...Идея о действии в даль, господствовавшая в прошлом столетии, получила новую пищу, ещё более окрепла, когда, в конце столетия, из опытов Кулона оказалось, что и магнитные и электрические взаимодействия могут быть сведены к взаимодействиям особых гипотетических веществ (два электричества и два магнетизма), происходящим непосредственно в даль и по законам, вполне аналогичным закону Ньютона. ...В первой половине текущего столетия (XIX века - прим. наше) actio in distans полновластно господствовала в науке.
...В настоящее время успело сделаться общим достоянием убеждение, что actio in distans не должна быть допускаема ни в одну область физических явлений. Но как её изгнать из учения о всемирном тяготении?
Вы видите, что благодаря ошибке Максвелла «мгновенное действие на расстоянии» оказалось изгнанным из электродинамики. Осталось его изгнать из механики Ньютона и теории тяготения.
Классическая механика стала рассматриваться, как анахронизм только из-за того, что она опиралась на дальнодействие. И это, несмотря на то, что она была подтверждена двухвековым опытом практического применения. Пуанкаре гордо писал примерно следующее: «То, что осталось от классической физики после создания теории относительности, представляло собой ещё здание, по сравнению с тем, что осталось от неё после создания квантовых теорий!» [7]. Это отношение к классической механике сохраняется и сегодня.
8. Взаимодействие и мгновенное дальнодействие
Представьте себе, что у вас оторвали от рубашки клок материи. Вы должны как-то заштопать дыру. Это можно сделать, вставив и пришив оторванный клок. Но можно коряво стянуть края дыры «на живую нитку». Точно так же и в физике. Ошибка Максвелла «вырвала» мгновенное действие на расстоянии из объяснения ряда физических явлений. Это негативно отразилось на изменении содержания понятий в физических теориях и на обилии постулатов в теориях.
Постулат играет «странную» роль, роль догмата. Он подобен дорожному указателю (типа «кирпич»). Вы должны подчиняться этому знаку и не имеете права «заглядывать» за него и искать ответ на вопросы: почему «нельзя» и что за ним дальше? Если вы нарушаете, вас ожидают «санкции». Таких запретов много, например, «в природе нет абсолютно жёстких тел» или «нельзя двигаться со сверхсветовой скоростью» и т.д.
«Утрата» мгновенного действия на расстоянии привела к некорректным объяснениям и искажению содержания некоторых терминов. Мы рассмотрим в качестве примера определение фундаментального понятия «взаимодействие» в физике. Процитируем БСЭ:
Взаимодействие в физике - воздействие тел или частиц друг на друга, приводящее к изменению состояния их движения. В механике Ньютона взаимное действие тел друг на друга количественно характеризуется силой. Более общей характеристикой В. является потенциальная энергия. Первоначально в физике утвердилось представление о том, что В. между телами может осуществляться непосредственно через пустое пространство, к-рое не принимает никакого участия в передаче В.; при этом В. перемещается мгновенно... В этом состояла т.н. концепция дальнодействия.
Заметим, что взаимодействие характеризуется не «потенциальной энергией». Оно имеет две стороны, две грани: силовое взаимное влияние и энергетическое (энергия взаимодействия, которая зависит от относительного расстояния и относительной скорости [5]). Продолжим:
...Было доказано, что В. электрически заряженных тел осуществляется не мгновенно и перемещение одной заряженной частицы приводит к изменению сил, действующих на др. частицы, не в тот же момент, а лишь спустя конечное время. ... Соответственно имеется «посредник», осуществляющий В. между заряженными частицами. Этот посредник был назван электромагнитным полем. ...Возникла новая концепция - концепция близкодействия, к-рая затем была распространена на любые другие В.
В БСЭ пишется: «было доказано». На самом деле никаких эмпирических данных нет, а теоретические предпосылки опираются на уравнения Максвелла, в которых мы усмотрели ошибку. Посмотрите, что писал Лаплас по этому поводу. В теории гравитации Ньютона скорость гравитации не входит ни в одну формулу, считаясь бесконечно большой. В своём знаменитом «Изложении системы мира» в 1797 г. Лаплас писал: «Скорость распространения гравитации, которую я высчитал, анализируя движение Луны, её так называемые вековые ускорения, не менее чем в 50 миллионов раз превышает скорость света!»
Превышает в 50·106 c (!), если таковая скорость, вообще говоря, имеется. Никаких точных данных, опровергающих мгновенное действие на расстоянии, не существует. Более того, именно оно позволяет решить проблему электромагнитной массы («электромагнитная масса имеет все свойства обычной инерциальной массы») и проблему взаимодействия зарядов. Нет причин отказывать мгновенному действию на расстоянии в праве на существование.
Продолжим анализ далее. Рассмотрим «мордобойный» (извините за выражение) пример: «Пусть Вася и Петя поссорились. Вася размахнулся и стукнул Петю кулаком в нос!» Рассмотрим это «взаимодействие» с точки зрения определения БСЭ.
Итак, «скорость распространения взаимодействия» (скорость кулака, по-видимому?) не может превышать скорости света. Это очевидно. Разъяснения требует следующий вопрос: «Взаимодействие это Васин кулак»? Видимо, так это следует понимать. Конечно, можно предположить, что кулак распространяется (движется) и переносит кинетическую (потенциальную?) энергию в сторону Пети со «скоростью распространения взаимодействий».
А теперь допустим, что Вася «промазал». Куда делось взаимодействие (Васин кулак сохранился!)? Вернулось к Васе?
Отождествление взаимодействия с материальным объектом, энергией или информацией есть философское невежество, есть непонимание сути определяемого понятия. Вы видите, сколько нелепостей может следовать из некорректного определения, данного академическими мужами! А виноваты те, кто отбросил мгновенное действие на расстоянии, как «нефизическое». Вот и «штопают дыры» в теории.
Теперь наша очередь определить понятие «физическое взаимодействие». Для любого взаимодействия (взаимного действия объектов) необходимы:
два объекта, имеющих общее свойство для возникновения взаимодействия;
контакт между ними непосредственный или опосредованный;
взаимное воздействие (одновременное влияние) объектов друг на друга.
Полезно рассмотреть физическую модель взаимодействия на расстоянии. Представьте себе, что с горки спускается платформа, и после разгона упруго ударяет другую, стоящую на её пути. Такое соударение относится к «точечному» контактному типу. Такой же тип взаимодействия имеет место между шарами в рассмотренном выше примере.
Теперь поместим между тележками упругую пружину. Если пружина обладает массой, то при ударе движущейся тележки по пружине вдоль пружины будет распространяться волна сжатия. Скорость этой волны будет зависеть от жёсткости и массы пружины.
Рис. 1. Столкновение тележек
Допустим теперь, что масса пружины равна нулю. В пределе скорость распространения волны от движущейся тележки к неподвижной и обратно будет бесконечной (мгновенное действие на расстоянии). Соударение тележек уже не будет «точечным», поскольку тележки разделены пружиной. Однако взаимодействие сохранит свой контактный характер. Такое взаимодействие мы назвали контактным взаимодействием точечного типа.
Теперь можно рассмотреть случай взаимодействия электрических или гравитационных зарядов. Здесь возможны два варианта объяснения. Электромагнитная масса покоящегося заряда определяется формулой:
Согласно такому подходу инерциальная масса заряда сосредоточена в самом заряде. Как следствие, электрическое поле, окружающее заряд, не имеет инерциальных свойств. Оно подобно безынерциальной пружине, рассмотренной ранее. Аналог этого поля - силовые линии, которые обладают упругими свойствами. Они определяют контактный характер взаимодействия. Таким образом, мгновенное действие на расстоянии не противоречит принципу причинности и имеет своим аналогом взаимодействие контактного типа.
Итак, физическое взаимодействие это не тело или информация и т.д. Взаимодействие есть процесс контактного типа. Он обычно сопровождается обменом энергией и импульсом между двумя объектами взаимодействия и изменением их состояний.
Контактный характер взаимодействия отвергает посредников. Любую сложную причинно-следственную цепь можно разложить на последовательность взаимодействий контактного типа. Мгновенное действие на расстоянии (соответственно, законы Кулона, Ампера, всемирного тяготения и др.) не противоречит принципу причинности [9].
Ещё раз следует повторить. Взаимодействие есть процесс контактного типа. Понятие «скорость распространения взаимодействий» - пустое, бессодержательное понятие. Возвращение в физику мгновенного действия на расстоянии влечёт за собой необходимость ревизии некоторых физических теорий и необходимость новых, корректных объяснений физических явлений.
9. Шаг вперёд в решении проблем
Рассмотрим, какие проблемы уже удалось решить, опираясь на мгновенное дальнодействие. Рассмотрим коротко некоторые результаты.
Наиболее важным шагом является строгое решение проблемы электромагнитной массы [3], [4], [5], [6]. В этих работах были сформулированы законы сохранения энергии.
Закон сохранения энергии Умова. Было доказано, что при движении поля заряда возникает поток энергии, имеющий конвективный характер. Этот поток переносит энергию поля заряда со скоростью движения заряда.
Закон сохранения Ленца (баланс кинетической энергии). Этот закон устанавливает, что при ускорении (замедлении) заряда внешними силами возникает противодействующее электрическое поле, которое, воздействуя на заряд, стремится сохранить неизменной скорость его движения. Работа, совершаемая этим полем изменяет кинетическую энергию частицы (энергию магнитного поля).
Законы сохранения показывают, что электромагнитная масса заряженной частицы обладает всеми стандартными свойствами обычной инерциальной массы. Следует отметить независимость этих законов от закона сохранения Пойнтинга.
Вторым важным результатом можно считать установление классического характера полевого взаимодействия зарядов между собой. Важно отметить следующее.
Взаимодействие зарядов не зависит от выбора системы отсчёта наблюдателем и от числа наблюдателей.
Взаимодействие зарядов инвариантно по отношению к преобразованию Галилея.
Законы сохранения энергии, импульса, момента импульса системы взаимодействующих зарядов, величины работы, совершаемой зарядами, также инвариантны относительно преобразования Галилея. Они носят сущностный характер. Взаимодействие зарядов превосходно вписывается в рамки классической аналитической механики.
Третьим важным результатом явилось разделение уравнений для независимого описания полей зарядов и полей электромагнитных волн. Это имеет важные следствия.
Преобразование Лоренца справедливо только для электромагнитных волн. Поэтому нужна новая интерпретация преобразования Лоренца, которая предложена в [4], [5], [6]. «Парадоксы» СТО (логические противоречия) исчезают в рамках нового объяснения явлений.
Противоречий между преобразованием Лоренца и преобразованием Галилея не существует, т.к. преобразование Лоренца инвариантно по отношению к преобразованию Галилея [4], [5], [6]. Оно зависит от скорости относительного движения инерциальных систем, которая, как известно, инвариант преобразования Галилея.
Четвёртым результатом является установление ошибочности «калибровочной инвариантности». Мгновенное действие на расстоянии не устранимо ни из электродинамики, ни из теории тяготения. Мы не будем показывать ошибочность доказательств калибровочной инвариантности. Формально доказательство выглядит правильным. Однако оно имеет следующие допущения, которые незаконны.
Доказательство (явно или скрыто) опирается на единственность решения задачи Коши для уравнений Максвелла. Следовательно, при заменах полей электромагнитными потенциалами мы должны формулировать и преобразовывать соответствующие начальные условия для потенциалов и полей. Этого не делается.
Как было показано, мгновенное действие на расстоянии в электродинамике устранить невозможно. Поэтому любой потенциал необходимо представлять в виде суммы функционально различных частей (мгновенно действующий потенциал + запаздывающий (опережающий) потенциал и т.д.). В «доказательствах» функциональное разделение потенциалов отсутствует.
Заметим, что в учебнике Ландау и Лифшица «Tеория поля» вы не найдёте упоминания о кулоновской калибровке, хотя она неявно широко ими пользуется. Видимо авторы понимали или чувствовали сомнительность процедуры «калибровочной инвариантности» и старались избегать упоминания о ней. Но у них есть правильное и важное замечание о градиентной инвариантности.