Эргодинамика движущихся тел

Поразительно, как отличается мышление физика от мышления математика: физик стремиться явление объяснить, тогда как математик стремится явление описать. Описанием математика следует воспользоваться, если оно позволяет получать практически полезные результаты, но этим описанием подменять природу не допустимо. В оптически прозрачных телах эфира нет, поэтому и объяснять результаты опытов Физо его увлечением неправомерно. Физо был прав в своем предположении: результаты его опытов действительно имеют обусловленность в эффекте Доплера (будет рассмотрено в п. 18.)

Таким образом, рассмотренные эксперименты позволяют относительно эфира сделать следующие заключения:

а) эфир, как невесомая (не вещественная) материальная среда, но, тем не менее, обладающая определенными физическими свойствами, объективно имеет место быть;

б) эфир, заполняя все мировое пространство, абсолютно неподвижен;

в) в весомой материи эфира нет; вещество любого оптически прозрачного тела является самостоятельной светоносной средой с соответствующей электрической и магнитной проницаемостью и, следовательно, с соответствующей скоростью света в этой среде;

Следует заметить, что эти объективные, т.е. удостоверенные экспериментально, представления об эфире составляли содержание физической науки уже в первой половине 1905 года, т.е. в канун появления статьи Эйнштейна “К электродинамике движущихся тел”. С этих позиций результаты опытов Майкельсона, очевидно, должны были быть признаны ошибочными, а потому и не могли быть использованы в качестве опытной основы какой-либо физической теории. А поскольку были использованы для создания СТО, то причину волюнтаризма ее творцов следует искать за рамками физической науки.

9. Результаты опытов Майкельсона могут быть оправданы только такой теорией, которая распространяет действие принципа относительности Галилея не только на механические, но и на электромагнитные явления, т.е. теорией, в которой утверждается, что все физические процессы в инерциальных системах отсчета протекают одинаково, независимо от того, неподвижна эта система или находится в состоянии равномерного и прямолинейного движения. А это значит, что все законы природы одинаковы во всех инерциальных системах отсчета, следовательно, и математическое выражение этих законов также должны быть одинаковы, т.е. равноправие всех инерциальных систем выражается в том, что все законы природы должны быть ковариантны по отношению к преобразованиям Галилея. Но преобразования Галилея нарушают ковариантность уравнений Максвелла, следовательно, их необходимо соответствующим образом модифицировать. В преобразованиях Галилея относительны только координаты, но время абсолютно, т.е. едино для всех инерциальных систем. Поскольку данная теория придает принципу относительности Галилея всеобщий характер, следовательно, и время в инерциальных системах должно быть также относительно, т.е. каждая инерциальная система отсчета должна иметь собственное время, так называемое, “местное время”.

Предположим ([19] стр.165-167), что для двух инерциальных систем отсчета, движущихся друг относительно друга со скоростью вдоль оси , модифицированные преобразования Галилея имеют вид:

xґ=; х=(хґ- ); (6)



где некий релятивистский множитель. Подчеркнем, что равенство множителя в обеих формулах и одинаковый вид законов преобразования является свидетельством полного равноправия обеих инерциальных систем.

Учитывая, что запишем (6) так:

xґ=; х=(хґ+ ). (7)

Для отыскания значения воспользуемся тем положением, что скорость света одинакова во всех инерциальных системах отсчета. Рассмотрим распространение фронта светового сигнала, начавшего свое движение вдоль осей х и хґ из начала координат этих систем в тот момент, когда они совпадали. Обозначая координаты и время фронта сигнала через , и , соответственно имеем:

и . (8)

Подставляя (8) в (7), получим:

, . (9)

Подставляя из первого уравнения (9) во второе, находим искомое значение релятивистского множителя

. (10)

Подставляя значение в (7) находим закон преобразования координат х и хґ:

, (11)

Для нахождения закона преобразования времени исключим из уравнений (11) координату , подставив во второе уравнение значение хґ, следующее из первого. Получим уравнение, определяющее зависимость tґ от t и х:

откуда

Окончательно

. (12)

Аналогично подставляя значение х из второго уравнения (11) в первое, найдем выражение t через tґ и хґ:

(13)

Итак, найденные преобразования систем отсчета, носящие название преобразований Лоренца (хотя, справедливости ради, должны называться преобразованиями Пуанкаре) и сохраняющие уравнения Максвелла неизменными, имеют вид:

S > Sґ Sґ> S

,

уґ = у, у = уґ,

zґ = z, z =zґ,

.

Вот здесь и выявляются релятивистские парадоксы: движущиеся тела изменяют свои размеры и в движущихся системах отсчета изменяется темп течения времени. Зависимость длины тела и темпа течения времени от скорости движения инерциальной системы отсчета имеет вид

(14)

(15)

где: длина покоящегося стержня, длина движущегося стержня в направлении движения; длительность, к примеру, интервала времени в одну секунду покоящихся часов. Как видно, в движущейся системе отсчета, по отношению к условно неподвижной, длины стержней сокращаются, а ход течения времени становится более медленным.

Поскольку скорость движения тел - это параметр не наблюдательный, а измерительный, то, именно, в согласованных изменениях протяжений по пространству и продлений по времени и состоит идея “местного времени” в контексте универсального принципа относительности Галилея. В движущейся инерциальной системе отсчета возрастает длительность единицы времени, но в соответствующей пропорции уменьшается протяжение единицы длины, поэтому в любой инерциальной системе отсчета скорость света неизменна и равна км/сек.

Такова абстрактная, т.е. чисто математическая теория Лоренц-инвариантности инерциальных систем отсчета, оправдывающая результаты экспериментов Майкельсона. Ее исходными положениями являются две предпосылки, обусловленные, исключительно, обстоятельствами сохранения неизменными уравнений Максвелла при переходе из одной инерциальной системы отсчета в другую:

а) универсальный характер принципа относительности Галилея;

б) наличие в инерциальных системах отсчета “местного времени”.

10. Этот математический скелет Лоренц-инвариантности Эйнштейн и пытается в своей теории одеть в “физические одежды”. “Известно, - пишет он, - что электродинамика Максвелла в современном ее виде приводит в применении к движущимся телам к асимметрии, которая несвойственна, по-видимому, самим явлениям. Вспомним, например, электродинамическое взаимодействие между магнитом и проводником с током. Наблюдаемое явление зависит здесь только от относительного движения проводника и магнита, в то время как, согласно обычному представлению, два случая, в которых движется либо одно, либо другое из этих тел, должны быть строго разграничены. В самом деле, если движется магнит, а проводник покоится, то вокруг магнита возникает электрическое поле, обладающее некоторым количеством энергии, которое в тех местах, где находятся части проводника, порождает ток. Если же магнит находится в покое, а движется проводник, то вокруг магнита не возникает никакого электрического поля; зато в проводнике возникает электродвижущая сила, которой самой по себе не соответствует никакая энергия, но которая - при предполагаемой тождественности относительного движения в обоих интересующих нас случаях - вызывает электрические токи той же величины и того же направления, что и электрическое поле в первом случае”. [1]

Как видно, при анализе явлений электромагнитной индукции Эйнштейн исходил из предположения, что движение магнита относительно проводника и движение проводника относительно магнита приводят к одному и тому же результату. Однако, как было показано, предположение о тождественности относительных движений магнита и проводника опровергает “парадокс Фарадея”.

“Примеры подобного рода, - продолжает Эйнштейн, - как и неудавшиеся попытки обнаружить движение Земли относительно “светоносной среды” ведут к предположению, что не только в механике, но и в электродинамике никакие свойства явлений не соответствуют понятию абсолютного покоя и даже, более того, - к предположению, что для всех координатных систем, для которых справедливы уравнения механики, справедливы те же самые электродинамические и оптические законы, как это уже доказано для величин первого порядка”.

И это предположение Эйнштейна не находит подтверждения в опыте. Именно в электродинамике Фарадей и Эйхенвальд выявили явления, которые свидетельствуют о существовании абсолютно покоящегося эфира, состояния которого, в сущности, и являются электромагнитными полями. Понятно, что неудавшиеся попытки обнаружить движение Земли относительно эфира требовали объяснения, но и они не были достаточным основанием для выдвижения предположения об универсальном характере принципа относительности Галилея, ибо в оптике движущихся тел этому противоречили результаты опытов Брэдли и Физо.

И наконец: “Это предположение (содержание которого в дальнейшем будет называться «принципом относительности») мы намерены превратить в предпосылку и сделать, кроме того, добавочное допущение, находящееся с первым лишь в кажущемся противоречии, а именно, что свет в пустоте всегда распространяется с определенной скоростью V, не зависящей от состояния движения излучающего тела. Эти две предпосылки достаточны для того, чтобы, положив в основу теорию Максвелла для покоящихся тел, построить простую, свободную от противоречий электродинамику движущихся тел. Введение «светоносного эфира» окажется при этом излишним, поскольку в предлагаемой теории не вводится «абсолютно покоящееся пространство», наделенное особыми свойствами, а также ни одной точке пустого пространства, в котором протекают электромагнитные процессы, не приписывается какой-нибудь вектор скорости”.

Как видно, Эйнштейн, пренебрегая опытными фактами, объективно свидетельствующими в пользу существования эфира, встает на точку зрения, согласно которой “Эфира вообще не существует. Электромагнитные поля представляют собой не состояния некоторой среды, а самостоятельно существующие реальности, которые нельзя свести к чему-либо другому и которые, подобно атомам весомой материи, не связаны ни с какими носителями” [20]. И в этой связи, выдвигает вторую предпосылку, согласно которой свет, как самостоятельная материальная субстанция, распространяется собственными причинами в абсолютно покоящемся пустом пространстве с постоянной скоростью , не зависящей от состояния движения излучающего тела.

Следует сказать, что к тому времени было твердо установлено, что скорость света не зависит от состояния движения излучающего тела. Поэтому с точки зрения здравого смысла предпосылки Эйнштейна противоречат друг другу: если скорость света в пустоте постоянна и не зависит от состояния движения источника, то принцип относительности Галилея не может быть универсальным, поскольку свет не вовлекается в общее движение. Однако, отказаться от этой предпосылки Эйнштейн не мог. Дело в том, что преобразования Лоренца принадлежат абстрактной теории, целью же Эйнштейна было создание теории физической, которая через математический аппарат преобразований Лоренца оправдывала бы результаты опытов Майкельсона. Подобное возможно, если в природе имеет место быть фундаментальный закон Лоренц-инвариантности инерциальных систем, т.е. если сами физические законы обладают свойством записываться одинаково во всех инерциальных системах отсчета. Постулировать наличие в природе такого закона Эйнштейн не мог, ибо тогда стало бы очевидным, что его теория абстрактная. Вывести такой закон из опытных и наблюдательных фактов тоже не мог, ибо таких фактов в своей статье он не предоставил. Но такой закон ему был нужен, как воздух. И тогда Эйнштейн вводит этот закон, так сказать, явочным порядком, с помощью “многодумно примитивных” рассуждений относительно смыслового содержания понятий “время события” и “одновременность событий”. Истинное предназначение этих “многодумий” состоит в том, чтобы техническую проблему измерения точного времени возвести в ранг фундаментальной проблемы, и в целях ее разрешения ввести в инерциальные системы отсчета лоренцево “местное время”, тем самым, фактически, возвести преобразования Лоренца в ранг фундаментального закона природы.

“Пусть имеется координатная система, - продолжает Эйнштейн, - в которой справедливы уравнения механики Ньютона. Для отличия от вводимых позже координатных систем и для уточнения терминологии назовем эту координатную систему «покоящейся системой».

Если некоторая материальная точка находится в покое относительно этой координатной системы, то ее положение относительно последней может быть определено методами евклидовой геометрии с помощью твердых масштабов и выражено в декартовых координатах.

Желая описать движение какой-нибудь материальной точки, мы задаем значения ее координат как функций времени. При этом следует иметь в виду, что подобное математическое описание имеет физический смысл только тогда, когда предварительно выяснено, что подразумевается здесь под «временем». Мы должны обратить внимание на то, что все наши суждения, в которых время играет какую-либо роль, всегда являются суждениями об одновременных событиях. Если я, например, говорю: «Этот поезд прибывает сюда в 7 часов», -- то это означает примерно следующее: «Указание маленькой стрелки моих часов на 7 часов и прибытие поезда суть одновременные события»

Может показаться, что все трудности, касающиеся определения «времени», могут быть преодолены тем, что вместо слова «время» я напишу «положение маленькой стрелки моих часов». Такое определение, действительно, достаточно в случае, когда речь идет о том, чтобы определить время лишь для того самого места, в котором как раз находятся часы; однако это определение уже недостаточно, как только речь, будет идти о том, чтобы связать друг с другом во времени ряды событий, протекающих в различных местах, или, что сводится к тому же, установить время для тех событий, которые происходят в местах, удаленных от часов.

Желая определить время событий, мы могли бы, конечно, удовлетвориться тем, что заставили бы некоторого наблюдателя, находящегося с часами в начале координат, сопоставлять соответствующее положение стрелки часов с каждым световым сигналом, идущим к нему через пустоту и дающим знать о регистрируемом событии. Такое сопоставление связано, однако, с тем неудобством, известным нам из опыта, что оно не будет независимым от местонахождения наблюдателя, снабженного часами. Мы придем к гораздо более практическому определению путем следующих рассуждений.

Если в точке пространства помещены часы, то наблюдатель, находящийся в , может устанавливать время событий в непосредственной близости от путем наблюдения одновременных с этими событиями положений стрелок часов. Если в другой точке пространства также имеются часы (мы добавим: «точно такие же часы, как в точке »), то в непосредственной близости от тоже возможна временная оценка событий находящимся в наблюдателем. Однако невозможно без дальнейших предположений сравнивать во времени какое-либо событие в с событием в ; мы определили пока только «-время» и «-время», но не общее для и «время». Последнее можно установить, вводя определение, что «время», необходимое для прохождения света из в , равно «времени», требуемому для прохождения света из в . Пусть в момент по «-времени» луч света выходит из в , отражается в момент по «-времени» от к и возвращается назад в в момент по «-времени». Часы в и будут идти, согласно определению, синхронно, если



Мы сделаем допущение, что это определение синхронности можно дать непротиворечивым образом и притом для сколь угодно многих точек и что, таким образом, справедливы следующие утверждения:

1) если часы в идут синхронно с часами в , то часы в идут синхронно с часами в ;

2) если часы в идут синхронно как с часами в , так и с часами в , то часы в и также идут синхронно относительно друг друга.

Таким образом, пользуясь некоторыми (мысленными) физическими экспериментами, мы установили, что нужно понимать под синхронно идущими, находящимися в различных местах покоящимися часами, и благодаря этому, очевидно, достигли определения понятий: «одновременность» и «время». «Время» события -- это одновременное с событием показание покоящихся часов, которые находятся в месте события и которые идут синхронно с некоторыми определенными покоящимися часами, причем с одними и теми же часами при всех определениях времени.

Согласно опыту, мы положим также, что величина

есть универсальная константа (скорость света в пустоте). Существенным является то, что мы определили время с помощью покоящихся часов в покоящейся системе; будем называть это время, принадлежащее к покоящейся системе, «временем покоящейся системы»”.

Если расстояние между точками и обозначить когда луч света идет из точки в точку , и когда луч света идет из точки в точку , и учесть, что , то последнее соотношение можно записать в более удобном виде:

(16)

где Т - промежуток времени, необходимый лучу света для преодоления расстояния между точками и

Следует сказать, что с точки зрения здравого смысла приведенные рассуждения Эйнштейна справедливы только для абсолютно покоящейся системы отсчета, наличие которой Эйнштейн отрицает. Любая реальная инерциальная система отсчета необходимо является инерциальной системой, движущейся, по мнению Эйнштейна, в пустом пространстве с некоторой скоростью А это значит, что рассуждения Эйнштейна не верны, поскольку в реальной инерциальной системе отсчета соотношение (16), учитывая, что оно является уравнением гиперболы, можно записать в следующем виде:

(17)

Из соотношений (17) следует, что в реальных инерциальных системах отсчета синхронизовать часы световыми лучами возможно только в том случае, если в природе имеет место быть фундаментальный закон Лоренц-инвариантности инерциальных систем, одним из следствий которого должен быть специфический закон сложения скоростей

(18)

Только при наличии этой физической нелепости любая инерциальная система для своего наблюдателя является “покоящейся” в изложенном Эйнштейном смысле. Но для наблюдателя из другой инерциальной системы, данная система будет движущейся относительно его “покоящейся” системы, поэтому сторонний наблюдатель необходимо найдет, что в соответствии с соотношением (17) часы в точках и этой системы не идут синхронно, т.е. скорость света, измеренная этими часами, зависит от направления распространения лучей света. В отношении этой странной особенности своей теории Эйнштейн заметил: “Итак, мы видим, что не следует придавать абсолютного значения понятию одновременности. Два события, одновременные при наблюдении из одной координатной системы, уже не воспринимаются как одновременные при рассмотрении из системы, движущейся относительно данной системы”. Но Эйнштейн не заметил другое, более важное следствие из соотношения (17). Не заметил, что сторонний наблюдатель найдет не только то, что в движущейся системе отсчета часы в точках и не идут синхронно, но и то, почему световыми лучами синхронизировать часы в порядке правила (16) не возможно вообще. В гиперболе поэтому разность в показаниях часов определяется соотношением

.

Синхронизировать часы в порядке правила (16) можно только в том случае, если при движении луча света в одном направлении, расстояние между точками и имеет одно значение, а при движении в обратном - другое, связанное с первым соотношением

(19)

Из соотношения (19) следует, что вторым следствием этого закона должно быть специфическое свойство пространства, суть которого состоит в том, что расстояния между двумя точками во взаимно противоположных направлениях должны быть не равны, т.е.

(20)



Поскольку, очевидно, что в природе подобное не имеет места быть, постольку и невозможно в инерциальных системах отсчета синхронизировать часы световыми лучами в порядке правила (16), и, подчеркнем, невозможно принципиально. А это значит, что фундаментального закона Лоренц-инвариантности инерциальных систем в природе не существует, следовательно, теория Эйнштейна является абстрактной теорией, не имеющей ничего общего с реальной природой.

11. В опытах Майкельсона “эфирный ветер” не был обнаружен, и это был единственный экспериментальный факт, на котором базируется СТО Эйнштейна. Потом были другие экспериментаторы, но и они интерферометром Майкельсона “эфирный ветер” не обнаружили. Поскольку доказано, что эфир существует, он абсолютно неподвижен, и скорость света в нем абсолютна, то возникает вопрос, почему интерферометр Майкельсона не обнаружил движение Земли относительно эфира. Скажу сразу, это не было ошибкой экспериментаторов, не было и магией коллективного заблуждения, это было научное мошенничество: конструкция интерферометра была такова, что исключала подобные измерения. В целях доказательства рассмотрим движение лучей света в интерферометре. На рис.1 изображена траектория луча в вертикальном направлении.

Пусть луч света исходит из точки и распространяется вдоль луча L со скоростью с. За время он достигнет точку , но она, в силу аберрации, переместится в точку , пройдя расстояние , где х - скорость движения Земли. В точке падающий луч отразится от зеркала, но зеркало наклонено так, чтобы отраженный луч пройдя по пути попал в точку , которая, в силу аберрации, за время , переместится в точку , пройдя путь . Проведя несложные вычисления найдем, что

; .

Тогда время, которое луч света затрачивает на движение в поперечном направлении интерферометра равно

.

Время, которое луч света затрачивает на движение в продольном направлении, с учетом сложения скоростей, равно

.

Как видно, время, за которое лучи проходят в интерферометре путь туда и обратно не зависит от направления их распространения, потому и нет интерференции лучей. Убежден, что Майкельсон знал о мошенничестве, а Гельмгольц, полагаю, знал наверняка. Но, видимо, был социальный заказ убрать из естествознания эфир. Его и убрали.

12. И, наконец, Эйнштейн утверждает, что необходимость создания электродинамики движущихся тел обусловлена тем, что теория Максвелла является электродинамикой “для покоящихся тел”. Это ложное утверждение, ибо не индуцируется электрический ток в проводнике, если проводник и магнит покоятся. Тогда может быть теория Максвелла - это электродинамика покоящихся систем? Тоже нет, ибо теория Максвелла возникла на основе ряда важных экспериментальных открытий Эрстеда, Ампера и Фарадея в области электромагнетизма. А эксперименты эти проводились в системе отсчета Земля, которая покоящейся не является: она движется по галактической орбите со скоростью примерно 400 - 450 км/сек. В теории Максвелла свет распространяется с постоянной скоростью V = с, но не в пустоте, поскольку таковой нет, а в абсолютно неподвижном эфире, свойства которого эту скорость и определяют. Но, ведь, электрические и магнитные поля в теории Максвелла - это состояния этого же неподвижного эфира, а не атрибуты зарядов или магнитных тел. Мы не знаем природу эфира, не знаем механизм его взаимодействий с носителями полей, который “проявляет” эфир состоянием поля, но электромагнитные поля, а это знать нам дано из анализа результатов экспериментов, являются, именно, атрибутами эфира, а не носителей поля. Из чего необходимо следует, что движение носителя поля сопровождается не механическим движением поля, как атрибута носителя поля, а перемещением полевого состояния эфира, когда набегающие области неподвижного эфира по траектории носителя поля последовательно проявляют себя состоянием поля, а те области эфира, которые ранее были проявлены, но носителем поля пройдены, переходят в непроявленное состояние. Следовательно, теория Максвелла - это электродинамика не покоящихся тел, а покоящегося эфира.

Вместе с тем, если заряд или магнит покоится в системе отсчета Земля, но движется вместе с ней относительно эфира, и, при этом, электрическое поле заряда не порождает поле магнитное, а поле магнита не порождает электрический ток в покоящемся проводнике, то из этого факта необходимо следует вывод: любая инерциальная система отсчета, независимо от скорости ее движения относительно эфира, воспринимается абсолютно покоящимся эфиром, как покоящаяся. Из чего необходимо следует, что теория Максвелла - это электромагнитная теория покоящегося эфира, но движущихся тел, так что в теории Эйнштейна не было никакой необходимости.

И здесь выявляется еще одно свойство эфира - свойство его “бессознательной целесообразности”, проявляющее себя тем, что движение заряда, скажем, только тогда порождает магнитное поле, когда это движение является движением в системе отсчета, к которой заряд принадлежат, тогда как движение самой системы отсчета эфиром игнорируется. Говоря о “бессознательной целесообразности”, ничего мистического в виду не имею. Несомненно, что “бессознательная целесообразность” эфира реализуется определенными взаимодействиями между материей заряда и материей эфира. И эти взаимодействия, несомненно, имеют физическую природу, поскольку проявляют себя разрешительно-запретительными императивами некоторым состояниям эфира. Но механизм этих взаимодействий, также несомненно, выходит за рамки наших физических представлений об эфире. “Эфир” сегодня - это не просто физический термин некоторой среды, это термин, нагруженный, пожалуй, не одним десятком моделей этой среды, построенных на аналогиях простого сравнения с некоторыми явлениями в весомой материи. Эти модели и определяют смысловое содержания понятия “эфир”. Но материя этой среды уникальна - она чувственно не доступна, т.е. ее природа кардинально отличается от природы весомой материи, выявляя такие свойства, которые не выводятся из каких-либо причин. Поэтому такие аналогии скорее затемняют наш разум, чем приносят познавательную пользу. В интересах науки все, что затемняет разум, лишая его здравомыслия, необходимо отбросить. Полагаю, что в этом случае наиболее рациональным средством является отказ от термина “эфир”, поскольку вместе с термином отбрасываются и его примитивные модели. Рассматривая эту среду с несколько иных естественнонаучных позиций [21], было установлено, что эта среда является фундаментом материального мира, как конечной причины его бытия. Следовательно, свойства этой среды фундаментальны, т.е. не выводятся из причин, а ее наиболее естественным именем на начальном этапе может быть натурфилософский термин “объективное идеальное”. Идеальное потому, что эта среда чувственно непостижима, а объективное потому, что своим существованием обуславливает бытие материального мира и тем обнаруживает реальность своего бытия. Поэтому в дальнейших рассуждениях вместо термина “эфир” будет использоваться термин “объективное идеальное”.

13. Итак, теория Эйнштейна неверна, а потому в материальном мире не могут иметь места ее релятивистские парадоксы. Однако в скором времени было установлено, что релятивистские эффекты в материальном мире все же имеют место быть. В 1936 году американский физик Карл Андерсон при исследовании космических лучей обнаружил элементарную частицу, которую впоследствии назовут мюоном, с временем жизни порядка сек. Было установлено, что мюоны образуются в верхних слоях атмосферы на высоте порядка 10 км, и при движении к Земле распадаются с образованием электрона, мюонных нейтрино и антинейтрино. Если бы после образования мюоны двигались даже со скоростью света, то путь, который они могли преодолеть до распада, составлял примерно 700 метров, но они достигают поверхности Земли, прежде чем распадутся. Это обстоятельство не находит объяснения в классической физике; объяснили с позиций релятивистской теории Эйнштейна замедлением времени движущегося объекта.

Из релятивистской теории эффекта Доплера, наряду с продольным, следует существование и поперечного эффекта Доплера, наблюдающегося в тех случаях, когда источник излучения движется перпендикулярно линии наблюдения. Релятивистская формула длины излученной электромагнитной волны л при поперечном эффекте Доплера имеет вид:

(21)

где: - длина волны покоящегося источника излучения, .

Экспериментальное доказательство существования поперечного эффекта Доплера было получено в 1938 - 41 годах американскими физиками Г. Айвсом и Д. Стилуэллом. Измерения, выполненные для зеленой линии видимого спектра атома водорода () показали, что при различных значениях в величины , найденные из опыта, согласуются с теоретическими, которые примерно равны:

(22)

Поперечный эффект Доплера также необъясним в классической физике. В релятивистской теории его связывают с замедлением времени движущегося объекта (атома водорода).

Как видно, долгожительство элементарных частиц и поперечный эффект Доплера экспериментально подтверждают замедление темпа течения времени у движущихся тел (систем отсчета), тем самым, подтверждают справедливость СТО Эйнштейна. Но эти подтверждения не прямые, а косвенные, допускающие иные интерпретации. Наконец в 1971 г. американскими физиками Дж. Хафеле и Ричардом Китингом был поставлен эксперимент, в котором они впервые осуществили прямое измерение замедления времени, используя цезиевые атомные часы. Эти часы “тикают” 9192631770 раз в секунду. Часы установили на борту авиалайнеров, облетавших Землю в восточном и западном направлениях, после чего показания этих часов сравнивали с показаниями часов, оставленных в Военно-морской обсерватории США. В соответствии с предсказаниями СТО часы, путешествующие на лайнерах, должны были отстать от часов, находящихся на Земле, на сек. Наблюдаемое отставание составило сек, что в пределах ошибок согласуется с теорией. Через несколько лет эксперимент был повторен и дал результат, согласующийся с СТО с точностью 1%. Однако является ли разность в показаниях движущихся и покоящихся часов подтверждением замедления времени СТО? Разве время есть часы?

Одно из наиболее общих определений понятия “время”, согласно словарю Ожегова, состоит в следующем: “Продолжительность, длительность чего-нибудь, измеряемая секундами, минутами, часами. Промежуток той или иной длительности, в который совершается что-нибудь, последовательная смена часов, дней, лет”, т.е. по Ожегову “время” - это продолжительность, длительность чего-нибудь, измеряемая количеством каких-либо событий, длительность которых принимается за единицу измерения времени. Время, равное одному часу, соответствует процессу изменения положения часовой стрелки на одно часовое деление. Время, равное одной минуте, соответствует процессу изменения положения минутной стрелки на одно минутное деление, и т.д. Иначе говоря, каждое событие, явление помимо своих иных свойств, имеет определенную длительность, т.е. определенное продление совершения или проявления. Вот это всеобщее свойство “длительность”, в соответствии с законами Логики, отвлечено от остальных свойств реальных событий или явлений, и гипостазировано как отвлеченное, т.е. абстрактное понятие “время”. Иначе говоря, время не является объективной реальностью, т.е. не является материальным явлением; время - это субъективная реальность, т.е. явление сознания. Но единицей измерения времени является длительность того или иного конкретного периодического физического процесса, который используются в тех или иных конкретных часах. В цезиевых атомных часах в качестве источника периодических колебаний резонансной частоты используют квантовые энергетические уровни цезия. Согласно квантовой теории электромагнитное поле определенной частоты может спровоцировать переход атома цезия с низкого энергетического уровня на более высокий. Возможно и обратное явление: атом может перейти с высокого энергетического уровня на более низкий с излучением кванта электромагнитной энергии (фотона). И тем и другим явлением можно управлять и фиксировать эти межуровневые энергетические скачки, создав тем самым подобие колебательного контура. Резонансная частота этого контура будет равна разности энергий двух уровней перехода, деленной на постоянную Планка . В цезиевых атомных часах выбирают такой межуровневый переход, чтобы резонансная частота равнялась 9192631770 герц. Поскольку последовательность энергетических уровней у всех атомов цезия одинакова и не меняется со временем, то одинакова для всех атомов цезия и не меняется со временим выбранная резонансная частота, что является идеальным вариантом для практически вечного и чрезвычайно точного хронометра. В цезиевых часах погрешность в 1 сек накапливается в течении нескольких десятков миллионов лет, поэтому столь значительная разница в показаниях летающих и покоящихся часах объективно свидетельствует не об ошибке измерения хронометрами, а об изменениях энергетических уровней в движущемся атоме цезия, следствием чего стало уменьшение его выбранной резонансной частоты. Здесь мы объективно имеем дело с эргодинамикой движущегося атома цезия, т.е. изменением его внутренней структуры вследствие изменения модуля скорости его движения.

Недавно специалисты из Национального института стандартов и технологий США на основе ионов алюминия создали самые точные часы в мире. Они работают в 40 раз равномернее, чем цезиевые. Ошибка в одну секунду накапливается за 3,7 миллиарда лет. С этими “алюминиевыми” хронометрами физики Национального института поставили в 2010 году еще один эксперимент по обнаружению замедления времени движущегося объекта. В эксперименте ученые использовали двое синхронизированных при помощи оптического кабеля “алюминиевых” часов. В одних ион оставался на месте, а в других постоянно прыгал внутри ловушки со скоростью 4 метра в секунду. Мизерная разница в скорости породила и столь же малое различие в ходе времени, которое, однако, удалось засечь, как сбой размером в два такта на каждые 10 квадриллионов “тик-так”.

Вместе с тем, спектральный анализ показал, что атомы каждого вещества имеют, свойственную исключительно только атомам этого вещества, последовательность энергетических уровней. И атом цезия не выявил эргодинамическую исключительность. Поэтому можно говорить о фундаментальном эргодинамическом законе, смысл которого состоит в том, что изменение модуля скорости движения атома вызывает определенные изменения его внутренней структуры, что проявляется соответствующим изменением его атрибутивных свойств. Эргодинамика атома цезия в движущихся часах обусловила их отставание от “условно” неподвижных часов. Эргодинамика движущихся атомов водорода в экспериментах Айвса и Стилуэлла стали причиной поперечного эффекта Доплера. И наконец, эргодинамика движущихся мюонов обуславливает увеличение их времени жизни.

14. Постоянное магнитное поле не взаимодействует с неподвижным заряженным телом. Но при движении заряженного тела в поперечном магнитном поле взаимодействие имеет место быть. Закон, устанавливающий зависимость силы такого взаимодействия, был найден Лоренцем в 1892 году. Для электрона он имеет вид:

(23)

где: заряд электрона, величина постоянной скорости электрона, с которой он движется в поперечном магнитном поле индукции

“Магнитная” сила Лоренца направлена перпендикулярно векторам скорости и индукции, а потому понуждает электрон двигаться по окружности ларморовского радиуса . Используя аналогию простого сравнения, можно предположить, что при движении электрона в поперечном магнитном поле индуцируется положительный заряд (отрицательный при движении протона), который создает центральное электростатическое поле, сила взаимодействия которого с электроном равна силе Лоренца (23). Подчеркну, что эта аналогия простого сравнения не имеет ничего общего с сущностью рассматриваемого явления, ибо источником полей - магнитного, носитель которого постоянный магнит, и электростатического, носитель которого электрон, является среда объективного идеального (эфир), поэтому их взаимодействие, следствием чего является сила Лоренца, принципиально недоступно непосредственному наблюдению, составляя информационно замкнутый цикл внутренних изменений этой среды. Но она дает возможность вычислить ларморовский радиус кругового движения электрона из баланса силы Лоренца и центробежной силы ()

. (24)

Видно, что ларморовский радиус прямо пропорционален массе и скорости электрона и обратно пропорционален величине заряда и магнитной индукции. Однако, при значительных скоростях движения электрона наблюдается аномальное увеличение ларморовского радиуса.

Первым в движении заряженных тел в поперечном магнитном поле аномальные отклонения заметил Дж. Дж. Томсон в экспериментах 1881г. Соотнеся свои наблюдения с законами классической механики, он пришел к выводу, что с ростом скорости движения заряженных тел растет их масса. В 1902 - 1903 годах В. Кауфман повторил эксперименты Дж.Дж. Томсона. Он не задумывался о причинах аномальных отклонений в движении электронов, его задачей было нахождение эмпирического закона отклонений. Результаты экспериментов были неоднозначны.

Лоренц, анализируя эти результаты, пришел к выводу, что если закон изменения массы электрона имеет вид

, (25)

где масса покоящегося электрона, то теоретические предсказания из такого закона дают вполне приемлемые совпадения с результатами опытов Кауфмана.

Но самое главное, такой релятивистский закон изменения массы позволял принципу относительности утверждать инвариантность всех законов природы при переходе из одной инерциальной системы отсчета в другую, т.е. теперь не только уравнения электродинамики Максвелла Лоренц-ковариантны, но и уравнения классической механики Ньютона. Поэтому можно сказать, что с подачи Лоренца результаты исследований В. Кауфмана стали вторым экспериментальным фактом, свидетельствующим в пользу теории относительности.

В конце 1905 года, уже после публикации СТО, В. Кауфман провёл новые измерения, повысив их точность по сравнению с предыдущими. Опубликованные результаты экспериментов не подтверждали лоренцевскую зависимость массы тела от скорости его движения (25), тем самым ставили под сомнение выполнение принципа относительности.

Вместе с тем, немецкие физики М. Абрагам и А.Г. Бухерер дали свои формулы зависимости массы электрона от скорости, относительно которых Эйнштейн сказал следующее. “Необходимо еще отметить, что теории движения электронов Абрагама и Бухерера дают кривые, согласующиеся с экспериментальной кривой лучше, чем кривая, соответствующая теории относительности. Однако, по нашему мнению, эти теории вряд ли достоверны, поскольку их основные предположения о массе движущегося электрона не вытекают из теоретической системы, охватывающей более широкий круг явлений.” [23]

15. Поскольку теперь установлено, что эта теоретическая система не верна, то, вероятнее всего, не верна и зависимость массы электрона от его скорости. Но это совершенно не значит, что верна теория Абрагама или Бухерера, ибо их исходные положения относительно массы электрона и его структуры вызывают большие сомнения. Сомнение не вызывает только экспериментальный факт аномального увеличения ларморовского радиуса при значительных скоростях движения электронов. Но чем обусловлена эта аномалия, изменением ли массы электрона, или иными причинами, скажем, запаздыванием потенциала взаимодействия, неясно. И здесь, как это не покажется странным, на помощь приходят первые два закона движения планет солнечной системы, которые немецкий математик Иоганн Кеплер представил миру в 1609 году:

1) планета обращается по эллипсу, в одном из фокусов которого находится центр Солнца;

2) планета двигается с такой скоростью, что радиусы-векторы описывают площади вырезок, пропорциональные временам движения.

Эти законы были открыты эмпирическим путём, в виде интуитивно подобранных Кеплером соотношений, на основе анализа астрономических наблюдений Тихо Браге. Естественно, эмпирический вид законов Кеплера не мог удовлетворить учёных, поэтому начались поиски математической формы для этих законов. Вопрос о причине эллиптичности орбит планет был впервые поставлен Гуком: он предположил, что эллиптические орбиты планет обусловлены притяжением Солнца, при этом сила притяжения убывает по закону обратных квадратов. Это была гипотеза о законе всемирного тяготения, которую он изложил в письме Ньютону 13 декабря 1679 года [24]. Требовалось доказать, что из экспериментально установленного факта эллиптичности орбит с необходимостью следует закон всемирного тяготения и наоборот, т.е. что эта задача имеет единственное решение. Справедливость гипотезы Гука была доказана Ньютоном, но для этого ему потребовалось сформулировать основные принципы, относящиеся к общим понятиям, таким как масса, сила, скорость, ускорение. Так появились знаменитые законы Ньютона: три закона динамики и закон всемирного тяготения. Позднее было установлено, кометы и другие небесные тела движутся по эллипсам, параболам или гиперболам в зависимости от их начальной скорости.

Но возникла новая проблема, проблема устойчивости планетарных систем. Дело в том, что планетарная система неустойчива принципиально: в ней нет упругих сил, и ее существование базируется только на балансе, т.е. равенстве, центростремительных и центробежных сил

(26)

где: масса Солнца, масса Земли, расстояние между ними.

Если в результате случайного возмущения Земля, скажем, удалится на некоторое расстояние от Солнца, то баланс нарушится радикально - Земля покинет солнечную систему, поскольку сила гравитации обратно пропорциональна квадрату расстояния, а центробежная сила обратно пропорциональна расстоянию в первой степени; если случайно приблизится на то по этой же причине она упадет на Солнце. При этом следует заметить, что эти колебания расстояний между Солнцем и Землей совсем не случайны, они обусловлены эллиптическим характером траектории: в перигелии расстояние меньше, в афелии больше, так что разрушение солнечной системы неизбежно собственными причинами. Но она не разрушилась за миллиарды лет, и нет каких-либо оснований полагать, что она разрушится в течении следующих миллиардов лет, т.е. здесь мы имеем дело с явлением, которому нет объяснения, но от которого нельзя отказаться.

Возникает другая проблема. Принято считать, что движение планет (тел) в центральных полях осуществляется из закона сохранения полной энергии, которая является суммой кинетической энергии планеты и ее потенциальной энергии, так что в процессе движения эти виды энергии переходят друг в друга, оставляя их сумму неизменной. Но при эллиптических траекториях этот закон нарушается: в перигелии полная энергия планеты возрастает, поскольку возрастают и кинетическая, и потенциальная энергия, в афелии полная энергия планеты уменьшается. Получается так, что эти две энергии тела существуют “сами по себе”, независимо друг от друга. Основанием этих двух парадоксов можно заключить, что в природе существует фундаментальный закон движения планет (тел) в потенциальных полях, для которого потенциальная энергия планеты не имеет определяющего значения, т.е. этот закон имеет дело только с кинетической энергией планеты. Но теперь возникает проблема с колебаниями кинетической энергии планеты. Во-первых, в контексте первого парадокса, эти произвольные колебания кинетической энергии планеты, необходимо, приведут к разрушению солнечной системы, а во-вторых, энергия не может исчезать в “никуда” и появляться “ниоткуда” - разрывается цепь причинности, пронизывающая материальный мир. А это значит, что в контексте двух парадоксов, можно заключить, что первым следствием фундаментального закона движения планет, необходимо, должен быть закон сохранения кинетической энергии планеты (тела). Иначе говоря, какие бы колебания скорости орбитального движения не происходили, кинетическая энергия планеты должна оставаться неизменной, а это значит, что между скоростью движения планеты и ее массой существует эргодинамическая зависимость, имеющая вид

(27)

Следовательно, аномальное увеличение ларморовского радиуса, наблюдаемое при значительных скоростях движения электрона, не связано с релятивистским возрастанием массы электрона. Необходимо имеются другие причины возрастания ларморовского радиуса, компенсирующие, в том числе, и эргодинамическое уменьшение массы электрона.

Поскольку фундаментальный закон движения планет нам неизвестен, а известно его проявление в виде эллиптической орбиты планеты, то для рассмотрения второго закона Кеплера воспользуемся математическим функционалом “действие”, который берет в качестве аргумента траекторию движения физической системы и возвращает в качестве результата вещественное (действительное) число. “Действие” имеет размерность:

“Действие” обладает следующим важным для механической системы свойством: если рассмотреть некоторую совокупность возможных движений этой системы между двумя ее положениями, то истинное (фактически происходящее) движение системы будет отличаться от этих возможных движений тем, что для него значение действия является наименьшим. Это, так называемый, принцип наименьшего действия Мопертюи, который является одним из всеобщих законов физики. Из принципа наименьшего действия, с учетом соотношения (27), следует, что при движении планеты массой , со скоростью х, величина действия за равные промежутки времени на любом участке орбиты неизменна

. (28)

А это значит, что вторым следствием фундаментального закона движения является положение, которое утверждает, что аналогом второго закона Кеплера является принцип наименьшего действия Мопертюи. Из чего следует, что законы динамики Ньютона, следовательно, механика действующих причин, и экстремальный принцип Мопертюи, следовательно, механика конечных причин, находятся в единстве фундаментального закона движения тел.

При этом следует заметить, что, вопреки господствующему в физике положению, момент импульса планеты не является аналогом второго закона Кеплера. Момент импульса планеты - это всего лишь математический фантом, который отображает орбитальное движение планеты относительно центра гравитации абстрактным вектором, направленным перпендикулярно плоскости орбиты планеты. Скалярное же произведение импульса планеты на расстояние между любыми двумя точками орбиты равное радиусу-вектору , есть не что иное, как величина действия, соответствующая второму закону Кеплера.

16. Чтобы понять природу эргодинамического принципа, достаточно вспомнить [21], что, во-первых, Вселенная представляет собой систему иерархически возрастающего ряда гравитационно-связанных систем, а во-вторых, что первичной физической реальностью весомой материи является фотон. Из первого факта следует, что атрибутом весомой материи является движение, из второго, что это движение обусловлено взаимодействием фотонов, в результате которого образуется их устойчивое агрегатное (связанное) состояние - весомая элементарная частица, обладающая движением с некоторой скоростью .

Энергетически взаимодействие этого типа (назовем его первым) выразится соотношением

, (29)

где: сумма энергетических ресурсов взаимодействующих фотонов, энергия взаимодействия (энергия связи) фотонов, материализованная частицей массы , обладающей скоростью , по шкале абсолютных скоростей, следовательно, и определенной кинетической энергией .

Как видно, при взаимодействии фотонов первого типа часть совокупного энергетического ресурса фотонов материализуется частицей массы , а оставшаяся часть приобретается частицей в качестве ее кинетической энергии. Поскольку , то уравнение (29) примет вид

(30)

При этом, из анализа уравнения (30) следует с необходимостью, что любая конкретная весомая частица образована не случайным набором фотонов, а фотонами, у которых различие энергетических ресурсов целесообразно образованию данной конкретной частицы.

При рассмотрении квантовомеханических систем атомов [22] было установлено, что атомы выявляют второй тип взаимодействий фотонов - взаимодействий с образованием гравитонов, которые становятся частью атома. В этих взаимодействиях материализуется весь энергетический ресурс фотона. Если, к примеру, покоящийся в лабораторной системе отсчета атом поглощает фотон, то образуется гравитон массой Энергетическое уравнение этого взаимодействия имеет вид

(31)

“Фотонная” часть гравитона равна

(32)

так что

(33)

Вторая - это материализация в квантовом осцилляторе части кинетической энергии электрона, равной в эквиваленте так что

(34)

Как видно, в этом взаимодействии масса атома возрастает на Одна часть за счет материализации энергетического ресурса фотона, другая часть, равная первой, за счет материализации внутренних кинетических ресурсов самого атома. Следует подчеркнуть, что скорость атома при этом взаимодействии не меняется, т.е. если атом покоился до поглощения фотона, то он продолжает покоится и после поглощения.

Поскольку все материальные формы образованы взаимодействиями этих двух типов, то, с учетом изложенного, энергетическое уравнение любого тела запишется в следующем виде

(35)

где: - полная энергия тела, равная сумме энергетических ресурсов фотонов, взаимодействием которых это тело создано; внутренняя кинетическая энергия тела, которая, вполне очевидно, не является не обязательным энергетическим балластом; кинетическая энергия тела при скорости по шкале абсолютных скоростей.

Уравнение (35) следует считать фундаментальным уравнением механики, поскольку оно абсолютным образом определяет энергетику механических движений всех тел, независимо от того, является тело атомом, макротелом или космическим объектом. Из анализа этого уравнения следует, что поскольку параметры тела строго определенны (масса, скорость), то при отсутствии действия на тело внешней силы оно необходимо сохраняет свое состояние сколь угодно долго. А это значит, что атрибутом материи является не просто движение, а движение инерциальное, что, в принципе, раскрывает природу первого закона динамики Ньютона: тело, в отсутствии действующих на него сил, будет собственными причинами находиться в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.

Вместе с тем, можно предположить, что с момента образования тела вступает в действие закон сохранения полной энергии тела, смысл которого состоит в том, что при любых механических действиях тела, не разрушающих его целостность, сумма материализованной энергии (энергии связи фотонов) и ее кинетической энергии сохраняется неизменной, равной энергетическому ресурсу фотонов, взаимодействием которых это тело образовано, утверждая, тем самым, фундаментальное правило экономики материального мира - в материальном мире энергия не возникает и не исчезает, она может переходить из одной формы в другую. Следовательно, если на это тело подействовать силой, то в соответствии с законами динамики должна изменится скорость тела, а это значит изменится ее кинетическая энергия, но из предложенного закона сохранения полной энергии тела это возможно только в том случае, если противоположно в эквиваленте изменится величина материализованной энергии, т.е. действием силы тело необходимо приобретет иную скорость движения, но также необходимо изменит свою массу. Тогда уравнение (35) примет вид

...