Вопрос о справедливости постулата постоянства скорости света в инерциальных системах отсчёта






(расширенная версия)
С.Б. Каравашкин, О.Н. Каравашкина
e-mail: selftrans@yandex.ru, selflab@mail.ru

В качестве первой темы рассмотрим наболевший вопрос о постулате Эйнштейна о постоянстве скорости света во всех инерциальных системах отсчёта (ИСО). Как известно, этот постулат совместно с постулатом об эквивалентности всех ИСО, являющимся его продолжением, привёл Эйнштейна к созданию Специальной Теории Относительности (СТО), на сто лет затормозившей развитие ряда важнейших разделов физики, включая механику и теорию ЭМ поля. В основном, противостояние между сторонниками и противниками релятивистской концепции концентрировалось на рассмотрении парадоксов и раздвоении мнений о результатах интерферометрических методов поиска эфирного ветра в опытах целой плеяды, включая Майкельсона, Морли, Миллера, Кеннеди, Пикара и др.

Отойдём немного в сторону от ожесточённых баталий и попробуем посмотреть на вопрос со стороны. А именно, на саму формулировку постулата, который до сих пор, несмотря на активные усилия сторонников релятивизма, не нашёл прямого экспериментального подтверждения.

Отметим, что в исходном виде, а именно в первой работе Эйнштейна «К электродинамике движущихся тел», данный постулат был сформулирован следующим образом:

«свет в пустоте распространяется с определённой скоростью V, не зависящей от состояния движения излучающего тела».

Но это не релятивистская постановка вопроса. Так формулируется свойство света и в классической физике. Другое дело, что Эйнштейн под данной формулировкой подразумевал иное: не только независимость скорости распространения от характера движения источника, но и постоянство во всех ИСО, что, в общем-то, предполагает свойства, различные с исходным утверждением классической физики. Независимость распространения волны от движения источника характерна всем волновым процессам во всех средах, поскольку эта скорость постоянна относительно среды. Эйнштейн же на основании данной независимости (под которой понимал именно постоянство скорости) как раз и сделал вывод, что «введение «светоносного эфира» окажется при этом излишним, поскольку в предлагаемой теории не вводится «абсолютно покоящееся пространство», наделённое особыми свойствами».

Чтобы выяснить, имеет ли здесь место подмена, рассмотрим модель, полностью согласующуюся со схемой, на основе которой сам Эйнштейн производил вывод преобразований Лоренца между взаимно движущимися ИСО своей теории. В основе этой схемы лежало рассмотрение инерциальных систем отсчёта в двух состояниях. Исходно системы отсчёта k и K были взаимно неподвижны. В этом состоянии производилась синхронизация длин, времени, приборов. После этого системе отсчёта k придавалась некоторая постоянная скорость v и в этом состоянии производилось сравнение параметров ИСО. Так же поступим и мы. Пусть, как показано на рис. 1, исходно в системе отсчёта k находится прибор, состоящий из взаимно неподвижного источника, испускающего световые импульсы, и локального приёмника, ось между которыми перпендикулярна направлению будущего движения этой ИСО.

Рис. 1. Схема измерительной установки

Также пусть в исходном состоянии луч света, излучённый источником, попадает на приёмник. Теперь придадим в соответствии со схемой Эйнштейна системе ]k некоторую скорость вдоль горизонтальной оси. Что будет видеть при этом наблюдатель в системе K, оставшийся неподвижным? Прежде всего, он будет видеть, что каждый следующий импульс света излучается источником в новой точке, а поскольку по Эйнштейну (и по классической физике) распространение света не зависит от движения источника, то все лучи будут распространяться вертикально, образуя цепочку, как бы сносимую в направлении, противоположном движению источника, и это неизбежно при признании факта независимости распространения света и принципа близкодействия, когда свету для преодоления расстояния требуется определённое время. И тому, и другому принципу был привержен и Эйнштейн.

Попутный вопрос. А может ли с точки зрения СТО измениться угол наклона луча в движущейся ИСО? Строгая формула, связывающая углы во взаимно движущихся ИСО, имеет вид

(1)

где А – угол в неподвижной ИСО K, а a – значение угла в подвижной системе k. Из формулы видно, что трансформация характерна для любых углов, не равных нулю и 90 град.. Значит, на трансформацию углов в данной схеме рассчитывать бессмысленно. Для перпендикуляра к направлению движения трансформация отсутствует.

В результате приходим к динамической диаграмме, представленной на рис. 2, на которой показано распространение импульсов света (красные точки) при совместном движении источника и приёмника.

Рис. 2. Динамическая диаграмма, демонстрирующая распространение света в системе совместно движущихся источника и приёмника

Из схемы следует, что после начала движения луч света никоим образом не может попасть в приёмник. Но с другой стороны, для наблюдателя, сопутствующего ИСО k], источник неподвижен, а значит, луч обязан попасть в приёмник, поскольку угол наклона луча не изменился. Значит, в рамках той же базовой схемы, которую использовал Эйнштейн для построения своей теории, системы не являются эквивалентными и оба постулата оказываются ложными. Одновременно с этим доказывается факт подмены тез, которую сделал Эйнштейн при формулировке постулатов. Потому его теория так обилует парадоксами и нестыковками, с которыми мы будем многократно в дальнейшем сталкиваться.
Можно подойти к этому вопросу с другой стороны, предположив, что мы видим в неподвижной ИСО тот луч, который видим, и корректируем наблюдателя, сопутствующего прибору, чтобы тот направлял луч строго вертикально с точки зрения неподвижного наблюдателя в системе отсчёта K. Но тогда наблюдатель в k в ходе корректировки должен будет поворачивать источник света, внося определённый угол между направлением распространения света и направлением источника. Таким образом, по-прежнему у него будет рассогласование между тем, что он будет регистрировать в своей ИСО, и тем, что он должен был бы регистрировать, будь его ИСО действительно неподвижна. Следовательно, находясь внутри своей ИСО, он будет регистрировать движение, что противоречит полной эквивалентности ИСО в релятивизме.
Вместе и в связи с данным рассмотрением, поднимается не менее важный аспект. Пусть у нас имеется несколько систем отсчёта, каждая из которых считает себя неподвижной и по отношению к каждой из них источник с приемником движутся с разными скоростями. В связи с различием скоростей, для каждого из неподвижных ИСО угол наклона излучателя должен быть различным, поскольку это обусловлено тем, что угол наклона определяется отношением v/c, т.е. отношением скорости прибора к скорости света. Это опять-таки, вносит неоднозначность в регистрацию процесса, сохраняя для каждого из неподвижных наблюдателей противоречие между их регистрацией и регистрацией наблюдателя, сопутствующего прибору.
Для снятия данного противоречия существует единственный путь, связанный с физикой распространения самой волны. Когда представляют волновой процесс аналогичным движению материальных тел, упускают из виду то, что волна – это не само тело. Это процесс в некоей субстанции, возбуждение последней, распространяющееся от точки возбуждения. В этом смысле, волна материальна не сама по себе, а как возбуждение материального, а потому скорость распространения постоянна не сама по себе, а только благодаря свойствам субстанции и по отношению к этой субстанции. Этот базовый аспект ставит всё на свои места в рассматриваемой задаче, поскольку угол наклона источника по отношению к лучу будет определяться не в каждой паре между неподвижным и сопутствующим прибору наблюдателями, а по отношению движения сопутствующего наблюдателя к светонесущей субстанции, и для всех наблюдателей угол будет одинаковым.
Таким образом, вскрытие противоречия релятивизма автоматически возвращает физику процесса не только в границы классической физики, но возвращает условие наличия светонесущей субстанции как необходимое условие однозначности и единообразия наблюдения процессов в различных ракурсах. Эквивалентность же ИСО при этом не появляется, оставаясь некоторой частной макро-закономерностью классической физики, справедливой исключительно для материальных тел при малых скоростях. Именно свет, а значит, и силовые поля при больших скоростях нарушают этот принцип эквивалентности, который пытался вытолкнуть из физики релятивизм своими постулатами. И то, что кого-то коробит понятие эфир, но ему приемлемо понятие физический вакуум, который тоже в силу своей физичности не может быть нематериальным, - сути не изменяет. В любом случае, как ни назови, только возврат к некой светонесущей субстанции позволяет добиться однозначности наблюдаемости природных процессов. И наоборот, отрицание этой субстанции автоматически приводит к появлению неразрешимых противоречий и парадоксов. При этом существующие попытки измыслить структуру этой субстанции то ли газообразным, то ли жидким, то ли твёрдым телом[1] обречены на провал за отсутствием надёжных экспериментальных аргументов, вскрывающих как структуру, так и физические свойства процессов, в ней происходящих. Ведь особенностью волновой теории является то, что самые разные по физическим проявлениям процессы обладают одним и тем же комплексом волновых свойств. Из тех, которые нам известны, это и механические волны в разных средах, и химические волны Белоусова, и спиновые волны. Наконец, это и электромагнитные волны. Природу последних мы не знаем, но все без исключения волновые свойства, которые проявляют ЭМ волны, согласуются с проявлениями волн в вышеописанных средах, и иного случая, когда что-то проявляло волновые свойства в отсутствие соответствующей субстанции, возбуждением которой и было проявление данных свойств, нам неизвестно. Поэтому без соответствующей экспериментальной базы, демонстрирующей, что волновые процессы могут возникать без сред, мы не имеем морального права учёного предполагать иное, и тем более что-то строить, исключая из концепции базовое понятие. Вместе с тем, оперируя только волновыми свойствами, мы также не можем моделировать структуру субстанции, поскольку огромное число самых различных видов субстанции проявляют одни и те же внешние свойства.
Идя далее и исходя из полноты анализа, следует рассмотреть вышеупомянутую модель источника и приёмника на базе баллистической концепции Ритца, тем более, что это как раз та концепция, которая на основе эмиссионного принципа пыталась обойти проблему светонесущей субстанции. «В оптике успешно применялись два разных способа представления явлений: посредством эмиссии (свет движется) и посредством эфира (свет распространяется в среде). Второй вводит абсолютное движение, тогда как первый приводит к движению света в вакууме именно так, как того требует принцип относительности: световые частицы в момент t разлетаются по всем направлениям, двигаясь с постоянной радиальной скоростью и формируя сферу с центром, движущимся со скоростью v, которую имела т. P в момент испускания. Если v постоянна, то этот центр продолжает совпадать с P. Лишь этот фундаментальный принцип мы и заимствуем у эмиссионной теории (ньютоновской теории истечения света). Можно добавить, что эти частицы следует рассматривать исключительно как вспомогательное искусственное представление, достаточно удобное, и позволяющее, как мы видели, принять для скорости света в вакууме точный закон, даже если скорость P переменна и принцип относительности неприменим. Тогда скорость света зависит от скорости, имевшейся у его источника в момент испускания. С этого момента скорость частиц остаётся неизменной и не зависящей от последующего движения P, даже если частицы проходят через весомые тела или электрические заряды» [2, ч. 2, п. 1].
С представленной точки зрения, в рассматриваемой нами схеме отсутствует необходимость наклона источника к направлению распространения света в силу сложения скорости света со скоростью источника. Это ни в коей мере не возрождает релятивистскую концепцию Эйнштейна, поскольку нарушается базовый С-постулат из-за непостоянства скорости света, но возникают свои, характерные для концепции Ритца проблемы, исключающие использование данной концепции для объяснения исследуемого процесса.
Дело в том, что условием корректного применения той или иной концепции к описанию физического явления является полное согласование её следствий, выводов не с тем или иным отдельным процессом, а с совокупностью оных, а в этом смысле у концепции Ритца появляются базовые разногласия между нерегистрируемыми свойствами частиц и волн. Мало того, что частицы не обладают принципом суперпозиции, т.е. наложения без взаимодействия, не обладают постоянством скорости, как волны, но и проявления частиц в процессе интерференции, дифракции не представляются аналогичными наблюдаемым именно вследствие отсутствия фаз, позволяющих формироваться светлым и тёмным полосам на экране. Обходя эту проблему, Ритц предположил, что фиктивные частицы, ответственные за распространение света, распределены в луче с разной плотностью. Как следствие этого: «Фиктивные частицы периодически распределяются во времени и пространстве. Это распределение в свою очередь вызывает колебания других ионов или систем ионов; сложение этих воздействий посредством интерференции, то есть обычной суперпозиции, вызывает, таким образом, разнообразные явления: отражение, рефракцию и т.д.» [2, ч. 2, п. 17].
Вместе с тем, чтобы данные частицы достигли экрана, они должны быть излучены. Но это не кванты света у Планка-Бора, как и не фотоны. В последних вся энергия излучения полностью заключена внутри самих квазичастиц и определена уравнением переходов между орбиталями атомов. Поэтому они принципиально не могут распределяться в пространстве, да ещё и с заданной частотой излучения атома. Для этого нужна своя дополнительная энергия, кроме той, что уже заложена в сами кванты. К тому же кванты-фотоны при взаимодействии с орбитальным электроном одномоментно (по фотонной концепции) передают электрону всю необходимую энергию, как и частоту возбуждения, что несовместимо с последовательным взаимодействием корпускулярной волны Ритца, передающей частоту возбуждения только при последовательном взаимодействии «цепочки» фиктивных частиц с электроном и никак иначе. Одна фиктивная частица и даже две неспособны передать всю информацию о частоте возбуждения, не говоря уже о том, что сам электрон тоже не покоится, а значит, есть полная вероятность того, что он получит не планковский квант энергии, а значительно больше или меньше.
Тем не менее, согласно Ритцу: «Поэтому я буду допускать, что любая заряженная точка испускает в каждый момент времени по всем направлениям фиктивные частицы, бесконечно малые и запущенные при рождении с одинаковой радиальной скоростью c, которые сохраняют своё равномерное движение, независимо от того, какие им встречаются тела» [2, ч. 2 п. 1]. Но регистрируемое до сих пор излучение как антенн, так и атомов, говорит о наличии поперечной волны, проявляющейся в частности в эффекте поляризации света. Одним продольным потоком фиктивных частиц, излучаемых электронами, даже гармонически распределённым в пространстве, поперечность и, тем более, поляризацию волны объяснить невозможно. Для возбуждения поперечных волн требуются поля двух зарядов, как положительного, так и отрицательного, а значит, для объяснения световой волны в концепции Герца необходимо предполагать и некоторые фиктивные частицы другого рода, присущие протонам, или предполагать, что электроны вечно излучают некие фиктивные частицы, а протоны также вечно их поглощают извне. И то, и другое полностью несовместимо с наблюдаемыми данными. В частности, если бы электроны вечно излучали фиктивные частицы, а протоны вечно поглощали их, то отношение масс протона и электрона не было бы константой, а зависело бы от того, сколь долгое время происходило это поглощение/излучение. К тому же, сам факт поглощения фиктивной частицы не символизирует притяжение. Как известно, как упругое, так и неупругое соударение не может означать начало движения тела встречно направлению одного из соударяющихся тел. Этому препятствуют законы механики, а если атомом излучаются постоянно два типа частиц, то возникает резонный вопрос о различии свойств, которые предполагают поперечное воздействие на атомы приёмника, что вообще само по себе абсурдно.
Но это и множество связанных с этим вопросов не могут быть урегулированы в рамках концепции Ритца, что делает её неприемлемой для объяснения свойств света вследствие явной искусственности построений, включающих и признание силового поля фикцией.
Таким образом, из всех существующих базовых концепций единственно непротиворечивой является классическая, позволяющая строго описать явления излучения движущегося источника. Да, формально она приводит к некоторой абсолютной ИСО, но это неизбежно, поскольку необходимость светонесущей субстанции автоматически делает систему отсчёта, связанную с ней, именно той системой, по отношению к которой скорость распространения света постоянна. В отношении же наблюдаемости этой субстанции в отсутствие пока инструментальных возможностей её исследования, стоит обращаться к многозначительному замечанию Исаака Ньютона: «Однако совершенно невозможно ни видеть, ни как-нибудь иначе различить при помощи наших чувств отдельные части этого пространства одну от другой, и вместо них приходится обращаться к измерениям, доступным чувствам. По положениям и расстояниям предметов от какого-либо тела, принимаемого за неподвижное, определяем места вообще, затем и о всех движениях судим по отношению к этим местам, рассматривая тела лишь как переносящиеся по ним. Таким образом вместо абсолютных мест и движений пользуются относительными; в делах житейских это не представляет неудобства, в философских необходимо отвлечение от чувств. Может оказаться, что в действительности не существует покоящегося тела, к которому можно было бы относить места и движения прочих» [3, Определения, с. 32]. И это не оправдание бессилия. Исходное, то, что лежит в основе всего прочего, значительно труднее регистрировать, чем всё, что является производным, возбуждением от него. Именно с этим связаны столь большие сложности, которые испытывают исследователи, пытаясь проникнуть в неведомое, не зная исходно внутренних свойств, как и, собственно, природы этого неведомого, но регистрируя только внешние, относительные проявления.
В связи с этим следует отметить, что бытующее в настоящее время мнение – мол, релятивистская концепция будет использоваться до тех пор, пока не будет сформирована более правильная, – некорректно и вредно для развития науки. Если столь догматично придерживаться заведомо неверных подходов, не желая видеть и тем более уточнять некорректные посылки, то новое никогда не появится, а наука будет барахтаться в трясине противоречий, тормозя процесс познания человечеством законов природы. Это подобно торможению, которое мир уже наблюдал в средние века, когда математика, уже развитая до гармонического анализа, была искоренена, и учёные клали жизни на возрождение основ, которые так же методично изымались. Если выявлено несоответствие, теорию, базирующуюся на нём, нужно без сожалений отодвигать и становиться на позицию корректных посылок. Это единственный путь, который приводит к развитию наших знаний. С этой точки зрения концепцию СТО Эйнштейна нужно просто сдать в архив истории науки и строить устойчивую теорию изначально на реальных свойствах света в движущихся системах отсчёта.

Литература:
1. Иванова Е. А. Теории эфира: краткий исторический обзор
2. Вальтер Ритц. Критический анализ общей электродинамики
3. Ньютон И. Математические начала натуральной философии

Комментарии

Комментарии не найдены ...
Добавлять комментарии могут только
зарегистрированные пользователи!
 
Имя или номер: Пароль:
Регистрация » Забыли пароль?
 
© decoder.ru 2003 - 2017, создание портала - Vinchi Group & MySites