Эквивалентность систем отсчёта

С.Б. Каравашкин
e-mail: sbkaravashkin@gmail.com
Труды СЕЛФ
блог «Classical Science»
оригинал
Современным учёным может показаться странным, устаревшим, что начальные темы в этом блоге содержали мало математики и больше описаний, что модели рассматривались не на основе математических формул, а на основе анализа физических свойств, увязывания этих свойств в едином процессе. Но в этом и состоит отличие физики от математики, и неспроста корни физики лежат в натурфилософии, а не в геометрии. И Ньютон начинал с этого, да и Эйнштейн, при всей своей приверженности к фетишу математики, тоже начинал с этого, но по-разному. Ньютон начинал с определений. С тех самых увязок свойств базовых свойств, на правильном определении которых можно строить устойчивое знание как на прочном фундаменте. Эйнштейн, наоборот, противопоставил физические свойства своему личному желанию, изначально позаимствовав определения физических свойств из классической физики, неправомерно распространив их на область, в которой нарушалась корректность без должной трансформации на основе новых факторов. Это откровенно видно с первых же строк его первой работы «К электродинамике движущихся тел»: «Известно, что электродинамика Максвелла в современном её виде приводит в применении к движущимся телам к асимметрии, которая несвойственна, по-видимому, самим явлениям» {1, с. 7}. Собственно, это пошло ещё с Э. Маха: «для меня вообще существует только относительное движение и я не могу здесь допустить какое-нибудь различие между движением вращательным и поступательным. Если тело вращается относительно неба неподвижных звёзд, то возникают центробежные силы, а если оно вращается относительно другого тела, а не относительно неба неподвижных звёзд, то центробежных сил нет… Можем ли мы, держа неподвижно ньютонов сосуд с водой, вращать относительно него небо со звёздами и доказать, что в этом случае центробежные силы отсутствуют? Такой опыт неосуществим, но он в принципе не имеет никакого смысла, так как оба случая неразличимы для наших органов чувств. Потому я считаю оба случая одним и тем же случаем, а различие, которое делает между ними Ньютон, - иллюзией» {2, с. 60}.
Но Мах, начав с геометризации движений, тут же опроверг себя, признав, что подобный эксперимент неосуществим и по вполне понятным причинам. Достаточно дополнить задачу условиями раскрутки ведра, чтобы понять это. Ведро раскрутить легко, а вот Вселенную? Ещё проще понять абсолютный характер вращения, добавив в схему второе ведро, раскручиваемое в противоположно направлении. А в этом случае каким образом Вселенная обеспечит центробежную силу? Для какого из вёдер? Так что по результату прав всё же Ньютон, а не Мах, а значит, асимметрия всё же существует, как и абсолютное движение.
С заявлением Эйнштейна аналогично. Спросить: почему природе несвойственна асимметрия, если результаты экспериментов её демонстрируют?
В качестве обоснования можно указать и тот случай, что согласно закону Лоренца, магнитное поле не воздействует на неподвижный заряд. А значит, если один из зарядов движется, а второй неподвижен, то магнитное поле, создаваемое движущимся зарядом, на неподвижный заряд действовать не будет. Если же исходить из эйнштейновского принципа эквивалентности, то, перейдя в систему отсчёта, в которой оба заряда движутся (то есть в систему отсчёта, которая будет двигаться со скоростью, меньшей скорости движущегося заряда или в направлении, противоположном движению этого заряда), мы должны получить магнитное взаимодействие между зарядами, которое автоматически делает системы отсчёта неэквивалентными, поскольку в одной системе отсчёта мы не зафиксируем магнитное поле от неподвижного заряда, как не зафиксируем и факт взаимодействия магнитного поля и заряда. В другой системе отсчёта мы обязаны регистрировать и магнитное поле, и взаимодействие, что само по себе нелогично.
Так что как ни крути, весь эйнштейновский релятивизм базировался не на физических аспектах явлений, а на желании сделать физику такой, какой ему хотелось.
Так же и в общей теории относительности. Признавая отсутствие ковариантности гравитационных процессов, Эйнштейн силовым путём хотел достичь этой ковариантности ради собственной идеи представить гравитационное поле метрикой пространства. Ничего хорошего из этого не получилось, одни парадоксы. Так что анализ голых формул, построенных на собственном желании, а не на наблюдениях, приводит в тупик сплошных парадоксов и ничего более.
В то же время, асимметрия электродинамики обусловлена прежде всего тем, что, как ранее указывалось, свет связан с конкретной системой отсчёта, связанной с субстанцией, в которой он распространяется, и это проявляется не только на внешних эффектах, но и на виде эквифазных поверхностей источников света.
Если, предположим, наблюдатель неподвижен относительно субстанции, а источник света движется, то динамическая картина эквифазных поверхностей будет иметь вид, представленный на рис. 1.
Рис. 1. Динамическая диаграмма распространения световых эквифазных поверхностей при движении источника со скоростью vs = 0,8 c в направлении отрицательных значений x ; синим цветом обозначена мировая линия наблюдателя {3, с. 56}

Математика только подтверждает особенности физической модели, и уравнения эквифазных поверхностей будет иметь вид {3, с. 56}:
(1)
где vs – скорость движения источника.
Если источник неподвижен относительно субстанции, а движется наблюдатель, то в системе отсчёта, неподвижной относительно наблюдателя, вид эквифазных поверхностей будет другим, как представлено на рис. 2.

Рис. 2. Динамическая диаграмма распространения световых эквифазных поверхностей с точки зрения подвижной инерциальной системы отсчета, движущейся со скоростью v = 0,8 c в направлении положительных значений x неподвижной системы отсчета при прямом переходе из неподвижной системы отчета в подвижную в рамках классического формализма; синим цветом обозначена мировая линия наблюдателя {3, с. 55}

Математика на изменение условий физического процесса отреагирует другой системой уравнений {3, с. 55}:
(2)
где v – скорость движения наблюдателя. И хотя внешний вид уравнений остаётся тем же, но в первой системе уравнений (1) стоит скорость движения источника, а в системе уравнений (2) стоит скорость движения наблюдателя, хотя эти скорости равны и для системы отсчёта наблюдателя внешне в обоих случаях источник движется. Но в первом случае источник смещается относительно эквифазных поверхностей, которые сам излучает и которые распространяются независимо от его движения. В результате впереди источника наблюдается сгущение эквифазных поверхностей, а сзади разрежение. Во втором случае этого не происходит, поскольку источник покоится относительно светоносной субстанции. Как результат, столь незначительные нюансы приводят и к различию фиксируемых наблюдателем параметров света: «в случае движения системы отсчета относительно источника, скорость света в подвижной системе отсчета изменяется от c + v до c - v , в то время как во втором случае, когда источник движется относительно системы отсчета, скорость света изотропна и равна c» {3, с. 57}. Это влияет и на периоды фиксируемых наблюдателем сигналов, графики которых представлены на рис. 3.

Рис. 3. Графики относительного изменения периода сигнала, фиксируемого наблюдателем от скорости системы отсчета (кривая I) и источника (кривая II) относительно субстанции

Влияние данного внешне незначительного нюанса обусловлено тем, «что когда мы производили преобразования из одной системы в другую, предполагая изотропность распространения света в неподвижной системе отсчета, мы молчаливо предполагали, что неподвижная система связана со средой, в которой распространяются световые волны. Когда же мы непосредственно рассматривали процессы в подвижной системе отсчета, приняв ее за неподвижную, то несмотря на наши дополнительные утверждения о ее движении, она по самому смыслу того, что мы ее приняли за неподвижную, стала таковой относительно светоносной среды независимо от наших дополнительных утверждений» {3, с. 57}.
Вот этот нюанс как раз и сыграл злую шутку с релятивистами. Если посмотреть на график на рис. 3, то видно, что при малых скоростях различие несущественно и обычно ниже погрешности измерений. Именно поэтому в классической физике того времени и была введена эквивалентность систем отсчёта. Эйнштейн, взяв из классической физики принцип эквивалентности, без должного анализа перенёс его на область околосветовых скоростей, и этим неминуемо нарушил корректность границ справедливости данной эквивалентности, хотя материал для анализа ему был предоставлен уже в отчёте Майкельсона 1887 г. {4}, о котором Эйнштейн просто не мог не знать, занимаясь вопросами относительности. В этом отчёте был представлен «другой метод увеличения влияния квадрата отклонения, который был рассмотрен при подготовке настоящей статьи. Этот метод основан на том, что отражение света от поверхности во время движения отличается от обычных законов отражения» {4, с. 27}. С учётом этой особенности ни о какой эквивалентности систем отсчёта речи быть не может. Если законы оптики нарушаются, то наблюдатель по этим нарушениям способен определить движение своей системы отсчёта. А нарушения эти просматриваются не только в формализме классической физики, но и в самом релятивизме, и следуют непосредственно из гипотезы Фицджеральда, из которой они «позаимствовали» формулы для преобразований Лоренца, опять-таки, опустив особенности физических процессов.
Действительно, на рис. 4 из работы Макса Борна представлена схема Фицджеральда.

Рис. 4. «Путь луча света в опыте Фицджеральда» {5, с. 210, фиг. 103}

«Когда свет движется от А к В, Земля проходит короткое расстояние вперёд, так что точка В перемещается в точку в эфире. Таким образом, истинное расстояние, пройденное светом в эфире, равно АB΄…» {5, с. 210}. Но, как показано в {6}, даже в отсутствии эфира, чтобы луч с точки зрения неподвижной ИСО (относительно которой прибор движется) попал на отражающее зеркало, путь луча обязан быть наклонённым по ходу движения прибора. Иного просто не дано, если исходить из принимаемого Эйнштейном утверждения, что скорость света постоянна и не зависит от скорости движения источника.
В сопутствующей источнику ИСО, согласно релятивизму, свет должен распространяться строго вертикально, а значит, вдоль оси y’, но это принципиально невозможно из-за того, что в релятивизме вертикальное положение переходит в вертикальное, и если источник в сопутствующей ИСО расположен строго вертикально, то он обязан быть также расположен вертикально, а значит, никак не сможет излучать луч с наклоном по направлению движения. В обратном случае, при мгновенном совмещении осей двух ИСО согласно схеме луч никогда не попадёт в точку на оси у неподвижной ИСО как раз согласно представленной на рис. 4 схеме.
Как видим, здесь дело даже не в эфире, отрицаемом релятивистами, а в самом законе распространения света, который они «позаимствовали» у классической физики. Наличие же светоносной субстанции, с одной стороны, определяет свойства света, а с другой стороны, автоматически следует из проявляемых светом свойств. Поэтому некорректно считать, как считают релятивисты: «введение «светоносного эфира» окажется при этом излишним, поскольку в предлагаемой теории не вводится «абсолютно покоящееся пространство», наделённое особыми свойствами» {1, с. 8}. Повторюсь, свойства светоносной субстанции заложены непосредственно в свойства распространения света и из них следуют. При нарушении указанной связи автоматически нарушается и феноменология процесса, делая релятивистскую концепцию исходно парадоксальной, что и проявляется, начиная со схемы Фицджеральда, требующей наклона источника по ходу его движения.
Если не нарушать указанную связь и оперировать только свойствами света и, в частности, тем самым принципом независимости распространения от скорости движения источника, то получим модель, рассмотренную в статье «Истинные и мнимые лучи света» {7}. В ней показано, что в случае движущегося источника, последний в каждой своей точке может излучать только одну эквифазную поверхность волны, которая (истинный луч) и распространяется независимо от источника с постоянной скоростью, а точка, в которой он излучён, остаётся позади источника по его траектории. Совокупность же этих эквифазных поверхностей, которую мы наблюдаем, составляет мнимый луч, постоянно связанный с источником, но скорость этого мнимого луча уже не постоянна и зависит от скорости источника, как показано на рис. 5 {7}.

Рис. 5. Картина распространения эквифазных поверхностей света от движущегося когерентного источника света

Из построения видно, что особенностью мнимого луча является не только зависимость скорости распространения от скорости источника, но и наклон эквифазных поверхностей по направлению движения источника, что принципиально изменяет закон отражения {8}, закон преломления {9}, законы интерференции {10}, дифракции {11}, законы оптики линз {12}. Это именно то нарушение законов оптики, о котором писал Майкельсон в дополнении к своему отсчёту 1886 г. и что проигнорировали релятивисты, заменив это фетишем четырёхмерного инварианта. Именно разделение светового луча на истинный и мнимый приводит к тому, что неподвижный и движущийся наблюдатели будут видеть луч под одним и тем же углом, но это будет мнимый луч, и угол наклона излучателя не будет соответствовать направлению распространения самого луча, как будут нарушаться законы оптики.
Таким образом, если исходить из принципа независимости распространения света от характера движения источника, то автоматически нужно признавать различие картин эквифазных поверхностей в зависимости от того, видим ли мы движение источника или сам источник движется относительно светоносной субстанции, и здесь уже нет места эквивалентности систем отсчёта, поскольку с этим нарушаются законы оптики, законы взаимодействия полей, которые будут проявляться при значительных скоростях, и уже проявляются в резонаторах GPS на орбите Земли {13}. Именно привязанность света к своей субстанции делает картины неэквивалентными и проявляется в самих свойствах света. Существование же светоносной субстанции является первопричиной этого свойства, без которого нет и постоянства скорости. Заменить это предельной скоростью распространения света невозможно, тем более, что сами же релятивисты отреклись как от постоянства скорости света в ОТО, так и от эквивалентности ИСО, поставив себя в двузначную ситуацию.
Действительно, как известно, один из самых ожесточённых споров релятивистов с оппонентами был зациклен на парадоксе близнецов. Исходя из принципа относительности, никакой разницы между близнецами быть не должно и спора не было бы, если бы релятивисты сразу отступили в этом вопросе. Но желая доказать свою правоту, они пытались обосновать разное время старения двумя базовыми аргументами, достаточно полно изложенными Л. Мардером в его книге «Парадокс часов» {14}.
Согласно первому обоснованию, упор делался на реальности преобразований Лоренца: «можно решительно отметить, что это явление реально, поскольку одна и та же процедура измерения длины даст разные результаты согласно классической (ньютоновской) теории и теории относительности» {14, с. 64}. Однако, во-первых, как было показано выше, в классической физике не всё так однозначно, как и не связано с преобразованиями Лоренца, тем более, что в определённых случаях малых скоростей можно вполне корректно передавать меры длины и времени без всяких сокращений, что было показано в {15}. Во-вторых, если преобразования Лоренца реальны, а не связаны с некорректностью измерения, то оба близнеца по отношению друг к другу симметрично движутся, а значит, сокращения должны быть у обоих. Или не быть – и тоже у обоих.
Чтобы выйти из этого положения, Эйнштейн сам сделал системы неэквивалентными, заявив: «эта теория заявляет равноценность только всех галилеевых (неускоренных) систем координат, т.е. таких систем координат, по отношению к которым в достаточной мере изолированные материальные точки движутся прямолинейно и равномерно. Такой системой координат является, конечно, система K, но не ускоряемая время от времени система K’. Поэтому нельзя выдвинуть никаких возражений против основ теории относительности, исходя из того результата, что часы U1 после перемещения туда и обратно отстают от часов U {16, с. 618}. Достаточно обратить внимание на постановку задачи вывода преобразований Лоренца уже в первой работе Эйнштейна «К электродинамике движущихся тел», чтобы убедиться, что вышеприведенным признанием он сам отказался от своего постулата эквивалентности систем отсчёта. В этой постановке задачи изначально две ИСО сверяли интервалы и время при взаимной неподвижности после чего было предположено: «пусть теперь началу координат одной из этих систем (k) сообщается некоторая (постоянная) скорость в направлении возрастающих значений х другой, покоящейся системы (K); эта скорость передаётся также координатным осям, а также масштабам и часам» {1, с. 13}. А что значит придать скорость? Это значит, что система отсчёта k испытала ускорение, тем самым став неэквивалентной системе отсчёта K. Только при этом условии часы U1 будут после движения отставать от часов U2. Вместе с этим теряется основа для вывода преобразований Лоренца, четырёхмерного интервала, как и всех следствий из этих выводов.
Внутренне понимая противоречивость своих обоснований, сторонники релятивизма заявляли, что парадокс близнецов полностью снимается в ОТО, если учитывать этапы ускоренного движения. Но, во-первых, эти этапы кратковременны и не зависят от общего времени полёта, а «старение» зависит от полного времени. Во-вторых, делая системы отсчёта неэквивалентными, тем самым лишаются права использовать преобразования Лоренца. Наконец, по их же выводам: «общая теория относительности мало что добавляет к истолкованию парадокса часов» {14, с. 202}. Таким образом, можно считать строго доказанным тот факт, что сами релятивисты отказались от эквивалентности взаимно движущихся инерциальных систем отсчёта, войдя в противоречие своих следствий постулатам релятивизма.
Эти противоречия проявляются и подсчёте релятивистского асинхронизма времени на спутниках GPS по сравнению с часами на Земле. «Кто когда-либо сталкивался с теорией относительности, знает, что время течет медленнее при больших скоростях. Для спутников, которые движутся со скоростью 3874 м/с, часы идут медленнее, чем для земли. Это релятивистское время ведет к неточности во времени примерно в 7,2 микросекунде в день (1 микросекунд = 1•E(-6) секунд). Теория относительности также гласит, что время идет тем медленнее, чем сильнее поле гравитации. Для наблюдателя на земной поверхности часы спутника будут идти быстрее (так как спутник находится на 200 км выше и подвергается гравитационным силам меньше, чем наблюдатель). И эта вторая причина этого эффекта, который в шесть раз сильнее, чем неточность, о которой говорилось чуть ранее. В целом кажется, что часы на спутниках идут немного быстрее. Отклонение времени для наблюдателя на Земле составило бы 38 микросекунд в день и послужило бы причиной ошибки в итоге в 10 км за день. Чтобы избежать этой ошибки, нет необходимости постоянно вносить корректировки. Частота часов на спутниках была установлена на 10.229999995453 mHz вместо 10.23 mHz, но данные используют так, как если бы они имели стандартную частоту в 10.23 mHz. Эта уловка решила проблему релятивистского эффекта раз и навсегда» {17}.
Обратим внимание, что согласно релятивизму изменение скорости света в оправке ОТО существенно влияет на ход часов, а это значит, что поправка ОТО на скорость света знаковая. Но если так, то преобразования Лоренца теряют свою силу, поскольку при неравенстве скоростей света теряется и корректность данных преобразований. С этим нарушается и численное соответствие, ради которого и делалась подгонка релятивистами, а следовательно, и подтверждение релятивизма. Одновременно с этим поднимается вопрос о реальных физических процессах в резонаторах атомных часов спутников, который, как было уже сказано выше, проанализирован в работе {13}. Но там уже всё основано на классических представлениях, базирующихся на неэквивалентности систем отсчёта, как и на привязанности распространения ЭМ волн к светоносной субстанции.
Конечно, при этом возникает и другой нюанс, на который очень любят ссылаться релятивисты. Наблюдатель, находясь в некоторой точке пространства, должен ещё получить информацию об исследуемой картине, а для этого лучи света за некоторое время должны ещё и поступить в точку, в которой находится наблюдатель. С этим эффектом в физике связано очень много маскирующих и компенсирующих эффектов. В частности, во втором рассмотренном в начале работы случае, лучи, отражаясь, предположим, от некоторого зеркала, поступая к наблюдателю, уже имеют картину распределения эквифазных поверхностей, представленную в первом случае, поскольку сам наблюдатель движется относительно светоносной субстанции. Но суть физики в том, чтобы изучать не кажущееся, а реальное, и отделять эффекты, проявляющиеся в результате измерений, от исследуемых эффектов, поскольку способов измерения множество и в каждом случае будут свои особенности; если не разделять, то получится не закономерность, а набор плохо согласующихся между собой фактов. Выделяя же главное, получаем и методики, по которым можно определять искажения, вносимые измерением. В обратном случае изучение природных явлений сводится к исследованию миражей, которые в каждом случае дают разные эффекты, запутывающие закономерности, и ничего более. Собственно, к этой парадоксальности и свёлся релятивизм, и результат этот закономерен, поскольку определяется самими подходами к постановке задач релятивистами, задающими в этой постановке внешне наблюдаемое безотносительно к особенностям процесса. Потому для релятивистов физика и закончилась на релятивизме, поскольку любое продвижение науки вглубь познания вскрывает противоречия и искусственность этой концепции.

Литература:

1. Эйнштейн А. К электродинамике движущихся тел. Собрание научных трудов, т. 1, с. 7–35. Москва, Наука, 1965, 700 с.
2. Мах Э. Механика. Альберт Эйнштейн и теория гравитации, с. 49–72. Москва, Мир, 1979, 592 с.
3. Каравашкин С.Б., Каравашкина О.Н. Проблема физического времени в современной физике. Труды СЕЛФ, 6 (2006), 1, 53–83.
4. Майкельсон А., Морли Э. Об относительном движении Земли и светоносном эфире. – Эфирный ветер под ред. В.А. Ацюковского, с. 17–32. Москва, Энергоатомиздат, 1993
5. Борн М. Эйнштейновская теория относительности. Москва, Мир, 1972, 368 с.
6. Каравашкин С.Б., Каравашкина О.Н. Пять безответных вопросов релятивистам по СТО – // блог «Classical Science».
7. Каравашкин С.Б., Каравашкина О.Н. Истинные и мнимые лучи света – // блог «Classical Science».
8. Каравашкин С.Б., Каравашкина О.Н. Отражение от плоского зеркала – // блог «Classical Science».
9. Каравашкин С.Б., Каравашкина О.Н. Преломление в движущихся средах – // блог «Classical Science».
10. Каравашкин С.Б., Каравашкина О.Н. Интерференция на двух щелях – // блог «Classical Science».
11. Каравашкин С.Б., Каравашкина О.Н. Дифракция света на нити – // блог «Classical Science».
12. Каравашкин С.Б., Каравашкина О.Н. Расчёт движущейся собирающей линзы – // блог «Classical Science».
13. С.Б. Каравашкин .Поле синхронно движущихся источников, ч. 6, Эффект движущегося резонатора – // блог «Classical Science».
14. Мардер Л. Парадокс часов. – Москва, Мир, 1974, 223 с.
15. Каравашкин С.Б., Каравашкина О.Н. О трансформации времени – // блог «Classical Science».
16. Эйнштейн. А. Диалог по поводу возражений против теории относительности. – Собр. соч., т. 1, М., Наука, 1965 г., с. 616.
17. Причины ошибок в системе GPS.

Комментарии

Комментарии не найдены ...
Добавлять комментарии могут только
зарегистрированные пользователи!
 
Имя или номер: Пароль:
Регистрация » Забыли пароль?
 
© decoder.ru 2003 - 2019, создание портала - Vinchi Group & MySites
ЧИСТЫЙ ИНТЕРНЕТ - logoSlovo.RU