Понятие специальной теории относительности

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗНАЕМ ЛИ, И ПОНИМАЕМ ЛИ МЫ СТО

1. А. Эйнштейн против А. Эйнштейна

До сих пор признаться в знании и понимании теории мог каждый, кто усвоил её принципы и утверждения и в них уверовал. И это считалось нормой, поскольку иного подтверждения её понимания не было. Однако теперь инструмент для определения реального понимания СТО найден, в виде следующего теста.

Согласно физике релятивистской, масса движущегося тела m больше массы тела, находящегося в покое m0. И это бесспорно!

Количественное соотношение выражается нижеприведённой формулой (1), обусловленной специальной теорией относительности, Эйнштейна. А это уже спорно!

m = m0 / v1 - в2 , где в = v / c

Соотношение между энергией и массой, согласно Эйнштейну, представлено уравнением {[1], (37.1), С. 390}. Это тоже бесспорно! (Однако правильно это уравнение будет называть законом сохранения массы и энергии движущейся материи).

E = mc2 = v (m0c2)2 + p2c2

где pc = m0vc - энергия прирастания массы, при любой скорости v.

Решив (2), относительно m, получим:

m = m0 v1 + в2

Речь, в обоих случаях, идет об одном и том же - об изменении массы движущегося тела. Значит, обе формулы должны показывать одну и ту же количественную зависимость массы от величины скорости. Тем более что оба выражения одного автора.

Приравняв (1) и (3), получим:

1 / v1 ? в2 ? v 1 + в2

Однако оказывается, что равенства, между выражениями (1) и (3), нет!!! (4).

Почему?

Ответить на этот вопрос можно, только понимая подлинный смысл СТО. Ниже приведено извлечение из книги [2], с дополнением, проливающее свет на указанную проблему.

Ни в чем не ошибаться - это свойство богов.

Демосфен

2. Анализ дел давно минувших дней

Сегодня мы возмущены и даже напуганы небывалым наплывом псевдонаучности в науку. Это результат застоявшихся ошибок, совершённых в физике, в конце XIX и начале XX вв., подкреплённый нездоровой экономической ситуацией 90-х, в России. А за ошибки, рано или поздно, платить приходится, и в науке тоже.

Представление пространства в существующей физике не является физичным. Поскольку, представленное лишь одним физическим параметром - временем, при остальных трёх геометрических, будет объектом геометрическим.

Однако развитие физики в ХХ в. и некоторые расшифрованные явления Природы настойчиво подсказывают, что в действительности Пространство физично и потому должно быть с большой буквы. И, как стало недавно известно, описывается, как минимум, десятью мерными параметрами. Что ближе к реальности. Такое несоответствие, между существующим представлением и реальностью, вносит в физику серьезную дисгармонию. Причина нефизичности представления пространства - полагаемая его пустота. «Хлебом насущным», в физике, она стала после того, как были получены, в опыте Майкельсона - Морли, в 1887 г, результаты, признанные эфир отрицающими.

Принять Пространство пустым, для физики классической, было не просто. Эфир имел солидное, и довольно устоявшееся прошлое. В «доопытной физике» Пространство представлялось заполненным средой (эфиром), к «весомой материи не относящейся». Поэтому все теории в оптике устанавливались на основе представлений упругих её колебаний. Так, Френель (1788 - 1827), рассматривая свет, в виде поперечных волн в упругой среде (эфире), установил количественный закон (1823), определяющий интенсивность преломленных и отраженных волн света. Те же самые соотношения следуют, в результате строгого вывода, и из электромагнитной теории света, при решении уравнений Максвелла (1873).

Гениальный Фарадей (1791 - 1867), основоположник теории электромагнитного поля, не мыслил действия одного тела на другое через пустоту. Он считал, что это действие может осуществляться либо непосредственным соприкосновением, либо передаваться через промежуточную среду. Её натяжениями и давлениями Фарадей объяснял электромагнитные взаимодействия тел. Проявления этих свойств той средой, которая, как представлял, была рассредоточена в пространстве, он называл электромагнитным полем.

Не менее гениальный Максвелл (1831 - 1879), в совершенстве владевший математическими методами своего времени, полностью разделявший убеждения Фарадея, облек его идеи в абстрактную, математическую форму. После этого «строительные леса», возведенные ранее Фарадеем, оказались лишними. И все же названия сил, действующих в диэлектрической среде, - максвелловские натяжения и давления, на границах сред, - в физике (раздел «электричество» [3]) остались.

В связи с вопросом существования эфира, особый интерес представляет гипотеза Френеля. По его гипотезе, эфир движущимися телами не просто увлекается, а в них входит. И при их движении, входя в тела, в них уплотняется, при неизменной упругости. При этом явление протекает так, что движущиеся тела эфир увлекают, в направлении своего движения. Предложил Френель и коэффициент этого увлечения - К = 1 - 1/n2, где n - показатель преломления. Однако в то время понять истинную суть этого увлечения возможным ещё не представлялось. И не понятое, оно так и осталось в тени, а потом о нём и не вспомнили.

Гипотезу и коэффициент Френеля убедительно подтвердил опыт Физо (1849), с движущейся водой в двух плечах интерферометра. С тех пор коэффициент «увлечения» Френеля получил полное признание научной общественностью. И в дальнейшем все научные теории строились уже с учетом этого коэффициента. Не исключением была и СТО. Эйнштейн писал: «…опыт Физо является фундаментальным и для специальной теории относительности». Более того, результаты опыта считал в достаточной степени достоверными, так как они были дополнительно проверены лучшими физиками-экспериментаторами.

Вера в существование эфирного пространства, для физики доопытной, была бесспорной. И все же, при таком серьезном отношении к эфиру, физики с ним расстались. Почему?

Опыты Майкельсона - Морли и повторенные, по той же методике, других экспериментаторов, по их мнению, должны были эфир обнаружить, но указали на его отсутствие. И результаты опытов, проведенных многократно, были идентичными. Таким образом, царившая в физике доопытная гармония, к тому времени уже обусловленная ЭМ теорией материи Лоренца, рушилась. Возникшая среди физиков паника была неописуема. Классическая физика, по сути дела, получила «смертельную травму»!

Молодой А. Эйнштейн, начинающий физик с нестандартным мышлением, хорошо знакомый с историей эфира, с удивительной гипотезой прозорливого Френеля (так считать основания есть) и с результатами уникального опыта Физо, поняв некорректность устранения эфира, и, не имея возможности повлиять на ситуацию, сделал гениальный шаг. Полагаем, будучи знакомым, с открытием русского астронома Белопольского (1900 г.), предложил иную рабочую идею, без участия в ней эфира. Создал модель, которая копировала результат действия явления, созданного самой Природой. Но действие природного явления, в этой модели, оказалось представленным как бы вывернутым на изнанку!

Предложенная Эйнштейном модель, обеспечивающая постоянство скорости света в системах в пустом Пространстве, имела двойной аспект: ментальный и научный. Первый и стал той причиной, которая, успокоив физиков, привела к отказу от эфира. Заключалась она в следующем. Изменение длины световой волны, в силу действия эффекта Доплера в относительном движении при наличии среды (эфира), было подменено умозрительным изменением длины движущейся системы. Что якобы могло быть в пустоте. А изменение периода световой волны, таким же образом, подменено изменением времени в движущейся системе. Все это было представлено через относительное восприятие движения. Предложенная идея была решением весьма неожиданным, но вроде бы приемлемым. Тем более, что легко подтверждалась, путём математического представления принципа относительности, уравнениями Лоренца. К тому же завораживала наличием удивительного парадокса (на самом деле, парадокса в квадрате, иначе, «эффекта селёдки», которую, чтобы поджарить, надо переворачивать).

Утверждение о биологической трансформации путешественников хотя и необычно, но в том виде, в котором оно преподносится, вроде бы и правдоподобно. Однако если присмотреться более внимательно, то здесь не просто парадокс, а парадокс в парадоксе. Иначе, парадокс, возведённый в квадрат. Возвратившийся близнец-путешественник, согласно первому парадоксу, будет живым и более молодым, по сравнению с оставшимся на Земле, уже старым, а может быть и умершим близнецом-братом. Но живым и молодым, согласно второму парадоксу, только в одном направлении - продольном. В двух других - в поперечном направлении и в высоту - как и его брат, старым или уже умершим. Ведь, согласно теории, сокращения произойдут только в направлении движения. А, чтобы этого не произошло, в процессе полёта необходимо непрерывно вращаться, по трём осям одновременно. Какая уж тут приятность от путешествия?

Новая теория была весьма противоречива и совершенно не понятна. Но позволяла, ничего не меняя и не перестраивая, обходиться без эфира, как ранее казалось, обойтись без которого было невозможно. В результате, физика, выходя из кризиса, обретала видимость прежней гармонии. Трудно воспринимаемая и никому непонятная теория, в конце концов, все же была принята. Завораживала она и совершенно новой идеей - пространственно - временным единством. Хотя, что это такое, в рамках нового, пустого, представления пространства, на самом деле, не понято и сегодня, как не понят и смысл научного содержания самой специальной теории относительности. И, тем не менее, к середине ХХ века, благодаря общему старанию, ибо было проще затвердить положения СТО, чем докопаться до ее сути, она закрепилась и заняла в физике ведущее место. Помогло в этом и то, что к этому времени дробление материи на первых же ускорителях показало, что масса частиц, при их ускорении, действительно прирастает. О чём, после создания СТО, помня прозорливого Френеля, Эйнштейн, не только сказал, но и представил формулу (но, что она не была верной, никто не знал). Это уникальное явление Природы тут же было записано на счёт СТО и стало её подтверждением.

Я познакомился с основами СТО в первой половине 50-х. Вначале было удивленье, затем восторг и восхищенье, потом раздумья и корпенье и, наконец, пришло прозренье. И к середине 70-х, по поводу теории А. Эйнштейна, имел собственное мнение, не совпадающее с мнением официальным.

Опыт Майкельсона - Морли, освободив физику от эфира, породил в ней кризис. Специальная теория относительности А. Эйнштейна освободила физику от этого кризиса. Однако первое освободило физику от эфира, а второе от кризиса в ней, только в умах, но не в Природе. Это несоответствие между тем, что происходит в Природе и, что отложилось в умах физиков, из только прикрытой тогда «трещины», ошибочно созданной в результате серьезного заблуждения, постепенно разрастаясь, к концу ХХ века, превратилось в пропасть. Откуда в изобилии стали вылезать всевозможные псевдонаучные идеи, как, например, так называемые «торсионные поля», «проекты» для получения дармовой энергии из Пространства, заряжающая и исцеляющая «энергия» и многое другое.

Сегодня противоречие, между знанием, которое предоставляет нам наука, и тем, что предоставляет Природа, особенно очевидно. Поэтому есть основание более внимательно приглядеться к эксперименту, выполненному по методике Майкельсона, и его результату. Не здесь ли собака зарыта?

Учитывая выявленные, в наши дни, все те проявления, так называемого физического вакуума, которые наблюдаются, причин сомневаться в его материальности, думается, уже нет. А как же тогда быть с результатом опыта Майкельсона - Морли? Оказывается, при ближайшем рассмотрении идеи, заложенной в методику этого опыта, высвечивается серьезная некорректность. Но, чтобы это понять, надо, как говорится, «танцевать от печки». Начинать рассуждение следует от Френеля.

Френель получил свой коэффициент, как он сам говорил, из условия особого увлечения эфира. Опыт Физо блестяще подтвердил верность коэффициента Френеля. Поэтому, подтверждая идею Френеля, опыт Физо подтвердил и существование эфира. А подтвердил его существование только потому, что, в опыте Физо, в трубах опытной установки, имело место, ускоренное движение воды ([2], ч., гл., п.3). В опыте Майкельсона ускоренное движение, чего-либо в эфире, или эфира относительно чего-либо, отсутствовало. Значит, и его (эфира) проявлений быть не могло. Однако если выражаться точнее, оно все-таки присутствовало, но слишком незначительное (и не по причине движения Земли относительно эфира). Дело в том, что эфир ускоренно движется только в направлении центра тяготения, причем спиральным образом. Горизонтальная составляющая, этого его движения и фиксировалась во всех опытах, через незначительное смещение светового спектра. Которое экспериментаторами было проигнорировано, поскольку понято было, как приборная погрешность (а оно проливало свет и на сущность тяготения [2]).

«Введение эфира в классическую физику, как известно, было достаточно объективным. За его существование были доказательства из оптики, в том числе и уникальный опыт Физо. А вот свойствами он был наделен субъективно, как всегда в подобных случаях, методом аналогии, надо сказать порочным. Но аналогии одному из его свойств, особой «подвижности», которая была прозорливо угадана Френелем и проявилась в опыте Физо, в известных средах не оказалось. Поскольку оно было присуще иной более мелкой структуре среды. Этим свойством его тогда и обделили. А вместо него, проигнорировав замечание Френеля и результаты опыта Физо, приписали свойство иное, ему не присущее - свойство обычного относительного движения. Субъективно приписав эфиру свойство, которым он не обладает и, не обнаружив этого, у него свойства не существующего, отвергать эфир, ранее проявивший себя в другом, более корректном, опыте, было совершенно не корректно» [2].

Итак, эфир был похоронен, по недоразумению. Какова же роль Эйнштейна, в этом? Думается, он к этому не причастен. Великий мастер модельного представления физических процессов только помог физике преодолеть кризис, хотя и теоретически. Зная о работах Френеля, Физо, Лоренца и обнаружении проявления эффекта Доплера на световых волнах Белопольским (1900), прекрасно понимал, что, в действительности, в Природе, является причиной инвариантности скорости света. Поэтому он и предложил модель, которая в итоге, по отношению к свету, давала тот же результат, что и явление в Природе.

Создавая свою теорию, к эфиру Эйнштейн не относился отрицательно. Об этом можно судить по его действиям. В теорию (СТО) он ввел преобразования Лоренца. Которые не только показывали, что теория имеет серьезную научную основу, но и свидетельствовали о том, что она эфир не отрицает, а только корректно обходит вопрос его существования. Поскольку преобразования Лоренца своими корнями уходят в эфир.

К тому же, впоследствии, Эйнштейн говорил, что среда в пространстве быть должна, а опыт Физо, существование эфира утверждающий, упоминал, как фундаментальный и для специальной теории относительности. А в ОТО наличие среды уже предполагалось.

Все это только подчеркивало нерешенность проблемы пространства, но стимулом к серьезным действиям не являлось. И основной форпост пространственной пустоты - опыт Майкельсона - Морли - оставался неприступным.

Накопившиеся во множестве факты, делают необходимым признание существования светоносной пространственной среды, ранее именовавшейся эфиром. Это избавляет физику от многих проблем. В частности, и от проблемы, которая объясняет инвариантность скорости света в системах, модельным образом. Известно, что, звуковым волнам, движущимся в среде (воздухе, воде), постоянство скорости света, в системах, независимо от относительного движения источника и приемника, обеспечивает действие явления природы, получившее название эффекта Доплера. Как установлено, этот эффект присущ и свету. Длина световой волны и ее период, при распространении света в своей среде - эфире, - в относительном движении тоже изменяются, и таким же образом. Поэтому его скорость, в системах, остается постоянной. Исходя из всего, что было сказано, причин отвергать эфир, нет, и он должен быть реабилитирован!

Идея Френеля, о том, что эфир, при движении материальных тел входит в эти тела и в них уплотняется, в наши дни, получила продолжение. Подтвержденная и теорией, и практикой, стала научным фактом. Сегодня доподлинно известно, что именно так взаимодействуют движущиеся материальные тела (частицы) с так называемым физическим вакуумом, если хотите - эфиром. Масса тел, при этом, по причине того, что этот «вакуум», как говорил Френель, «в них входит и в них уплотняется», возрастает. Математически, - это ранее, в формуле описывающей закон сохранения массы и энергии в движении {[1], (37.1), С. 390}, показал Эйнштейн. Практически, - это подтверждено на ускорителях. Теоретически, обосновано анализом Квантовых уравнений преобразования энергии и материи ([2], С. 85 -88). Прозорливости Френеля приходится только удивляться.

3. Что есть СТО А. Эйнштейна

Самая большая беда физики - это когда единожды сказанное авторитетом, потом обретает статус закона и буквально насаждается, в виде непререкаемой истины.

В школьных учебниках физики и, вообще, повсеместно, говорится, что проблема принципа относительности возникла в результате создания Максвеллом электродинамики. Но это совсем не так. И возникла она не по причине упразднения эфира. В действительности эта проблема возникла, когда было обнаружено, что скорость света конечна, постоянна и равна - С = 3*108 м/с.

Принцип относительности Галилея, в так называемой классической физике, обусловленный простым, по типу механики, сложением скоростей - V = V1 + V2 , при относительном движении тел, не противоречивый в Природе, в умах физиков, не укладывался во вновь открытые рамки конечности скорости. В попытке понять физику открывшегося факта, возникли, как известно, три варианта объяснения: Х. Лоренца, Г. Герца и А. Эйнштейна.

Первым вариантом предлагалось объявить несостоятельным принцип относительности, в применении к электромагнитным явлениям. И основной инерциальной системой отсчёта считать систему, покоящуюся относительно пространственной среды - «мирового эфира».

По второму варианту полагалось, что эфир полностью увлекается движущимися телами, что, в конечном счете, приводило к справедливости принципа относительности Галилея.

Третий вариант появился после того, как эфир был из физики, но не из Природы, удалён. Когда А. Эйнштейн, в обход физических методов объяснения, предложил модельный, математический метод решения проблемы. Физика явлений в этом методе не просматривалась. И нужда в эфире отпадала. После этого и возникло ложное убеждение, что теория А. Эйнштейна эфир якобы похоронила окончательно.

Однако теория относительности А. Эйнштейна, возникший в физике кризис только притушила. Потому, что в физическом плане, проблема так и не была разрешена. Плоды этого половинчатого решения, в полной мере, мы пожинаем сегодня.

Наиболее благоприятным решением проблемы принципа относительности сегодня является идея, заложенная в первом варианте - Лоренца. Но в полном своём смысле она принята, быть не может. Потому, что, как и два других варианта, чревата одним и тем же. Все перечисленные варианты решения проблемы относительности, в своей основе, опираются только на законы механики.

Прежде чем решать проблему принципа относительности, следует, в первую очередь, определиться с сущностью электромагнитных колебаний, т. е. света. Что это такое, волна или корпускула? Если корпускула, то непременным образом должны действовать законы механики. Если волна - действуют тогда законы поля, и ни о каком ныне существующем, механическом, принципе относительности речи быть не может. Волна - это распространение колебаний в среде. Постоянство и конечность скорости здесь обусловлены законом Природы - эффектом Доплера. И это, кроме всех прочих, тоже есть подтверждение существования, несправедливо упразднённого, эфира. энергия скорость свет относительность

После всего, что было сказано, напрашивается только один вывод:

- Принцип относительности по Эйнштейну - это попытка, путём математической абстракции, исправить результат насилия ума (не разума) над Природой в результате некорректного опыта Майкельсона.

Пространство, с большой буквы поскольку содержит в себе вещественную субстанцию, - это, несомненно, объект физический. С ним и должна быть связана начальная система отсчёта (движение в Пространстве происходит относительно частиц его среды - эфира). Относительно неё (этой среды) и происходят все естественные движения. В силу особенности структуры этой среды, все движения материальных тел в ней предельны. И предельная естественная скорость равна С (кстати, почему С, а также почему в выражении полной энергии материального тела - mC2 - скорость в квадрате, тоже имеет реальное объяснение [2]). Кроме скорости естественной, в Природе, есть и другая скорость - относительная. Это скорость относительно движущихся тел. Предельное значение этой скорости равно 2С.

Естественная скорость - это скорость движения тела в Пространстве, заполненном эфиром. Согласно Френелю и практике, она причастна к процессу изменения массы, движущегося в нем тела. Скорость относительная, в Природе, ни к каким эффектам, кроме эффекта Доплера, не приводит. Таким образом, формула, полученная на основе математических представлений специальной теории относительности, где фигурирует скорость относительная, изменение массы движущихся тел, никоим образом, не отражает. Хотя её корни и уходят в эфир, получена она была на основании закона механики. Подобных же законов в пространственной среде и микромире не существует, вообще, что подтверждает закон Корпускулярной дифракции электронов ([2], ч.II, гл.V). В пространственной среде проявляются и действуют только законы полевые. А эти законы, в порядке сохранения массы и энергии в движении, выражаются математическим их представлением, в виде формулы (2). Которая и есть первоисточник истинного выражения коэффициента, который отражает количественную сторону преобразования материи. Вот мы и пришли к ответу на вопрос, ранее сформулированный в неравенстве (4).

Изменение массы, т. е. проявление её в релятивистском (относительном) смысле, начинается с началом движения тела. Математически это выражено в законе сохранения массы и энергии движущейся материи (2), когда-то представленного А. Эйнштейном. Однако физический смысл уравнения (2), так никем и не был понят, ни как выражение, ни как закон, даже, есть основание полагать, самим его автором. Комментарий к этому уравнению нигде не обнаружен, а оно ведь действительно выражает физическую закономерность.

Второе слагаемое подкоренного выражения (2) - это та энергия, которая ответственна за величину прироста массы движущегося тела. Причём очевидно, что масса тела прирастает за счёт массы содержащейся в Пространстве. Значит, пространственная среда - это первоматерия. И теперь мы можем, по всей видимости, смело сказать, что при ускорении материального тела происходит естественное преобразование пространственной первоматерии в материю, и энергия - pС = m0VC - есть энергия преобразования.

Теперь становится понятным, откуда берётся материя, появляющаяся в виде масс множества различных неустойчивых частиц, возникающих при столкновении двух протонов, которые (частицы) затем, вскоре, распадаются, превращаясь снова в первоматерию и излучение. Ведь протон, как и электрон неделим - частица элементарная!!! Наводит это и на мысль, что «масса» - это количество материи.

Заканчивая повесть о специальной теории относительности А. Эйнштейна, теперь можно ответить и на вопрос, что она такое есть.

СТО - это модельное представление природного явления - эффекта Доплера, для электромагнитных волн.

А, если известно, во всех подробностях, реальное явление, нужна ли нам его модельная абстракция? Тем более, что главное - конечность и постоянство скорости света не нуждаются в постулировании, они обусловлены структурой эфира [2], а изменение массы тела, при его движении, имеет и новый «адрес» - это гипотеза Френеля, и иное математическое обоснование - это закон сохранения массы и энергии в движении (2). И на долю СТО, несмотря на то, что ей приписывают многое, ничего не выпадает.

Библиография

1. Акоста В., Кован А. и др. Основы современной физики. - М.: «Просвещение», 1981.

2. Сатаева О, Афанасьев Т. КТО МЫ И ОТКУДА? / О. Сатаева, Т. Афанасьев. //Размышления, подкреплённые материалом из монографии «Мы не одиноки во Вселенной», - 1-е изд. - Иркутск: ИВВАИУ (ВИ), 2007. - 208 с.

3. Эйнштейн А. Сборник научных трудов. Т. 1. - М.: «Наука», 1965.

4. Сивухин Д. В. Общий курс физики. (Электричество). Учебное пособие. - 2-е изд., исп. - М.: «Наука». Главная редакция физико-математической литературы, 1983.

Размещено на Allbest.ru