ньютон и так их понимали в физике до Эйнштейна. Из данного определения пространства и времени следует, что скорость может быть только относительной, абсолютная скорость чего бы то ни было вообще не имеет смысла. А из преобразований Галилея следует, что скорость пассажира теплохода в нашем примере относительно земли, то есть в системе отсчета связанной с Землей, складывается из скорости пассажира относительно теплохода и, так называемой переносной скорости теплохода относительно земли. То есть скорость пассажира теплохода относительно Земли в нашем примере будет 20 км/час, если пассажир движется по палубе по ходу теплохода, и 10 км/час, если в обратном направлении.

С механикой на этом пока остановимся. Со вторым китом-светом человечество сталкивалось тоже на протяжении всего своего существования. В древности считали, что глаз работает как радиолокатор, ощупывая предметы невидимыми лучами. Затем стали считать, что все тела испускают мельчайшие частицы-корпускулы, которые попадая в глаз, вызывают изображение предметов. Затем в природе света обнаружили волновые свойства. Первым волновую теорию света сформулировал в 1678 году Гюйгенс. Примерно в это же время Ньютон, тщательно взвесив все факторы за и против, обосновал корпускулярную теорию света. Одним из основных факторов, повлиявших на выбор Ньютона, было отсутствие еще в то время данных о дифракции света (огибание световыми волнами встречных препятствий), наблюдавшейся при распространении любых волн. И, несмотря на то, что дифракция света вскоре была обнаружена, корпускулярная теория, опираясь на авторитет Ньютона, господствовала в физике более ста лет.

В 1727 году Бредли искал, предполагаемый в то время из теоретических соображений, параллакс звезды, по которому в наше время определяют расстояния до звезд. Вместо этого он обнаружил видимое смещение звезды, на порядок большее параллакса, одинаковое для всех звезд независимо от их скоростей и расстояний до них. Причем, от параллакса это смещение отставало на четверть периода. Это явление назвали аберрацией света. Сам же параллакс был обнаружен только сто лет спустя. А аберрацию Бредли объяснил следующим образом. Человек, бегающий со скоростью по кругу под отвесным дождем, капли которого падают на Землю со скоростью , держит зонт наклоненным вперед, так как относительно бегущего чееловека капли дождя падают под углом. Тангенс угла наклона зонта равен отношению скорости человека по кругу к скорости падения капель на землю . То есть, направление падения капель дождя относительно бегущего человека (в системе отсчета человека) определяется векторной разницей скорости падения капель дождя на землю и скорости человека по кругу в системе отсчета, связанной с Землей. Получается, что капли дождя, падающие в окружающем пространстве вертикально, в системе отсчета человека изменяют свое направление и входят в систему отсчета человека под некоторым углом к вертикали. Это изменение направления падения капель дождя относительно бегущего человека является чисто кинематическим эффектом и обуславливается только отношением скорости человека по кругу к скорости падения капель на землю. И никакие другие факторы на угол наклона зонта не влияют. Аналогично угол аберрации от отвесного дождя относительно поезда определяется по косым следам, оставленным на окнах движущегося вагона.

Точно так же и астроном, наблюдающий за звездой, находящейся на перпендикуляре к плоскости эклиптики, должен наклонять телескоп от перпендикуляра к эклиптике вперед, чтобы корпускулы света (во времена Бредли господствовала корпускулярная теория света), попавшие в объектив, пройдя вдоль оптической оси, движущегося вместе с Землей телескопа, могли дойти до его окуляра. Тангенс угла наклона телескопа здесь также равен отношению скорости Земли по ее орбите к скорости корпускул света в окружающем космическом пространстве , что дает Из-за движения астронома вместе с Землей по круговой орбите с наклоненным телескопом, звезда, находящаяся на перпендикуляре к эклиптике, описывает на звездной карте окружность, видимую с Земли под углом в 41”. И так, по представлениям Бредли угол аберрации зависит от отношения скорости телескопа вместе с Землей к скорости света внутри телескопа. То есть Бредли предположил, что аберрация формируется внутри телескопа. И если по каким-то причинам скорость света внутри телескопа изменится, то должен измениться и сам угол аберрации. Однако в 1871 году Эйри заполнил телескоп водой, в результате чего скорость света внутри телескопа уменьшилась в 1,33 раза, но угол аберрации при этом не изменился. А это говорит о том, что аберрация формируется не внутри телескопа, а где-то раньше не доходя телескопа. Позже мы подробнее остановимся на этом случае. Таким образом, аберрация света, как и наклон зонта, как и косые следы дождя на окнах вагона является чисто кинематическим эффектом, определяется исключительно скоростью Земли в пространстве, в котором со скоростью движутся корпускулы света. И никакие другие факторы на аберрацию света никакого влияния не оказывают. Получается, что, измерив угол аберрации и зная скорость Земли по ее орбите, можно определить скорость корпускул света в межпланетном пространстве. И наоборот, зная скорость света , по измеренному углу аберрации можно определить скорость Земли относительно пространства, в котором со скоростью движутся корпускулы света, или что тоже самое - скорость этого пространства относительно Земли. Прошу обратить на этот факт особое внимание и держать его на контроле, так как мы будем к нему возвращаться не единожды. Волновая теория света объяснить аберрацию в то время не смогла.

Таким образом, возникнув примерно в одно время, корпускулярная и волновая теории света с переменным успехом ведут борьбу все последующее время. Одни свойства света, как например аберрацию, сразу объяснили корпускулярной теорией света, другие, как например интерференцию, - волновой. А вот преломление света корпускулярная теория объяснила увеличением скорости света, при переходе в более плотную среду, а волновая - наоборот ее уменьшением. А так как скорости света в различных средах в то время еще не были известны, вопрос о правильности той или иной теории света оставался открытым.

Первым с обоснованной критикой корпускулярной теории света выступил в 1799 году Юнг. Аберрацию света с позиций волновой теории он объяснил аналогично корпускулярной тории. По его объяснению телескоп должен быть наклонен на тот же угол, чтобы световая волна, вошедшая в объектив, распространяющаяся внутри движущегося телескопа, не сминаясь, смогла дойти до окуляра. То есть Юнг также, как и Бредли считал, что аберрация формируется внутри телескопа и определяется скоростью света внутри телескопа. Такой ошибочный взгляд на аберрацию сохраняется до настоящего времени, несмотря на то что опыт Эйри 1871 года с заполненным водой телескопом этот факт отрицает. Тангенс угла наклона телескопа равен, отношению скорости Земли по ее орбите к скорости распространения световой волны в движущемся вместе с Землей телескопе. То есть . А это указывает на то, что свет со скоростью распространяется в системе отсчета, связанной с Солнцем, а не с абсолютным пространством и не внутри телескопа. Таким образом, измерив угол аберрации, и зная скорость Земли по ее орбите, можно определить скорость световой волны в окружающем пространстве. И наоборот по углу аберрации и известной скорости света можно определить скорость Земли относительно окружающего пространства, в котором со скоростью распространяется свет. А это тоже самое, что и скорость пространства, в котором распространяются световые волны, относительно телескопа. То есть вектор скорости Земли в окружающем пространстве так же вычитается из вектора скорости света в этом пространстве и получается направление вхождения луча света в систему отсчета Земли. Подчеркнем еще раз: аберрация как чисто кинематический эффект является исключительно следствием векторного вычитания скорости Земли в окружающем пространстве из скорости света в этом пространстве. И никакие другие факторы никакого влияния на аберрацию света не оказывают. Скорость света, полученная по измеренному углу аберрации и известной скорости Земли по орбите, по современным данным составляет 299640 км/сек, и является, очевидно, скоростью света на в системе отсчета, связанной с Солнцем при переходе в систему отсчета, связанную с Землей.

В 1807 году Юнг объяснил принцип интерференции, а в 1817 высказал идею о поперечности световых волн. Это было очень смелое по тому времени предположение, так как в то время о поперечных волнах в средах еще ничего не было известно. И только после открытия поляризации света и обнаружения, что лучи света, поляризованные во взаимоперпендикулярных плоскостях, никогда не интерферируют, идея Юнга о поперечности световых волн стала общепризнанной.

Сокрушительный удар по корпускулярной теории света был нанесен в 1818 году на Парижском конкурсе. С отличным докладом по волновой теории света на нем выступил Френель. Член конкурсной комиссии Пуассон с сарказмом указал на нелепый, по его мнению, вывод Френеля, объясняющего дифракцию, что в центре тени от диска может находиться светлое пятно. В ответ Френель тут же продемонстрировал это светлое пятно. Так постепенно, докапываясь до сути различных проявлений света, наука о свете приближалась к истине.

Теперь, что касается скорости света. Вначале скорость света считалась бесконечной. Первым измерить скорость света попытался в 1626 году Галилей. С помощью двух сигнальщиков, открывающих и закрывающих фонари на противоположных берегах озера, Галилей хотел замерить время прохождения светом от одного сигнальщика до другого и обратно. Но из этой затеи ничего не могло получиться, так как измерялось фактически не время прохождения светом от одного сигнальщика до другого и обратно, а неизмеримо больше время их реакции в открытии и закрытии фонарей.

Первым порядок скорости света из астрономических наблюдений определил в 1676 году Ремер. В противостоянии Земли с Юпитером (это когда Земля находится между Солнцем и Юпитером на одной линии, а расстояние между Землей и Юпитером минимальное) он составил точное расписание затмений спутника Юпитера Ио. Через несколько месяцев он обнаружил все большие и большие отставания затмений Ио от расписания. Наибольшего отставания от расписания затмения Ио достигли в соединении Земли с Юпитером (это кода Солнце находится на одной линии между Землей и Юпитером, а расстояние между ними на данном витке Земли вокруг Солнца -- максимальное). Затем отставания начинали сокращаться и в следующем противостоянии затмения догоняли расписание. Ремер это явление объяснил следующим образом. В противостоянии расстояние от Юпитера до Земли минимальное. Во всех остальных случаях расстояние от Юпитера до Земли увеличено, а в соединении оно увеличивается ровно на диаметр Земной орбиты. Таким образом, запаздывание затмения Ио от расписания в противостоянии объясняется прохождением светом от Ио до Земли дополнительного расстояния, равного диаметру земной орбиты. Разделив диаметр Земной орбиты на наибольшее время запаздывания затмения Ио от расписания, Ремер получил скорость света c=225 000 км/сек. Так впервые был получен порядок скорости света. По современным данным скорость света, полученная по этому методу c=300870 км/сек и является фактически средней скоростью света на диаметре Земной орбиты.

Кроме того, Ремер обнаружил, что в противостояниях и соединениях Земли с Юпитером измеренное время оборота Ио вокруг Юпитера, то есть месяц Ио составляет 150000 секунд. В восточной элонгации (это когда Земля со скоростью км/сек, по касательной к своей орбите, движется строго в направлении Юпитера) месяц Ио на 15 сек короче. В западной элонгации (когда Земля со скоростью 30км/сек, по касательной к своей орбите, движется строго от Юпитера) месяц Ио на 15 сек длиннее. Давайте разберемся в причинах этого явления. Различия этих трех ситуаций состоит в следующем. В противостояниях и соединениях Земля не движется в направлении луча света от Ио. Поэтому свет от Ио, распространяющийся в межпланетном пространстве со скоростью , в противостояниях и соединениях согласно преобразованиям Галилея с этой же скоростью проносится и мимо Земли. В восточной элонгации Земля со скоростью км/сек движется в межпланетном пространстве навстречу лучу света. Поэтому в восточной элонгации свет от Ио, согласно преобразованиям Галилея, проноситься мимо Земли со скоростью км/сек. В западной элонгации скорость света относительно Земли будет соответственно км/сек. Таким образом, изменение месяца Ио происходит из-за изменения скорости света относительно Земли, которая согласно преобразованиям Галилея получается сложением скорости света в межпланетном пространстве с переносной скоростью Земли в этом пространстве.

Чтобы лучше понять ситуацию с изменением месяца Ио, рассмотрим сначала аналогичную ситуацию в механике. Пусть из точки А через равные промежутки времени выезжают велосипедисты и едут по дороге в направлении точки В со скоростью V=15 км/час. Из точки В в направлении точки А и в обратную сторону вышили два пешехода и идут по дороге со скоростью км/час. Необходимо определить с какими периодами и скоростями велосипедисты будут проезжать мимо точки В, а также мимо встречного и попутного пешеходов. Эта задача для четвертого класса средней школы решается следующим образом. В момент выезда велосипедиста из точки А предыдущий велосипедист проезжает по дороге расстояние VT=15T. С таким расстоянием между соседними велосипедистами они и движутся по дороге со скоростью V. Чтобы определить период проезда велосипедистов мимо контролера , это движущееся расстояние между соседними велосипедистами VT необходимо разделить на скорость их проезда мимо контролера. Если контролер находиться в неподвижной точке В, то скорость велосипедистов относительно него равна V и деление VT на V дает тот же период Т, с которым велосипедисты выезжают из точки А. То есть измерив период проезда велосипедистов мимо неподвижного пункта В мы получаем фактический период выезда велосипедистов из точки А. Если контролером является встречный пешеход, то скорость велосипедистов относительно него согласно преобразованиям Галилея равна , а период проезда мимо него встречных велосипедистов . Соответственно скорость проезда велосипедистов относительно попутного пешехода согласно преобразованиям Галилея будет , а их период проезда мимо попутного пешехода будет .

Из этих формул видно, что изменение периода проезда велосипедистов мимо контролеров определяется исключительно относительной скоростью пешеходов и велосипедистов или отношением их скоростей . Измерив период проезда велосипедистов в точке В, мы получаем фактический период выезда их из точки А. Измерив период проезда велосипедистов мимо встречного или попутного пешехода Т_к, зная скорость пешеходов , из формулы мы можем узнать скорость велосипедистов V, которая будет , а так же их скорость относительно пешеходов . То есть, измеряя изменение периода проезда велосипедистов мимо встречного или попутного пешеходов, мы измеряем фактически скорость проезда велосипедистов мимо пешеходов. И наоборот, измерив период проезда велосипедистов мимо встречного или попутного пешеходов, зная скорость велосипедистов по дороге , мы можем определить скорость пешехода относительно дороги , а это тоже самое -- что и дороги относительно пешехода. Здесь все предельно ясно и обычно ни у кого никаких вопросов не возникает.

Теперь давайте разберемся с месяцем Ио. Каждый раз выходя из-за Юпитера, Ио с периодом Т посылает в сторону Земли световые импульсы (аналог велосипедистов из предыдущего примера), которые со скоростью распространяются в межпланетном пространстве. Расстояние между соседними световыми импульсами, движущимися со скоростью в межпланетном пространстве, равно . Чтобы определить фиксируемый контролером с Земли месяц Ио, движущееся расстояние , как и в задаче с велосипедистами, необходимо разделить на скорость световых импульсов от Ио относительно Земли. В противостояниях и соединениях Земли с Юпитером скорость света от Ио относительно Земли равна , а месяц Ио, фиксируемый с Земли в этом случае, равен истинному периоду обращения Ио вокруг Юпитера Т. В восточной и западной элонгациях скорость световых импульсов относительно Земли (аналога встречного и попутного пешеходов) согласно преобразованиям Галилея будет км/сек, а месяц Ио будет . Таким образом, изменение месяца Ио, так же как и аберрация, является исключительно кинематическим эффектом. Оно определяется отношением скорости Земли в межпланетном пространстве к скорости света в этом пространстве, или скоростью света от Ио относительно Земли . И никакие другие факторы на величину изменения месяца Ио, фиксируемую с Земли, никакого влияния не оказывают. Полученные по приведенной формуле изменения месяца Ио в элонгациях в точности соответствуют секундам, фиксируемым в астрономических наблюдениях. Как видно из изложенного, распространение света в межпланетном пространстве, движение Земли в этом пространстве и изменение месяца Ио, обусловленное изменением скорости света относительно Земли, выражаются теми же формулами что и движения велосипедистов и пешеходов по дороге. Этот факт указывает на то, что скорость света никакая не абсолютная и кроме как величиной принципиально ничем не отличается от скорости любого другого материального объекта, в данном случае от скорости велосипедиста. И измеряя изменение месяца Ио, мы измеряем фактически изменяющуюся скорость света относительно Земли, полученную вычитанием скорости Земли в межпланетном пространстве из скорости света в этом пространстве по Галилею.

Таким образом, измерив месяц Ио в противостояниях или соединениях, мы получаем его фактическое значение. А измерив месяц Ио в восточной или западной элонгациях, зная скорость Земли по орбите =30 км/сек из формулы , мы можем определить скорость света в межпланетном пространстве Зная же скорость Земли по ее орбите 30 км/сек мы из преобразований Галилея можем определить скорость света относительно Земли в элонгациях . И наоборот, зная скорость света в окружающем пространстве , мы можем определить скорость Земли в межпланетном пространстве , в котором со скоростью распространяется свет, а это тоже самое что и скорость этого пространства относительно Земли. Акцентируйте свое внимание на этом факте еще раз.

И так, при определении скорости света в окружающем пространстве относительно движущейся в этом пространстве Земли, скорость света складывается со скоростью Земли. Точно также как скорость пассажира складывается со скоростью теплохода, при определении скорости пассажира относительно берега. Точно также скорость велосипедиста складывается со скоростью пешехода, при определении скорости велосипедиста относительно пешехода. Забегая вперед отметим, что обычно этот момент для понимания релятивистам недоступен. Признавая сложение по Галилею скоростей пешехода и теплохода, а также велосипедистов и пешеходов, как и любых других материальных объектов, релятивисты, исходя из абсурного постулата об абсолютности скорости света, никак не могу согласиться с фактом сложения по Галилею скорости света со скоростью Земли. Ведь для сложения скоростей, соизмеримых со скоростью света, у релятивистов имеется своя абсурдная релятивистская формула сложения скоростей

Из этой формулы следует, что если одна из слагаемых скоростей равна скорости света, то прибавление второй скорости хотя бы равной и скорости света, никак не сказывается на величине суммы, которая не может быть больше скорости света, что указывает на абсолютность скорость света. Но, забегая вперед отметим, что релятивистская формула сложения скоростей получена из преобразований Лоренца. Сами же преобразования Лоренца получены исходя из абсурдного постулата об абсолютности скорости света. То есть, сначала Эйнштейн необоснованно выдвинул абсурдный постулат об абсолютности скорости света. Затем, опираясь на него, вывел абсурдные же соответственно преобразования Лоренца. А из абсурдных преобразований Лоренца вывели абсурдную релятивистскую формулу сложения скоростей, из которой следует, что скорость света абсолютна. И на основании этой формулы абсолютность скорости света преподносится уже как истина в последней инстанции. Но как мы видим из изложенного выше, изменения месяца Ио на сек, полученные исходя из классического сложения скоростей света и Земли, в точности соответствуют наблюдаемым. Если же мы, для получения скорости световых импульсов от Ио относительно Земли , сложим их скорость со скоростью Земли по релятивистской формуле сложения скоростей, то получим

.

И тогда, для получения месяца Ио в элонгациях, движущееся расстояние мы должны делить на , и никакого наблюдаемого в действительности изменение месяца Ио на 15 сек мы не получим. Приведенный пример указывает на то что в природе действует Галилеевский закон сложения скоростей а не релятивистский. Это касается в том числе и сложения скорости света с любой другой скоростью, в данном случае со скоростью Земли по ее орбите. Релятивисты же утверждают, что скорость луча света от Ио, распространяющегося в межпланетном пространстве со скоростью , величина абсолютная и относительно движущейся в этом пространстве Земли тоже равна . А изменение месяца Ио в элонгациях объясняют приближением или удалением Земли от Юпитера, за время распространения света от Ио до Земли. Но мы с вами убедились, что кроме скоростей света и Земли, как и скоростей велосипедистов с пешеходами, никакие расстояния в формулы изменения периодов не входят. Впитав с молоком матери постулат об абсолютности скорости света, релятивисты никак не могут понять, что никаких расстояний между Юпитером и Землей, как и между велосипедистами и пешеходами в рассмотренных задачах не задается. Изменение же месяца Ио целиком и полностью определяется изменением скорости света от Ио относительно Земли, которая получается сложением скорости света со скоростью Земли в межпланетном пространстве по Галилею. Точно так же как скорость велосипедистов относительно пешеходов определяется сложением скоростей велосипедистов и пешеходов по дороге.

Таким образом, скорость света никакая не абсолютная, а как и любая другая - относительная.

Кроме того изменение месяца Ио на секунд указывает на то, что в этом эксперименте свет со скоростью распространяется именно в межпланетном пространстве, в котором со скоростью 30 км/сек движется по своей орбите Земля, и именно это движение Земли по ее орбите является причиной изменения месяца Ио. А равенство угла аберрации отношению скорости Земли по ее орбите к скорости света указывает на то, что свет со скоростью и в данной ситуации распространяется именно в межпланетном пространстве, в котором со скоростью движется по своей орбите Земля. И что скорость света относительно Земли согласно преобразованиям Галилея .

И так, замерив изменение месяца Ио, как и при фиксации аберрации, по известной скорости света в межпланетном пространстве мы можем определить скорость этого пространства, относительно Земли. Эту мысль так же следует держать на контроле, так как мы еще будем к этому вопросу возвращаться.

Несколько позже попробуем разобраться: почему в специальной теории относительности пришли к ошибочной, абсурдной мысли об абсолютности скорости света. А из абсолютности скорости света как следствия вытекали уже все остальные мнимые релятивистские эффекты: относительность пространства, времени и материи.

Скорость света в воздухе и в воде в земных условиях измерил в 1850 году Фуко. Он пропускал луч света через просвет между зубьями быстро вращающейся шестерни. Через 8 км луч света отражался, возвращался к шестерне и проходил через подошедший к этому времени просвет между зубьями. Время прохождения светом до отражающего зеркала и обратно, определялось временем поворота шестерни на угол между просветами, пропустившими луч света туда и обратно. А ставя на пути луча света емкость с водой, Фуко определил скорость света и в воде. Она оказалась в 1,33 раза меньше скорости света в воздухе. Это еще раз подтвердило справедливость волновой теории света.

В 1864 году Максвелл открыл уравнения электродинамики:

;

;

Эти уравнения через запаздывающий потенциал описывают распространение электромагнитной волны в пространстве. Из своих уравнений Максвелл вывел дифференциальное уравнение второго порядка:

Которое имеет следующее решение:

Здесь - номинальная напряженность стационарного электрического поля в произвольной точке х; -- амплитуда колебания этой номинальной напряженности, при прохождении электромагнитной волны; с - скорость распространения электромагнитной волны по полю. А это решение уже является конкретно уравнением распространения электромагнитной волны в пространстве.

Проанализировав свои уравнения и их решения, Максвелл пришел к выводу, что любое возмущение электрического поля не может оставаться на месте, а распространяется по полю в виде волны, аналогично волне от брошенного в воду камня, или звуковым волнам в воздухе. Кроме того, изменяющееся электрическое поле обязательно вызывает в этом месте возникновение переменного магнитного поля, а возникшее переменное магнитное поле вызывает изменение электрического поля.

Таким образом, в пространстве изначально имеется стационарное электрическое поле с определенной своей напряженностью в каждой точке пространства, которая определяет потенциальную энергию поля в этой точке пространства. Светящееся тело возмущает окружающее его электрическое поле, вызвав изменение его напряженности . Изменяющееся электрическое поле создает переменное магнитное поле с изменяющейся магнитной напряженностью Н, а изменяющееся магнитное поле создает переменное электрическое поле и т.д. Поэтому электрическая и магнитная волны распространяются по стационарному электрическому полю в виде единой электромагнитной волны. Так Максвелл, за 20 лет до их открытия Герцем, предсказал существование в природе электромагнитных волн. А вычислив из своих уравнений скорость распространения электромагнитных волн , Максвелл с удивлением обнаружил, что она в точности равна скорости света. Из этого сделали вывод, что свет -- это тоже электромагнитная волна, и оптика становится составной частью электродинамики.

И так, уравнения Максвелла описывают распространение электромагнитной волны во времени и пространстве. Если зафиксировать координату времени, то уравнения Максвелла дадут застывшую электромагнитную волну в пространстве в конкретный момент времени. Если же зафиксировать координату точки в пространстве, то уравнения Максвелла опишут волновое изменение параметров электромагнитной волны в этой точке во времени.

Из сказанного в предыдущих абзацах, общепринятое графическое изображение векторов электрической Е и магнитной Н напряженностей в электромагнитной волне следует признать неверным. А именно, во всех известных волновых процессах, взаимно превращающиеся друг в друга потенциальная и кинетическая энергии сдвинуты на графиках на четверть периода. И если потенциальная энергия изображается синусоидой, то кинетическая должна изображаться косинусоидой. А иначе было бы невозможно взаимное превращение кинетической энергии магнитной волны в потенциальную энергию электрической волны и обратно, в результате которого происходит распространение электромагнитной волны в пространстве. Оба же вектора же Е и Н, определяющие потенциальную и кинетическую энергии электромагнитной волны, на графиках изображают в фазе в виде синусоид. Но в таком случае невозможно взаимное превращение кинетической и потенциальной энергий электромагнитной волны друг в друга, а, следовательно, и распространение волны в пространстве. И так, в графическом изображении распространения электромагнитной волны в пространстве, изменение напряженности электрического поля Е должно откладываться по оси Y в виде синусоиды вдоль оси Х, вдоль которой распространяется электромагнитная волна. Изменение же напряженности магнитного поля должно откладываться по оси Z в виде косинусоиды вдоль оси Х, а не тоже в виде синусоиды, как это делается сейчас. К такому выводу можно прийти также из следующих рассуждений. Левая часть первого уравнения Максвелла дает застывшую волну напряженности электрического поля в фиксированный момент времени в виде синусоиды. Правая же часть этого уравнения является, производной по времени от напряженности магнитной индукции. А производная от синусоиды является косинусоидой.

Далее, неожиданно на фоне всеобщей эйфории от значительных успехов в оптике и электродинамике, обнаружилось, что уравнения Максвелла не инвариантны преобразованиям Галилея. Научная общественность в недоумении: как же так на протяжении сотен лет все уравнения движения были инвариантны преобразованиям Галилея, а уравнения Максвелла, описывающие распространение электромагнитной волны в пространстве, нет. И уравнения Максвелла нельзя было по преобразованиям Галилея переводить в другую инерциальную систему координат и обратно. Первым делом стали грешить на молодые уравнения Максвелла. Пробовали их переделать (Лоренц), несколько подправить и подогнать под преобразования Галилея (Герц), но из этого ничего не получалось. Да и точность, с которой из уравнений Максвелла была получена скорость света, говорила о верности уравнений Максвелла. Но и преобразования Галилея прошли к этому моменту проверку временем более чем в двести лет. Как вышли из этого положения, и как следовало бы выходить, мы разберем несколько позже. А пока вернемся к волновой теории света.

Раз свет -- это волна, то, по аналогии с волнами на воде и звуковыми волнами в воздухе, должна существовать какая-то материальная среда, в которой распространяются световые волны. Эту гипотетическую среду назвали эфиром. Но свет приходит к нам из самых отдаленных глубин космоса и проходит через прозрачные тела, а электромагнитные волны и через непрозрачные. Поэтому предположили, что эфир представляет собой самостоятельную, абсолютно неподвижную среду, которая заполняет собой не только все космическое пространство, но и межмолекулярные и межатомные пространства всех материальных тел. Материальные же тела движутся в этом абсолютно неподвижном эфире пронизывая его и пропуская сквозь себя. В дальнейшем эфиру стали приписывать различные дополнительные качества. В результате этого в настоящее время нет четкого общепризнанного определения эфира. Некоторые под эфиром понимают даже первичную материю, из которой формируется все сущее во Вселенной. Мы же здесь и в дальнейшем под эфиром понимаем только среду, в которой распространяются световые волны, и ничего больше.

Таким образом, по представлениям 19 века вроде бы наметилась абсолютно неподвижная среда, о которой мы говорили в самом начале, и с которой можно связать абсолютную систему координат, а все остальные инерциальные системы координат можно привязывать непосредственно к ней. Но это предположение противоречит определению пространства Ньютоном. Согласно Ньютону, в любом физическом эксперименте мы можем иметь дело только с относительным пространством, а абсолютное пространство -- это только философское понятие, и его никак невозможно обнаружить экспериментально.

Из тогдашнего же представления об эфире следовало, что свет со скоростью распространяется в абсолютно неподвижном пространстве-эфире. Земля движется в этом пространстве с какой-то абсолютной скоростью . Следовательно, согласно преобразованиям Галилея скорость света относительно Земли должна быть . Определив экспериментально скорость света относительно Земли и вычтя из нее скорость света в эфире , которую считали постоянной, надеялись, игнорируя Ньютона, получить абсолютную скорость Земли в абсолютном пространстве, то есть скорость окружающего эфира относительно Земли, так называемый эфирный ветер.

Эпопея поиска эфира и эфирного ветра начата более 300 лет назад, после выдвижения волновой теории света, и продолжается пока безрезультатно до настоящего времени. По продолжительности и драматизму эти поиски можно сравнить с поиском доказательства великой теоремы Ферма. Теорема Ферма уже 17 лет как доказана, а эфир и эфирный ветер до сих пор не обнаружены. И основная заслуга в этом принадлежит Эйнштейну, который объявил, что эфира в природе не существует. После этого поиски эфира и эфирного ветра велись уже не так интенсивно. А факты обнаружения эфирного ветра не признавались: ведь Эйнштейн сказал, что эфира в природе не существует.

Перечислять все попытки обнаружения эфира и эфирного ветра мы здесь не будем, рассмотрим лишь несколько самых характерных и значимых из них. Но прежде подчеркнем, что аберрация света и изменение месяца Ио в элонгациях на секунд, как мы убедились ранее, указывают на то, что свет со скоростью распространяется в эфире, связанном с Солнцем, именно с Солнцем, а не с абсолютным пространством, как думали ранее. То есть эфирный ветер относительно Земли равен скорости Земли по орбите км/сек. Этот эфирный ветер и является причиной аберрации и изменения месяца Ио.

В 1810 году Араго предпринял следующую попытку по обнаружению эфирного ветра от движения Земли по своей орбите. Исходя из тогдашнего предположения об абсолютном эфире и преобразований Галилея, скорость света от наблюдаемой звезды относительно Земли должна быть на 30 км/сек больше , когда Земля по своей орбите движется навстречу лучу света, и на 30 км/сек меньше -- когда Земля убегает от луча света. Но от скорости света относительно телескопа зависят углы преломления его оптики. Поэтому фокусы изображения звезды, при наблюдениях за ней во встречном и попутном движениях Земли, должны быть в разных плоскостях телескопа. Но Араго в своих наблюдениях этого не обнаружил. Из опыта Араго следовало, что скорость света в окружающем абсолютном эфире относительно Земли всегда одинакова, и не зависит от движения Земли по своей орбите навстречу лучу света или от него. Получается, что движение Земли по ее орбите, то есть эфирный ветер от движения Земли, в опыте Араго не обнаружили. Напомним, что движение Земли по ее орбите, то есть эфирный ветер от движения Земли по ее орбите, по аберрации и изменению месяца Ио в элонгациях обнаруживается.

В 1879 году Максвелл предложил следующий эксперимент, по обнаружению эфирного ветра от движения всей Солнечной системы по орбите Солнца. Он предложил по методу Ремера измерить время прохождения светом от Ио диаметра земной орбиты, при движении всей Солнечной системы навстречу лучу света и от него. Время прохождения светом диаметра Земной орбиты составляет 1000 секунд. Расчеты показали: если разница в прохождении светом диаметра Земной орбиты, при движениях всей солнечной системы навстречу лучу света и от него, составит всего одну секунду, это будет соответствовать скорости Солнечной системы относительно абсолютного эфира в 150 км/сек. Но за все время астрономических наблюдений никто этой разницы не обнаружил. Из этого следует, что скорость света в абсолютном эфире относительно Земли всегда одинакова и не зависит от того движется Земля вместе с Солнцем со скоростью 250 км/сек навстречу лучу света или от него. Так что эфирный ветер относительно Земли за счет ее движения вместе с Солнцем со скоростью 250 км/сек тоже не обнаружили.

Самый же известный эксперимент по обнаружению эфирного ветра от движения Земли в эфире, за который Майкельсон получил Нобелевскую премию, был проведен им в 1881 году. Для своего эксперимента Майкельсон изобрел интерферометр, который назвали его именем. В этом интерферометре луч света от источника Q делится полупрозрачным зеркалом А на два взаимно перпендикулярных. Эти лучи, пройдя одинаковые расстояния L взаимно перпендикулярных плечей прибора, отразившись от зеркал В и С, возвращаются к полупрозрачному зеркалу А и направляются им на экран Э. Во время испытания одно плечо прибора направляется вдоль движения Земли относительно эфира, другое - перпендикулярно. Исходя из предположения, что световые волны со скоростью распространяются в абсолютно неподвижном окружающем эфире, в котором со скоростью вместе с Землей движется интерферометр, подсчитали, что время прохождения светом продольного плеча прибора туда и обратно составляет t₁ . Время же прохождения светом поперечного плеча прибора туда и обратно -

- t_2.

То есть, время и путь, пройденный продольным лучом света в окружающем эфире до попадания на экран несколько больше времени и пути, пройденного поперечным лучом света. Поэтому световые волны от взаимно перпендикулярных лучей света попадают на экран со сдвигом фаз и создают на экране интерференционные полосы. После этого интерферометр поворачивается на девяносто градусов. Из-за изменения ориентаций плеч прибора относительно движения Земли на противоположные, интерференционные полосы на экране должны передвинуться. По величине сдвига интерференционных полос ?N, из формулы надеялись получить скорость Земли относительно абсолютно неподвижного эфира u. Здесь длина волны света, используемого в эксперименте. Таким образом в опыте Майкельсона, вопреки утверждению Ньютона о невозможности обнаружения абсолютной скорости, надеялись получить абсолютную скорость Земли относительно абсолютно неподвижного эфира. Но при повороте прибора на девяносто градусов Майкельсон никакого сдвига интерференционных полос не обнаружил. А это означало, что Земля вместе с прибором не движется относительно эфира, в котором распространяются световые волны. То есть эфирный ветер от движения Земли эфире в опыте Майкельсона тоже не обнаруживается. Научная общественность снова в большом недоумении. Как же так: Земля только по своей орбите движется со скоростью 30 км/сек, а если, исходя из современных представлений, учесть ее движение со скоростью 250 км/сек вместе с Солнцем, а если еще и вместе с Галактикой. И все эти движения относительно абсолютно неподвижного эфира, в котором распространяются световые волны. А опыт Майкельсона этих движений не обнаруживает.

В 1887 году Майкельсон совместно с Морли значительно усовершенствовали интерферометр. За счет многократного отражения они на полутораметровой базе довели эффективную длину каждого плеча прибора до пяти с половиной метров. За счет этого была значительно увеличена точность прибора, но эфирный ветер все равно не был обнаружен. Отрицательный результат опыта Майкельсона пытались объяснить увлечением эфира Землей в пограничном слое, где проводится опыт Майкельсона. Однако в этом случае, как тогда ошибочно считали, не должно быть аберрации света. Но мы с Вами выяснили, что аберрация -- это чисто кинематический эффект и никакие другие факторы никакого влияния на аберрацию не оказывают. Раз есть движение Земли по орбите, то обязательно, вне всякой зависимости от дополнительных факторов, должна присутствовать и аберрация от этого движения. Но тогда из-за наличия аберрации отвергли возможное увлечение эфира Землей. Считая, что с ростом высоты увлечение эфира Землей должно уменьшаться, подобные эксперименты были проведены на различных высотах, как на горе, так и поднимаясь на воздушном шаре. Но результат везде был одинаков. Пытаясь объяснить отсутствие эфирного ветра в опыте Майкельсона-Морли, Лармор, Фицжеральд и Лоренц независимо друг от друга предположили, что все движущиеся тела сжимаются в продольном направлении отношении. Поэтому, при определении истинной длины продольного плеча интерферометра Майкельсона, ее надо умножить на . А почему уменьшение продольных размеров движущихся тел происходит именно в этом отношении? Да только потому что, после умножения продольного плеча интерферометра Майкельсона на , время прохождения светом продольного и поперечного плечей интерферометра становится одинаковым t. После этого световые волны взаимно перпендикулярных лучей света в интерферометре Майкельсона приходят на экран в одинаковой фазе. Поэтому при повороте прибора на девяносто градусов никакого сдвига интерференционных полос быть не может. А, следовательно, определение эфирного ветра в опыте Майкельсона становится принципиально невозможным. Лоренц считал сжатие движущихся тел также естественным, как и их температурное расширение. Объяснял же это сжатие Лоренц преодолением движущимися телами электромагнитного сопротивления эфира. Приняв такое объяснение отсутствия эфирного ветра в опыте Майкельсона, пришлось считать, что все движущиеся тела сжимаются в отношении .

Далее, пытаясь найти способ перевода уравнений Максвелла в другую инерциальную систему координат, исходя из предположения о продольном сжатии движущихся тел, Лоренц выдумал искусственные преобразования, которым уравнения Максвелла инвариантны.

; ;

; ;

; .

Преобразования Лоренца были приняты, так как они обеспечивали принцип относительности для уравнений Максвелла. Но из преобразований Лоренца следовало, что время в движущейся системе координат течет медленнее, также в отношении Лоренц называл это замедленное время местным. Приняв преобразования Лоренца, пришлось признать, что время в движущихся системах координат течет медленнее. Кроме упомянутых опытов, было предпринято бесчисленное множество попыток обнаружить движение Земли относительно абсолютно неподвижного эфира, то есть обнаружить эфирный ветер. Но все эти попытки одна за другой терпели неудачу.

Вот такое положение в этой области физики было к моменту создания Эйнштейном специальной теории относительности. Считалось, что все пространство Вселенной заполнено абсолютно неподвижным эфиром. Светящееся тело возмущает окружающий его эфир. Это возмущение со скоростью распространяется затем эфире в виде световых электромагнитных волн. Земля вместе с Солнцем и галактикой движущейся в этом эфире со скоростью u. Поэтому скорость световой волны относительно Земли должна быть . Но равенство угла аберрации отношению скорости Земли по ее орбите в 30 км/сек к скорости света 300000 км/сек и изменение месяца Ио на секунд в элонгациях указывало на распространение света со скоростью с не в абсолютном эфире, а в межпланетном пространстве. То есть аберрация и изменение месяца Ио указывали на наличие эфирного ветра относительно Земли в 30км/сек. В опыте же Майкельсона и во всех остальных бесчисленных экспериментах по обнаружению эфирного ветра он не обнаруживался. Таким образом, возникшие в физике парадоксы: неинвариантность уравнений Максвелла преобразованиям Галилея и отсутствие эфирного ветра в опыте Майкельсона фактически уже как-то были разрешены. Были созданы преобразования Лоренца, которым уравнения Максвелла инвариантны, и физики получили возможность переводить уравнения Максвелла из одной инерциальной системы координат в другую. Отсутствие же эфирного ветра в опыте Майкельсона было объяснено сжатием продольных размеров движущихся тел. Причем причина этого сжатия логично объяснялась преодолением движущимися телами электромагнитного сопротивления эфира. Правда оставалось непонятным, почему различные электрические и магнитные характеристики движущихся тел никак не отражаются на величине их сжатия. Но на эти тонкости никто уже не обращал никакого внимания. А ведь одинаковое сжатие движущихся тел независимо от их электрических и магнитных характеристик заставляет усомниться в существовании в природе релятивистских сокращений движущихся тел. Один только Лоренц, объясняя этот факт, предположил, что силы взаимодействия между движущимися нейтральными и заряженными частицами одинаковы. Но согласитесь трудно поверить, что электромагнитное сопротивление эфира оказывает одинаковое противодействие движению в нем нейтральных, заряженных и намагниченных тел.

Эйнштейн же, для объяснения отрицательного результата опыта Майкельсона, придумал совсем уж откровенную глупость. Не вникая в физику процесса Эйнштейн просто выдвинул постулат об абсолютности скорости света. Может ли человек в своем уме и при полном здравии считать, что относительная скорость, едущих навстречу друг другу автомобилей со скоростями по 100 км/час, тоже только 100 км/час. Любой на этот вопрос, не задумываясь, даст отрицательный ответ. А вот Эйнштейн, не задумываясь, подобную ситуацию для света допустил. Не разобравшись в причинах отсутствия эфирного ветра в опыте Майкельсона и многих других, а также игнорируя наличие эфирного ветра при фиксации аберрации и изменении месяца Ио, Эйнштейн просто выдвинул постулат об абсолютности скорости света. То есть, кто бы ни измерял относительно себя скорость света, он всегда должен получить одну и ту же величину . Получается, что световой луч распространяется в каком-то пространстве со скоростью . Вы движетесь в этом пространстве со скоростью и измеряете скорость света относительно Вас. Согласно преобразованиям Галилея Вы должны получить скорость . Исходя же из Эйнштейновского постулата об абсолютности скорости света, независимо от величины и направления Вашей собственной скорости в этом пространстве, Вы всегда должны намерять ту же скорость. Но любому здравомыслящему человеку ясно: если свет и среднеазиатская арба в эфире, в физическом вакууме, просто в пространстве, или по дороге кишлака; движутся со скоростями 300000 км/сек, и 2м/сек соответственно, то относительно арбы свет распространяется уже со скоростью 300000 км/сек-2м/сек. По аналогии любая машина в нашем примере, измеряющая скорость встречной машины относительно себя, согласно Эйнштейну должна получить те же 100 км/час, а не 200 км/час как по Галилею. И этот очевидный абсурд Эйнштейн для света допустил. Более того он убедил в этом весь мир. Убедил так, что даже через сто лет увидевшие этот абсурд отдельные энтузиасты не могут его в этом разубедить. Иначе как массовым психозом это объяснить нельзя. Но к чести Нобелевского комитета разных составов следует отметить, что, несмотря на неодноктратные представления, Нобелевская премия Эйнштейну за теорию относительности так присуждена и не была. То есть Нобелевский комитет всеобщему психозу так и не поддался.