Относительность без предрассудков и без прикрас
(третья редакция)
Гужеля Ю.А.
"Книга природы написана на языке математики,
её буквами служат треугольники, окружности
и другие геометрические фигуры, без помощи
которых человеку невозможно понять её речь;
без них - напрасное блуждание в тёмном лабиринте"
Галилео Галилей
Аннотация
В данной статье проведено аналитическое исследование постулатов Специальной теории относительности (СТО) и классического Принципа относительности Галилея (ПОГ), который является основой СТО. Показано, что область действия ПОГ ограничена. Этот принцип не имеет достаточного опытного обоснования и неприменим, для расчёта энергетических процессов. По этой причине он не является фундаментальным физическим законом. Показано, что и постулат о постоянстве скорости света во всех инерциальных системах не имеет опытного обоснования. Напротив, имеются эксперименты, опровергающие этот постулат. Отсюда следует вывод, что СТО построена на постулатах, которые таковыми не являются.
Введение
При всём уважении к математике, методика исследований Галилея была сбалансированной. Свой научный метод он формулировал следующим образом: "чувственный опыт, рабочая гипотеза, математическая разработка и опытная проверка" [Л.8]. Как видно, опыту он отводил достойное место. Но, при этом, и пропаганду применения математических методов при исследовании природы, Галилей считал актуальной, ибо тогда математика ещё слабо применялась при анализе опытных данных.
Сейчас же никто не сомневается в полезности математики, возможности которой, к тому же, существенно возросли. Появились специальные, математические разделы физики, исследующие природу, не особенно оглядываясь на опытные подтверждения, или заменяя реальные опыты мысленными экспериментами.
Такое смещение приоритетов в методах исследования в пользу математики привело к тому, что сейчас некоторые исследователи, на полном серьёзе, пытаются найти чисто математические и логические доказательства для, так называемых, Принципов, которые претендуют на роль фундаментальных физических законов. Что, безусловно, противоречит материалистическому методу познания, который официально является общепризнанным, но на деле им, часто, пренебрегают.
Таким, экспериментально не обоснованным, принципом является "Принцип относительности Эйнштейна"
Таким математическим исследованием, которому необоснованно приписывают реализм в отображении окружающего нас Мира, и которое якобы подтверждает "Принцип относительности Эйнштейна", - являются "Преобразования Лоренца".
Идеи относительности и возможность извлечения из них практических следствий бередили умы многих выдающихся физиков. В результате, сегодня, разнообразные теории относительности занимают значительное место в багаже научных теорий, объясняющих строение окружающего нас Мира.
Увлечение идеями относительности происходит, по-видимому, из-за модного убеждения (бытовавшего ещё во времена Галилея), что Миром управляют очень простые законы [Л.8]. А что может быть проще принципа равноправия всех инерциальных систем отсчёта?
На этом пути были достигнуты определённые успехи. Например, Гюйгенс, пользуясь принципом относительности, вывел верную формулу для случая упругого столкновения шаров. Галилей объяснил: почему мы не ощущаем вращение Земли.
Но эти успехи, в известной мере, были исключением из правил.
В целом, увлечение теориями относительности не дало значительных результатов в познании окружающего нас Мира, зато породило множество абсурдных теоретических следствий, таких как: ускорение времени, сжатие пространства, возрастание массы. В действительности ничего подобного не происходит, и происходить не может. Ибо, время и пространство это не материальные величины и поэтому они не могут замедляться и сжиматься. Единицы их измерения являются условными, и если уж они приняты, то не должны меняться в процессе исследования, если, конечно, мы не хотим запутать самих себя.
Основными и наиболее известными теориями относительности являются: Принцип относительности Галилея и Специальная теория относительности Эйнштейна. Все прочие теории строятся на основе этих двух.
В последнее время всё больше говорят о "Баллистической теории Ритца" (БТР), как о теории альтернативной СТО, но это очередное заблуждение. В основу своей баллистической теории Вальтер Ритц, также как и Эйнштейн, положил Принцип относительности Галилея, не проанализировав опытное обоснование последнего, поэтому и проблемы БТР, в основном, те же, что и у Специальной теории относительности.
Специальная теория относительности - это не состоятельная теория, не воспринимаемая здравым смыслом и не имеющая надёжного опытного обоснования. Это сейчас понимает всё большее число учёных.
Принципу относительности Галилея, пока что, все доверяют. Но из результатов приведенных ниже исследований вытекает, что Принцип относительности Галилея лишь отчасти верно отображает физические процессы. Он имеет существенные недостатки, не позволяющие считать его фундаментальным физическим законом.
Развивая свой принцип относительности, Галилей преследовал цель использовать его для доказательства движения Земли вокруг Солнца, для объяснения отсутствия видимых признаков этого движения, - и с этой задачей он справился.
Галилей показал, что даже и при движении на поверхности Земли, при определённых условиях, а именно: при равномерном движении и при отсутствии видимости земной поверхности, - невозможно отличить движение от состояния покоя.
Позднее, ПОГ стали формулировать в следующем виде: "во всех инерциальных системах все механические процессы протекают одинаково; никакими экспериментами, проводимыми внутри системы, невозможно определить скорость движения системы"
Галилей обосновал свой принцип экспериментально. В своей книге "Диалог о двух главнейших системах мира - Птолемеевой и Коперниковой" (далее "Диалог") он приводит несколько простых опытов, доказывающих принцип относительности. Опыты эти хороши тем, что их может повторить каждый.
Однако круг этих опытов весьма ограничен. Они охватывают только механические процессы, описываемые первым и вторым законами механики. В то же время энергетические процессы остались в стороне.
Как ведёт себя свет в инерциальной системе отсчёта, Галилей также не проверил.
То есть, экспериментальное обоснование ПОГ, данное Галилеем, всё же не достаточное.
Но во времена Галилея закон сохранения энергии ещё не был сформулирован, а скорость света ещё не умели измерять, поэтому его неосмотрительность вполне объяснима.
Прошли века. Появились чёткие современные формулировки законов сохранения энергии и количества движения. Была измерена скорость света в воздухе, в различных средах и в вакууме. Но критический анализ экспериментальной базы ПОГ не был выполнен.
Обнаруженные волновые свойства света заставили физиков заняться поисками среды, в которой распространяется свет и которая определяет свойства света. Среду эту физики назвали эфиром и предположили, что эфир равномерно распределён в пространстве, то есть, связан с Мировой системой отсчёта. Отсюда следовало ожидать, что свет распространяется с постоянной скоростью относительно этого неподвижного Мирового эфира. А также следовало ожидать, что относительно земной поверхности скорость распространения света будет не одинакова, для разных направлений излучений света, вследствие движения Земли по орбите и вращения вокруг оси.
Но опыты Майкельсона-Морли не подтвердили этих ожиданий: свет, в близи поверхности Земли, по всем направлениям распространялся с одинаковой скоростью, сноса скорости света набегающим эфиром не наблюдалось.
Неподвижный Мировой эфир и Мировая система отсчёта не оправдали возложенных на них надежд, и научное мнение, опять повернулось к идее равноправия всех инерциальных систем отсчёта, в число которых опрометчиво включили и Землю.
В 1905 году А. Эйнштейн, в своей работе "К электродинамике движущихся тел" изложил основы новой теории относительности, так называемой: "Специальной теории относительности" (СТО), основное предназначение которой заключалось в объяснении результатов опытов Майкельсона-Морли.
"Специальная теория относительности" поначалу была встречена непониманием даже невольными соавторами Эйнштейна: Пуанкаре и Лоренцем. Правда, со временем, Эйнштейну удалось убедить Лоренца, что в преобразованиях последнего физического смысла больше, чем тот предполагал. Пуанкаре же так и не принял идей Эйнштейна до конца своих дней. Не признал СТО и Резерфорд, теория показалась ему спекулятивной. Весьма резко и неприязненно отзывался о теории Эйнштейна и другой Нобелевский лауреат: Ленард, называя ее математической стряпней.
С оппонентами Эйнштейна трудно не согласиться. Теория Эйнштейна не логична, не согласуется со здравым смыслом и, скорее, напоминает сказку. Довольно быстрое признание этой теории вызывает недоумение.
Несмотря на официальное признание СТО и её почтенный возраст, и сейчас публикуются работы, где основные положения этой теории подвергаются критике.
В качестве примера можно привести работы: А.А. Денисова "Мифы теории относительности"; В.И Секерина. "Теория относительности - мистификация века" Работы эти разноплановые, но их объединяет критика Специальной теории относительности Эйнштейна и полное и безоговорочное доверие к классической теории относительности, к Принципу относительности Галилея.
В 1912 году Гаррес и Саньяк провели эксперименты со светом на вращающейся относительно поверхности Земли платформе. Эксперименты показали, что скорость света остаётся постоянной относительно поверхности Земли, вне зависимости от состояния покоя или вращения платформы. Следствием такого поведения света явился эффект смещения фаз встречных излучений, получивший в дальнейшем наименование: Эффект Саньяка.
Другими словами, эксперименты Гарреса и Саньяка показали, что система отсчёта связанная с Земной поверхностью обладает особыми свойствами.
Логично предположить, что свет будет сохранять постоянную скорость относительно поверхности Земли и при измерении скорости света в любой системе отсчёта (в том числе и инерциальной), движущейся относительно поверхности Земли. Нетрудно видеть, что последнее предположение противоречит постулату Эйнштейна о постоянстве скорости света во всех инерциальных системах. Это предположение пока не получило опытного подтверждения, вследствие того, что такая задача не ставилась на повестку дня.
Постулаты СТО
1. Принцип относительности Галилея, расширенный на все физические процессы.
2. Постоянство скорости света во всех инерциальных системах отсчета.
3. Новое (Эйнштейновское) понятие одновременности событий.
4. Отказ от здравого смысла.
Третий и четвертый постулаты обычно не принято вводить в аксиоматику теории относительности. Но значение их таково, что они заслуживают даже более высоких мест в перечне постулатов. Без них СТО ни доказать, ни "понять" невозможно. Кроме того, постулаты эти не разделимы, так как Эйнштейновское понятие одновременности событий, которое зависит от скорости передачи информации к наблюдателю, невозможно понять, не отказавшись от здравого смысла. Физические явления (события) поставлены в зависимость от какого то наблюдателя, от которого они, на самом деле, никак не могут зависеть. свет скорость относительность
Мы же в своих рассуждениях будем придерживаться здравого смысла и поэтому не будем терять время на дальнейшее обсуждение явно бессмысленного 3-го постулата.
Второй постулат: о постоянстве скорости света во всех системах отсчета, - просто не очевиден, и поэтому не может быть постулатом. Он не имеет аналогов среди других физических явлений и требует доказательств, но их то, как раз, найти невозможно - их просто нет.
Например, можно попытаться провести аналогию процесса распространения света с процессом распространения звука, так как у них есть общее свойство: и в том и в другом процессе наблюдается эффект Доплера. Но, как известно, звук имеет постоянную скорость относительно среды, в которой он распространяется, и поэтому в различных системах отсчета, движущихся в этой среде, скорость звука будет различна.
То есть, свойства процесса распространения звука не согласуются с "постулатом" Эйнштейна для света. Ну а мы, все же, продолжим сравнение свойств звука и света.
Аналогия заставляет думать, что точно также должно быть и со светом. Осталось только найти среду, которая оказывает решающее влияние на процесс распространения света.
Эйнштейн, да и не только он, считали, что такой средой является неподвижный Мировой эфир. Но если бы это было так, то опыты Майкельсона-Морли дали бы положительные результаты: обнаружили бы снос света "набегающим" эфиром. Однако опыты дали отрицательные результаты и этому факту можно найти только одно объяснение: неподвижного Мирового эфира не существует.
Но, если, отказавшись от существования неподвижного Мирового эфира, при этом, все же, не отказываться от поисков среды влияющей на распространение света, то мы быстро найдем решение этой задачи. Действительно, если предположить, что эта среда связана с Землей, а потому и вращается и перемещается по орбите вместе с Землей, то, в этом случае, скорость света на поверхности Земли не должна зависеть от направления распространения света. И среду эту совсем нетрудно определить, это - гравитационное поле Земли.