Проблемы релятивистской астрономии и ускорителей

Эйнштейновская теория относительности извратила физику явлений от классической механики до квантовой электродинамики и породила нагромождение фантастических физических гипотез. Особенно отчетливо, как мы увидим далее, это прослеживается на примерах вращательного движения.

Теперь поговорим об экспериментальной проверке. Известно, что на Большой Адронный Коллайдер затрачено более 10 миллиардов долларов и несколько лет постройки. Интересно знать, чего реально добились ученые, инженеры и строители, если исправить ошибки СТО и провести переоценку после установления реальных соотношений?

Для установления научной истины (корректной теории) сейчас не требуется специальных экспериментальных исследований, а денег потребуется намного меньше, чем затрачено на БАК. Экспериментов уже накоплено предостаточно. Необходимо лишь произвести перерасчеты на основе новых представлений и сопоставить их с экспериментальными данными. Строить же (для Книги Гиннеса?) новый будущий суперколлайдер (в МГУ), не опираясь на корректную теорию, безрассудно (авантюра). Ведь давно и хорошо известен афоризм «нет ничего практичнее хорошей теории».

10. Парадокс Эренфеста

Итак, помимо «линейных» парадоксов, связанных со сравнением явлений в двух различных инерциальных системах отсчета, существует большое число парадоксов, обусловленных вращательным движением одной системы отсчета относительно другой. К таким парадоксам относится парадокс Эренфеста. Он был сформулирован нидерландским физиком-теоретиком Паулем Эренфестом в 1909 году. Цитируем [13], обозначив буквами в скобках (i) места, которые будем комментировать (жирный шрифт в цитате наш):

«Описание. Рассмотрим плоский, абсолютно твердый диск, вращающийся вокруг своей оси таким образом, чтобы линейная скорость его края была сравнима со скоростью света по порядку величины. Согласно специальной теории относительности, длина края этого диска должна испытывать лоренцово сокращение, равное

где l - длина края вращающегося диска относительно внешнего наблюдателя, l₀ - длина края вращающегося диска относительно внутреннего наблюдателя (находящегося на диске), v - линейная скорость вращения края диска, а c - скорость света.

Длины внутренних (относительно края диска) окружностей также должны испытывать это сокращение, но не пропорциональное, сохраняющее этот диск плоским, а такое, чтобы последний обретал отрицательную кривизну. В радиальном направлении лоренцова сокращения нет, поэтому радиусы диска должны сохранять свою длину.

Согласно Эренфесту, это свидетельствует о невозможности приведения абсолютно твердого тела во вращательное движение (поскольку абсолютно твердое тело не может изменять свою форму). В то же время, в классической механике известно множество примеров жестких дисков, вращающихся с достаточно большой скоростью (шлифовальные камни, крыльчатки пылесосов и т.д.), для которых эффекты специальной теории относительности должны быть ощутимыми

Решение. Данный парадокс является софизмом (a). Абсолютно твердое тело - это такая же идеализация, допускаемая классической механикой, как материальная точка, идеальный газ, идеальная жидкость и т.д. (b). Реальные тела не являются абсолютно твердыми и деформируются под воздействием соответствующих сил. Этот момент особо оговаривается в специальной теории относительности, в которой все воздействия передаются с конечной скоростью, не превышающей скорость света. В классической механике, если подействовать на абсолютно твердое тело некоторой силой, то все его точки должны мгновенно (одновременно) прийти в движение. Согласно специальной теории относительности, подобная ситуация невозможна, и точки тела не одновременно приходят в движение по мере того, как передают друг другу начальное воздействие с некоторой конечной скоростью. Следовательно, диск Эренфеста может вращаться и может изменять свою форму (c).

Впрочем, дело здесь даже не в этом, а в том, что сжатие тел, движущихся с околосветовой скоростью, - это кинематический эффект, который существует в одних системах отсчета и исчезает в других системах отсчета. Это сжатие не обусловлено никакими силами (поскольку происходит в инерциальных системах отсчета, движущихся равномерно и прямолинейно), оно обусловлено самой геометрией пространства-времени нашей Вселенной (d). Проблема в том, что в случае вращающегося диска говорить, что это сжатие не обусловлено никакими силами, можно только с большой натяжкой. Вращение диска - это неинерциальное движение, в котором действуют центробежные силы. Эти силы, правда, не искривляют диск, а только растягивают его в радиальном направлении (e). ….

… Более того, в случае вращающегося диска мы не только не можем говорить, что его периметрическое сжатие не обусловлено никакими силами, но даже то, что это сжатие является лоренцовым! (f). Лоренцово сжатие происходит только в относительном движении, в котором мы всегда можем указать такую систему отсчета, в которой движущееся (и, соответственно, сжимающееся) тело покоится. Например, внутреннюю систему отсчета самого этого тела. Но во вращательном движении мы не можем указать такую (локальную!) систему отсчета, относительно которой вращающееся тело покоилось бы, которую невозможно было бы отличить от невращающейся системы отсчета….

…Происходит это потому, что вращательное движение осуществляется не относительно каких-то конкретных тел, а относительно всего пространства-времени нашей Вселенной. Или, что равносильно, относительно всех материальных тел во Вселенной. Вполне возможно, что не только существующих, но и тех, которые существовали когда-то или будут существовать....

Пока теория относительности не ответит на эти вопросы, бесполезно искать решение данного парадокса, оставаясь в ее сегодняшних рамках. Можно только искать экспериментальное подтверждение обозначенных в нем эффектов... (g)».

Комментарии к объяснению. Пусть диск вращается вокруг оси z, а наблюдатель находится на оси диска. Согласно Эренфесту в соответствии с теорией относительности и преобразованием Лоренца имеют место два эффекта:

1. «Сжатие» длины окружности при неизменном радиусе вращающегося диска (релятивистское «сокращение» длины). Это «сжатие» тем сильнее, чем больше расстояние от оси вращения и чем больше угловая скорость.

2. Поскольку линейная скорость пропорциональна радиусу, периферийные слои должны вращаться медленнее, чем внутренние. Возникает постоянно нарастающее во времени смещение кольцевых слоев друг относительно друга.

На эти эффекты и обратил внимание Эренфест.

a. Еще не приведя объяснение, авторы объявляют парадокс софизмом. На каком основании? Ведь парадокс не только существует, но и имеет имя. Если авторы его так классифицируют, то им следовало бы писать: «софизм Эренфеста»!

b. Конечно, нет ни одной физической теории, где не использовалась бы идеализация. Это необходимый и неизбежный элемент. Такой идеализацией является понятие абсолютно твердого тела. Ничего «крамольного» в этом нет.

c. Гипотеза ad hos о том, что абсолютно твердых тел в СТО не существует, была выдвинута Эйнштейном сразу после появления парадокса Эренфеста. В [13] даже записано: «Согласно Эренфесту, это свидетельствует о невозможности приведения абсолютно твердого тела во вращательное движение (поскольку абсолютно твердое тело не может изменять свою форму)». Абсурдность этого «заключения» очевидна.

d. Сил нет, а деформация есть! Каковы ее причины? СТО - замкнутая теория. Это означает, что все предсказываемые ею явления должны иметь объяснение в рамках СТО. Но что мы видим? Для объяснения парадоксов призывают «варягов»! Например, для объяснения «парадокса близнецов» притягивают другую теорию - ОТО, говоря о геометрии пространства-времени Вселенной, хотя ее параметры в СТО не входят! Вот это и есть софистика.

e. Радиальные силы авторы нашли, но ведь не «растяжение» радиуса описывает парадокс!

f. Вот и «договорились» до того, что и «сжатие» длины окружности диска «даже не является лоренцевым»! А ведь в описании парадокса фигурирует лоренцевское сокращение! Ну и интерпретаторы!

g. Далее идут фантазии относительно пространства-времени нашей Вселенной. И в конце (наконец-то!) искреннее признание: «Пока теория относительности не ответит на эти вопросы, бесполезно искать решение данного парадокса, оставаясь в ее сегодняшних рамках. Можно только искать экспериментальное подтверждение обозначенных в нем эффектов». Это весьма пессимистичный вывод, поскольку «решения» парадокса Эренфеста в рамках СТО релятивисты так и не дали, но зато обозвали «софистикой»!

Теперь скажем об экспериментальной проверке. Цитируем [14]:

«Лишь в 1973 году умозрительный эксперимент Эренфеста был воплощен на практике. Американский физик Томас Фипс сфотографировал диск, вращавшийся с огромной скоростью. Снимки эти должны были послужить доказательством формул Эйнштейна. Однако вышла промашка. Размеры диска - вопреки теории - не изменились. "Продольное сжатие" оказалось чистейшей фикцией.

Фипс направил отчет о своей работе в редакцию популярного журнала "Nature". Но там его отклонили: дескать, рецензенты не согласны с выводами экспериментатора. В конце концов, статья была помещена на страницах некоего специального журнала, выходившего небольшим тиражом в Италии. Однако так и осталась, по существу, незамеченной. Теория Эйнштейна устояла и в этот раз».

Здесь следует заметить, что после публикации Эренфестом в 1909 г. описания парадокса [14] «творец теории относительности попытался оспорить выводы Эренфеста, опубликовав на страницах одного из специальных журналов свои аргументы. Но они оказались малоубедительны, и тогда Эйнштейн нашел другой "контраргумент" - помог оппоненту получить должность профессора физики в Нидерландах, к чему тот давно уже стремился. Эренфест перебрался туда в 1912 году, и тотчас же со страниц книг о частной теории относительности исчезает упоминание о так называемом "парадоксе Эренфеста". О нем предпочли попросту забыть».

Такова история вопроса. Что касается анализа парадокса и его объяснения, то, как мы видим, релятивисты до сих пор в тупике. Ищут выход? Вряд ли.

11. Вращательное движение (параметрическое преобразование)

Теперь нам предстоит познакомиться с описанием явлений при равномерном вращении, опираясь на параметрическое преобразование Галилея. Волновое уравнение в цилиндрической системе координат имеет вид

(11.1)

Это уравнение инвариантно относительно параметрического преобразования вида

(11.2)

Опустив выкладки и рассуждения, аналогичные изложенным в параграфе 3, запишем уравнения преобразования

(11.3)

Это выражение эквивалентно (11.2), если радиус постоянен. Допустим, наблюдатель покоится в инерциальной системе, а вокруг него по круговой орбите вращается источник светового сигнала с постоянной угловой скоростью. Преобразование (11.2) позволяет переходить из системы отсчета, связанной с наблюдателем, в систему отсчета, связанную с источником светового сигнала.

 т

Рис. 13

При вращении с постоянной угловой скоростью Щ и неизменным радиусом R₀ основные соотношения можно упростить. Действительно, в обеих системах отсчета имеем

R = R₀; И = И₀ = 90⁰ ; д = Щ₀R/c =V/c,

где V - линейная скорость.

Здесь возникает положение такое, как при критическом угле наблюдения в случае равномерного прямолинейного движения. При этом:

Эффект Доплера отсутствует, поскольку расстояние между наблюдателем N и источником S* не меняется.

Величина угла аберрации равна и не зависит от времени.

Ранее мы установили, что изменение направления фронта волны совпадает по величине с углом аберрации. Объект будет наблюдаться повернутым на угол аберрации.

Угловая скорость вращения объекта (Щ₀ = V/R₀) одинакова как для видимого положения объекта S* (мнимое отображение) и для действительного положения S. Она отвечает отношениям классической механики Ньютона.

Аналогичные выводы можно сделать, если наблюдатель находится на оси вращения z на некотором расстоянии от центра 0 (рис. 14).

Рис. 14

Однако достаточно наблюдателю сместится от оси вращения, как он обнаружит эффект Доплера, и периодические изменения фронта волны. Он будет наблюдать, как светящийся объект совершает периодические маятникообразные колебания тела около её центра. Это явление носит название либрация. Таково описание явлений при вращательном движении, опирающееся на параметрическое преобразование Галилея.

Допустим, что тело движется прямолинейно с постоянной скоростью V, а затем начинает двигаться по окружности с той же скоростью. Действительная скорость неизменна по величине. Наблюдатель обнаружит, что наблюдаемая скорость и другие характеристики (эффект Доплера и т.д.) будут испытывать скачкообразное изменение в момент наблюдаемого перехода от прямолинейного движения к вращательному. Это связано с резким изменением кривизны траектории.

Таковы, на наш взгляд, процессы при вращательном движении. Никаких парадоксов Эренфеста или трудностей с объяснением работы ускорителей не возникает.

12. Вращательное движение (преобразование Лоренца)

Перейдем теперь к преобразованию Лоренца. Мы не будем анализировать ошибочный подход А. Эйнштейна. Мы уже говорили о желании релятивистов вслед за Эйнштейном «спрятать» реальный объект, подменить его мнимым отображением. Посмотрим, как можно объяснить парадокс Эренфеста, если считать, что пространство является общим для всех инерциальных систем, а время для них едино. Иными словами, мы повторим путь, пройденный в параграфе 5, но уже для вращательного движения.

Оказывается, что уравнение (9.1) имеет лоренцевский аналог преобразования [4]. Это преобразование сохраняет вид волнового уравнения. Здесь вместо скорости относительного движения инерциальных систем отсчета V входит угловая скорость относительного вращения систем отсчета Щ₀. Как и ранее, радиус движения постоянен. Заменив RЩ₀ на V можно проследить аналогию с модифицированным преобразованием для прямолинейного движения.

(12.1)

Если ввести следующие обозначения: s₀ = Rц₀; s = Rц; V = Щ₀R, то преобразование примет традиционный вид преобразования Лоренца.

(12.2)

Отличие выражения (10.2) от модифицированного преобразования (6.4) в том, что величина s₀ выражается через угол ц₀ , который ограничен на плоскости (0 ч 2р).

Проводя далее аналогию с прямолинейным движением (параграф 6), заметим также, что в системе отсчета наблюдателя свет от источника к наблюдателю всегда идет под углом И = 90⁰, а в базовой системе отсчета свет идет от источника к наблюдателю всегда под углом, равным И₀ = 90⁰. Используя это, можно записать некоторые важные для нас результаты.

Эффект Доплера

(12.3)

Наблюдаемые линейная и угловая скорости источника Щ

, (12.4)

Угол аберрации

(12.5)

Вернемся теперь к парадоксу Эренфеста.

1. При новой интерпретации преобразования Лоренца никакого «сокращения» длины окружности траектории не существует. Это результат ошибок, допущенных Эйнштейном в мысленных экспериментах.

2. Однако наблюдаемая линейная скорость движения источника света будет меньше, чем его действительная скорость. Соответственно, наблюдаемая угловая скорость тоже будет ниже действительной угловой скорости движения источника. Это ведет к тому, что угол аберрации (постоянный для параметрического преобразования) в рамках преобразования Лоренца будет постоянно возрастать во времени. Эту особенность и уловил Эренфест.

Сама по себе зависимость этого угла от времени не есть что-то неожиданное. При прямолинейном движении угол аберрации всегда меняется по мере движения, становясь максимальным при критическом угле наблюдения. Но в данном случае результат (12.5) противоречит здравому смыслу и логике.

Вновь вернемся к парадоксу Эренфеста. С позиции новой интерпретации преобразования Лоренца диск может вращаться с любой угловой скоростью без «травм». Постулат об отсутствии абсолютно жестких тел не нужен принципиально. Но то, что будет видеть неподвижный наблюдатель, созерцая вращающийся диск, достойно обсуждения.

Наблюдателю будет казаться, что по мере увеличения радиуса угловая скорость вращения слоя диска уменьшается. Наблюдатель будет видеть, что при движении внешние слои будут во времени постоянно отставать от внутренних. Если бы мы нарисовали вдоль радиуса прямую линию, то при наблюдении вращения нам бы казалось, что эта прямая линия начинает изгибаться, «закручиваясь» вокруг оси вращения из-за меньшей угловой скорости слоев с большим радиусом. Это противоречит физике явлений и здравому смыслу.

Приведем аналогию. Пусть имеется круговая дорожка, по которой бежит спортсмен. В центре окружности имеется источник света, освещающий спортсмена и дорожку. Спортсмен бежит по кругу и вместе с ним движется его радиальная тень. Из-за конечной скорости света тень будет отставать. Это отставание будет тем больше, чем выше скорость спортсмена. Результаты, приведенные выше, говорят о том, что скорость перемещения тени меньше скорости движения спортсмена по кругу. Тень будет отставать настолько, что, в конце концов, спортсмен догонит свою тень. Очевидна физическая несостоятельность предсказаний преобразования Лоренца.

С точки зрения преобразование Лоренца проигрывает параметрическому преобразованию Галилея. Хотя формально оба преобразования сохраняют форму уравнений Максвелла неизменной при переходе наблюдателя из одной инерциальной системы отсчета в другую, предпочтение должно быть отдано параметрическому преобразованию.

Таким образом, только параметрическое преобразование Галилея позволяет корректно и непротиворечиво дать описание световым явлениям. Преобразование Лоренца этого сделать не позволяет, даже если исправить ошибки А. Эйнштейна.

относительность эйнштейн эренфест свет

Заключение

На основании анализа можно сделать следующие выводы:

1. Причина существования СТО несмотря на ее ошибочное содержание (лженаука) имеет глубокие философские корни. Современная философия естествознания в России, пропитанная позитивизмом, перестала играть роль советчика в решении концептуальных физических проблем, превратившись в лакея [16], [17]. Это беда не только Российской, но и мировой философии естествознания. Математический формализм теории это еще не теория, а ее «скелет», т.е. количественные связи. Формализм становится теорией только тогда, когда он снабжен «связками и мышцами», т.е. когда он имеет интерпретацию. Последняя зависит от того, какое миропонимание вкладывает ученый в объяснение явлений. Миропонимание это отражение мировоззрения ученого, его взгляда на мир и на его устройство, т.е. отражение его философских позиций. По этой причине один и тот же математический формализм может различными учеными истолковываться по-разному (нормальная теория, отвечающая здравому смыслу или же мистификация, интеллектуальный урод). Вопрос о том, какая интерпретация является научной, решает научная (материалистическая) философия [16].

2. Теория относительности А. Эйнштейна оказалась ошибочной не из-за ошибок в математическом формализме. Поклонник Маха Эйнштейн так не понял, что преобразование Лоренца отображает объект в систему отсчета наблюдателя с искажениями, что помимо реального объекта с его действительными параметрами есть мнимое отображение с искаженными параметрами, воспринимаемое наблюдателем. Эти искажения (преобразование отрезков пространства и времени в преобразовании Лоренца) он посчитал действительными изменениями пространственно-временных отношений (как «слышым», так и «пишим»). Такая ошибка имеет гносеологический характер («подмена сущности явлением») [16].

3. Другой серьезной ошибкой явилось неразумное «обобщение», т.е. распространение преобразования Лоренца на все физические явления (без исключения). Это привело к жестким (физически необоснованным) требованиям к математической форме физических законов (требование «лоренц-ковариантности» формы уравнений). Оно извратило интерпретацию многих физических явлений, породив концептуальную несовместимость классических и релятивистских представлений.

4. Вряд ли стоит во всем обвинять А. Эйнштейна. Он имел право высказать свою точку зрения, и он ее высказал. Виновны те ученые, кто на веру (как догму) принял «постулаты», кто «не захотел» понять и увидеть внутренних противоречий в физике, обусловленных СТО, кто «с порога» отметал любую критику теории относительности [17].

5. Проведенный в статье анализ показал, что параметрическое преобразование Галилея способно корректно описать релятивистские явления, а преобразование Лоренца при анализе вращательного движения непригодно для описания этих явлений.

6. Это отразилось и на прикладных исследованиях, например, [18]

7. Не менее крупной ошибкой, допущенной Эйнштейном, является «принцип эквивалентности» инертной и гравитационной масс. Инерция - это способность материального тела противостоять действию силы. Гравитация - взаимное притяжение материальных тел. Количественная эквивалентность влечет за собой концептуальную связь. Если меняется инерция системы тел (например, протон и электрон из независимого состояния переходят в связанное), то означает ли это, что изменение инерции отразится на гравитационных свойствах? Нет. Описание такого механизма в физике пока отсутствует. Экспериментальное «подтверждение» не может служить «решающим» аргументом. Точность измерений может оказаться недостаточной для подтверждения эквивалентности. Заметим, что инерция (E = mc²) опирается на положительную энергию, а гравитация связана с отрицательной энергией взаимодействия.

Литература

1. Корнева М.В., Кулигин В.А., Кулигина Г.А. Проверим «Gedanken Experiments» Альберта Эйнштейна.

2. Кулигин В.А., Кулигина Г.А., Корнева М.В. Какая теория заменит теорию относительности?

3. Корнева М.В., Кулигин В.А.. Парадоксы теории относительности на одно лицо

4. Корнева М.В. Ошибка Лоренца.

5. Кулигин В.А., Кулигина Г.А., Корнева М.В К столетнему юбилею СТО.

6. Корнева М.В., Кулигин В.А., Кулигина Г.А. Электромагнитная природа инерции заряда.

7. Корнева М.В., Кулигин В.А., Кулигина Г.А. Анализ классической электродинамики и теории относительности.

8. Пановски В., Филипс М. Классическая электродинамика. - М.:, “ГИФФМЛ”, 1963.

9. Уоллес Б.Дж. Радарные измерения относительной скорости света в космосе

10. Уоллес Б. Дж. “Проблема пространства и времени в современной физике” / Проблема пространства и времени в современном естествознании. Ленинградское отделение АН РСФСР. С.-П. 1991

11. Деревенских О.Х. Фиговые листики теории относительности.

12. Мамаев А.В. Высшая физика. (Эксперимент на электронном синхротроне АРУС).

13. Викпедия.

14. Реквием по теории?

15. Кулигин В.А. Практика - критерий истины (саркастическое эссе).

16. Кулигин В.А., Кулигина Г.А., Корнева М.В. Физика и философия физики.

17. Кулигин В.А. Одноглазый циклоп в физике.

18. Кулигин В.А., Кулигина Г.А., Корнева М.В. Проблемы вакуумной СВЧ электроники.

Размещено на Allbest.ru