С.Т. Аннотация: Найдено решение по определению скорости корабля Галилея по результатам механических опытов, находясь в каюте корабля.
Размышления Дмитрия Тальковского по поводу рассуждений Степана Тигунцева 'О принципе относительности Галилея'. 22.04.08г.
С.Т. В данной статье в дополнение к предыдущей статье "О причинах и природе инерции" исследуется еще одна ошибка Галилея, ставшая следствием неправильного толкования им причин инерции, а именно как способности тела двигаться прямолинейно и равномерно без всякой причины.
Д.Т. Искренне рад тому, что мы по-прежнему глубоко убеждены в не способности тела, двигаться прямолинейно и равномерно без всякой на то причины, то есть, по инерции. Тогда как релятивисты по-прежнему убеждены, что прямолинейно и равномерно движение тел с любыми скоростями, это естественное состояние тел.
Именно в развитие этого совершенно ошибочного толкования инерции, было введено понятие инерциальных систем отсчета, то есть таких систем отсчета, в которых тело по инерции - покоится, или движется равномерно, без всяких на то причин.
При этом релятивист Эйнштейн в своей книге 'Эволюция физики' рассуждает следующим образом: 'Хорошие системы координат - это такие системы, в которых законы механики справедливы и потому мы называем их инерциальными системами. Вопрос о том, существует ли вообще инерциальная система, еще не решен. Но если есть одна инерциальная система, то их имеется бесконечное множество. Каждая система, движущаяся прямолинейно и равномерно относительно первоначальной, является тоже инерциальной системой отсчета'.
Теперь мы точно уже знаем, что вопрос о том существует ли вообще инерциальная система, решен. И решен он таким образом, что можно с абсолютной достоверностью утверждать, что в природе инерциальных систем отсчета, то есть, систем отсчета в которых тела движутся прямолинейно (криволинейно), но обязательно равномерно без всякой на то причины, не существует в природе. Возникает вполне обоснованный вопрос: О каких же системах отсчета в таком случае так красиво рассуждал Галилео Галилей и, называя 'хорошими', восхищался Альберт Эйнштейн? Естественно и у Галилео Галилея, и Альберта Эйнштейна речь шла об инвариантных, то есть, тождественных системах отсчет, в которых процессы и явления протекают идентично, а потому отображаются одними и теми же законами.
Принцип относительности Галилея
С.Т. Принцип относительности Галилея, это принцип физического равноправия инерциальных систем отсчёта в классической механике, проявляющегося в том, что законы механики во всех таких системах одинаковы.
Д.Т. Учитывая установленный в настоящее время объективный факт, заключающийся в том, что инерциальных систем отсчета в природе не существует. Принцип относительности Галилея будет заключаться теперь в том единственно, что в инвариантных, то есть, тождественных системах отсчета все процессы и явления протекают идентично и потому отображаются одними и теми же законы механики.
В моих рассуждениях по поводу тезисов Вадима Жмудь по еретической физике про инвариантные системы отсчета сказано буквально следующее. Начнем со словаря, там написано, что инвариант, по определению, - это физическая или математическая величина, остающаяся неизменной при тех или иных преобразованиях. Таким образом, если речь идет об инвариантных системах отсчета, то это значит, что речь идет о тождественных, то есть, абсолютно одинаковых системах отсчета. Например, нашей Земле и еще одной, по физическим параметрам одинаковой, планете, возможно существующей во Вселенной.
Если речь идет об инвариантности искусственной и естественной систем отсчета, то это значит, что речь идет, например, о нашей Земле и космическом корабле, который движется с ускорением, равным ускорению свободного падения тел на Земле и не увлекает, как Земля, свое собственное гравитационное поле и воздух, а единственно, переносит их. Здесь же, со всей определенностью необходимо подчеркнуть, что свойства инвариантности систем отсчета не всегда, а главное не обязательно обеспечиваются равномерным и прямолинейным движением систем отсчета друг относительно друга.
Так если речь идет о космическом корабле, то напротив, равномерное и прямолинейное движением космического корабля как раз и не обеспечит инвариантности рассматриваемых нами систем отсчета. Чтобы система отсчета - космический корабль, была инвариантна системе отсчета - Земля, космический корабль должен на всем протяжении своего движения двигаться с ускорением, равным ускорению "свободного" падения тел в поле гравитационного притяжения Земли.
Что касается корабля Галилея или движущейся лаборатории, то равномерное и прямолинейное движение их относительно поверхности Земли как раз и создают наибольшую иллюзию тождественности их состояний: покоя и движения. Что бы развеять эту иллюзию, спросите у летчиков, летающих на приличных, но мизерных по сравнению со скоростью света, скоростях. И они Вам популярно объяснят, что даже равномерные, но большие скорости движения самолетов, вдавливают их в спинку сиденья с ощутимой, по сравнению с гравитационным притяжением Земли, силой, которая во всех случаях направлена к центру Земли.
Таким образом, именно движение, но совсем не обязательно равномерное, является признаком инвариантности искусственной и естественной систем отсчета. Естественно, если движение присутствует, то оно всегда может и должно быть обязательно выявлено, то есть, установлено.
С.Т. Отсюда следует, что никакими механическими опытами, проводящимися в какой-либо инерциальной системе, нельзя определить, покоится ли данная система или движется равномерно и прямолинейно.
Д.Т. Да, если системы отсчета инерциальные, то конечно, уже по определению никакими механическими опытами, проводимыми в инерциальных системах отсчета, нельзя определить покоится ли данная система отсчета или движется равномерно и прямолинейно. Это альфа и омега принципа относительности Галилея, базирующегося, в том числе и на отрицательном отношении к решению проблемы движения тел Аристотелем.
Так, в частности, Аристотель, который, естественно, исходил из опыта, утверждал, что тяжелые тела в поле притяжения Земли падают быстрее, чем легкие.
Тогда как Галилей, который исходил из отрицательного эксперимента, утверждал, что тяжелые и легкие тела в поле притяжения Земли падают с одной и той же скоростью.
Что бы разобраться в том кто прав Галилей или Аристотель, необходимо, во-первых, со всей определенностью установить, что к понятию 'легкий' и 'тяжелый', в отличие от Аристотеля, Галилей отнесся не как ученый, а обыватель. Ведь очевидно, что когда Галилей бросал с Пизанской башни "тяжелое" чугунное пушечное ядро и "легкую" свинцовую мушкетную пулю, то он не опровергал, как это общепринято Аристотеля. А ставил, как и в случае измерения скорости света, отрицательный эксперимент, базируясь на котором пришел к 'парадоксальному' выводу, что тяжелые и легкие тела падают на Землю с одной и той же скоростью.
При этом Галилей не принял во внимание, что для Аристотеля тяжелым было вовсе не большое чугунное ядро, а маленькая свинцовая мушкетная пуля. Для Аристотеля, к примеру, вода в капле ничуть не тяжелее и не легче, чем вода в реке, озере и даже океане потому, что он отличал исследуемые тела, единственно, по степени их тяжести, то есть, по их удельному весу. У Галилея же, при постановке отрицательного эксперимента, 'легкой' была маленькая свинцовая мушкетная пуля, а 'тяжелым' - большое чугунное пушечное ядро.
Другими словами Галилео Галилей смешал понятия большой и маленький, легкий и тяжелый из-за чего, рассуждая логически правильно, пришел к ошибочному, как и в случае измерения скорости света, выводу, что природа падения тяжелых и легких тел одна и та же. И потому легкие, и тяжелые тела, и в средах и в вакууме априори, не зависимо ни от степени их тяжести (плотности), ни от их формы (объема), всегда падают с одной и той же скоростью.
Что касается разности скоростей падения тел в средах, то Галилей считал, что эта разность образуется единственно из-за разного сопротивления среды движущимся телам. Если исчезнет среда, то исчезнет и разность сопротивления, и тогда все тела будут падать абсолютно одинаково. Если при этом учесть, что в действительности все происходит прямо противоположным образом, то есть, если учесть, что среда оказывает как раз большее сопротивление падению тяжелого (по Аристотелю) и большого, а не маленького и легкого тела. То у Галилея и его последователей просто нет никаких объяснений объективному факту, почему и в вакууме, и в средах тяжелые и легкие тела одинаковой формы падают с разными скоростями.
Но если, как в нашем случае, речь идет не об инерциальных, а об инвариантных системах отсчета, то конечно, в этом случае, то есть, в случае движения инвариантных системах отсчета, движение всегда может и должно быть установлено.
С.Т. Это положение было впервые установлено Г. Галилеем в 1636 году. Одинаковость законов механики для инерциальных систем Галилей иллюстрировал на примере явлений, происходящих под палубой корабля, покоящегося или движущегося равномерно и прямолинейно (относительно Земли, которую можно с достаточной степенью точности считать инерциальной системой отсчёта): "Заставьте теперь корабль двигаться с любой скоростью и тогда (если только движение будет равномерным и без качки в ту и другую сторону) во всех названных явлениях вы не обнаружите ни малейшего изменения и ни по одному из них не сможете установить, движется ли корабль или стоит неподвижно... Бросая какую-нибудь вещь товарищу, вы не должны будете бросать ее с большей силой, когда он будет находиться на носу, а вы на корме, чем когда ваше взаимное положение будет обратным; капли, как и ранее, будут падать в нижний сосуд, и ни одна не упадет ближе к корме, хотя, пока капля находится в воздухе, корабль пройдет много пядей" ("Диалог о двух главнейших системах мира птолемеевой и коперниковой").
Д.Т. Согласитесь. Нельзя не восхищаться красочностью описания свойств инвариантности, т. е., тождественности рассматриваемых Галилеем систем отсчета, которые он ошибочно называл не инвариантными, а инерциальными.
С.Т. Движение материальной точек - тел, их положение, скорость, вид траектории, зависят от того, по отношению к какой системе отсчёта (телу отсчёта) это движение рассматривается. В то же время законы классической механики (законы механики Ньютона), т. е. соотношения, которые связывают величины, описывающие движение материальных точек и взаимодействие между ними, одинаковы во всех инерциальных системах отсчёта. Относительность механического движения и одинаковость (безотносительность) законов механики в разных инерциальных системах отсчёта и составляют содержание принципа относительности Галилея.
Д.Т. О 'Проблема движения' я рассуждаю следующим образом: 'Движение материи абсолютно, тогда как всякий покой относителен и представляет собой один из моментов движения. Тело, покоящееся относительно Земли, движется вместе с ней вокруг Солнца, вместе с Солнцем - вокруг центра Галактики и так далее. Поскольку мир бесконечен, то всякое тело участвует в бесконечном множестве перемещений. В процессе перемещения тело непрерывно взаимодействует с другими телами и изменяется при этом'. Философский словарь, М.1986г.
Справедливости ради надо отметить, что в указанной выдержке из философского словаря совершенно правильно говорится не столько о проблеме движения или покоя тел в системах отсчета, сколько о движении, как форме существования материи. Если же говорить, более приземлено о физике движения тел, то вывод о том, что состояние покоя тел, материальных систем отсчета, также абсолютно, как и состояние движения, вытекает уже из рассмотрения апории Зенона, утверждающей, что летящая стрела покоится. Действительно, если бы кому-то захотелось утверждать, что покой относителен и, главное, представляет собой один из моментов движения, то ему нечего бы не осталось, как признать что, по крайней мере, в этот момент времени, в этой точке пространства, движущееся тело находится в состоянии покоя. И тогда, раз летящая стрела покоится в любой момент времени, в любой точке пространства, то тогда выходит, что она вообще не движется.
За две с половиной тысячи лет нам стало понятно, что состояние движения тел нельзя рассматривать как сумму состояний их покоя. Стало понятно, что если тело движется, то нет такого момента, в который бы оно покоилось, и если тело в течение какого-то времени покоится, то оно покоится в каждый из моментов этого времени. Другими словами, за две с половиной тысячи лет нам стало понятно, наконец, что состояние движения и покоя тел - это абсолютные состояния.
Кроме того, стало ясно еще и то, что "для человеческого ума непонятна абсолютная непрерывность движения. Человеку становятся понятны законы, какого бы то ни было движения только тогда, когда он рассматривает произвольно взятые единицы этого движения. Но вместе с тем из этого, в общем - то произвольного деления непрерывного движения на прерывные единицы его измерения, проистекает большая часть человеческих заблуждений". Л. Н.Толстой. 'Война и мир'. М.1974 г.
Сложность решения проблемы движения в таком случае заключается еще и в том, что непрерывное движение может быть рассмотрено в физике только в прерывных или конечных величинах его измерения: расстоянии, времени и их производных - скорости и ускорении. Но деление непрерывного движения на прерывные единицы его измерения - не единственный источник заблуждений. Само определение движения тел, как изменение с течением времени их положения по отношению к другим, по существу произвольно выбранным телам - системам отсчета, является как бы основой таких заблуждений. Когда за движение конкретного тела, например, стрелы. В конкретной системе отсчета, например, Земле. Может приниматься простое перемещение других тел - систем отсчета, к которым полет стрелы никакого отношения не имеет. В силу чего делается вывод: "Всякое движение, а также покой тела, как частный случай движения, - относительны". Г. С. Ландсберг, Физика, М.1967 г. с2б.
То есть, в таком случае получается, что состояние движения или покоя тел, систем отсчета - относительны, другими словами зависят и от выбора систем отсчета, из которых, состояние покоя или движения тел просто может наблюдаться, и который, как мы знаем, произволен. И от наблюдателей, которых, как известно, может просто и не быть. Таким образом, чтобы решить проблему движения в физике мы должны научиться определять реальные, то есть физические системы отсчета, в которых тела не относительно, но абсолютно или покоятся, или движутся. Можно возразить, что в любом случае различие относительного и абсолютного покоя и движения, которое мы стремимся привнести в физику, останется неопределенным. На что словами В. И. Ленина можно ответить, что такое различие между относительным и абсолютным движением (покоем) будет как раз настольно 'неопределенно', чтобы помешать превращению физики в догму в худом смысле этого слова, в нечто мертвое, застывшее, закостенелое. Но оно как раз будет настолько 'определенно', чтобы самым решительным и бесповоротным образом отмежеваться от релятивизма с тем, чтобы иметь возможность на фундаменте диалектического материализма построить физику как живую и творческую науку.
С.Т. Движение материальной точки относительно. Другими словами, её положение, скорость, вид траектории зависят от того, по отношению к какой системе отсчёта (телу отсчёта), это движение рассматривается.
Д.Т., Таким образом, можно утверждать теперь, что движение материальной точки, тела во всех случаях - абсолютное, а его положение, скорость, вид траектории всегда должны определяться исключительно по отношению к той системе отсчета, в которой это тело находится, и движение которого там рассматривается. В то же время законы классической механики, описывающие движение материальных точек и взаимодействие между ними, должны быть одинаковыми во всех инвариантных системах отсчёта. Абсолютность механического движения и одинаковость (безотносительность) законов механики в разных инвариантных системах отсчёта составляют теперь обновленное содержание принципа относительности Галилея или принципа абсолютности движения.
С.Т. Математически принцип относительности Галилея выражает инвариантность (неизменность) уравнений механики относительно преобразований координат (и времени) движущейся точки при переходе от одной инерциальной системы к другой системе отсчета, осуществляемый преобразованиями Галилея.
Д.Т. Все правильно. Только теперь вместо инерциальной системы, надо написать инвариантной, а так же учесть, что скорость света - величина конечная. Тогда преобразования Галилея будут иметь следующий вид:
Х = Х'- L + v't' - vt.
Где: Х - координата Земли;
X'- координата Юпитера;
L - расстояние между Землей и Юпитером;
v - скорость Земли относительно Юпитера;
v' - скорость Юпитера относительно Земли;
t - время события, определяемое наблюдателем на Земле;
t' - время, определяемое наблюдателем на Юпитере.
С.Т. При скоростях, близких к скорости света, движение тел подчиняется законам релятивистской механики Эйнштейна, которые инвариантны по отношению к другим преобразованиям координат и времени - преобразованиям Лоренца. При малых скоростях преобразованиям Лоренца переходят в преобразования Галилея.
Д.Т., Что касается скоростей, близких к скорости света и преобразований Лоренца, которые при малых скоростях, как Вы утверждаете, переходят в преобразования Галилея, то эти вопросы я подробно обсуждал, в обращении к господину Ветохину С.С. Ниже приводится цитата из этого обращения.
2. "Тальковский основное внимание уделяет определению пространственно-временных преобразований взамен преобразованиям Галилея и Лоренца'. Это утверждение - чистая правда, а происходит все это потому, что я ясно вижу ущербность релятивистской интерпретации, принципа относительности движения Галилея. Судите сами, возьмите систему координат с центром в Солнце. Тогда, в этой системе координат, движение Земли и Юпитера, равно как и всех других планет, будет носить абсолютный характер, что не исключает возможности рассмотрения относительного движения Земли и Юпитера друг относительно друга.
Но на чем настаивают релятивисты? Они предлагают не обращать внимания на абсолютное движение Земли и Юпитера, а исходить, единственно, из рассмотрения их относительных движений, исходить из принципа относительности движения.
Более того, они утверждают, что раз системы координат - инерциальные, то они равноправны для описания всех наблюдаемых явлений и процессов. Все это хорошо, в том смысле, что просто, но позвольте, а как Вы будете судить о движении, например, Земли, Юпитера, если Вам не известны их абсолютные скорости? Только по их относительным значениям? И только? Это же абсурд! Кроме того, значения скоростей, даже относительных, надо уметь определять. А как измерить, например, относительную скорость двух автомобилей, если не известны их скорости относительно дороги в том смысле, что и самой-то дороги нет? Далее, как Вы будете управлять этой парой автомобилей, двумя сразу? А если один из них входит в другую пару, тогда как? Вот потому я и говорю, что релятивистский принцип относительности движения - это абсурд.
Тем не менее, возьмите учебник физики и найдите там преобразования Галилея, в любой их интерпретации, и Лоренца. И посмотрите, о каких скоростях там идет речь? Естественно, в том числе и об абсолютных скоростях. Так почему же Вы удивляетесь, что я предлагаю Вашему вниманию новые преобразования, в которых используются, наряду с относительными скоростями, также и абсолютные значения скоростей движения?
И еще, Вы предлагаете назвать предлагаемые мной преобразования 'корректным применением преобразований Галилея или Лоренца'. Преобразований Галилея, пожалуйста! Но почему Вы в этом случае так решительно противитесь их публикации? А вот корректным применением преобразований Лоренца, - нет! Здесь Вы, извините, из преобразований Лоренца никогда не получатся преобразования Рёмера. Вот Вам еще один вопрос для размышления по поводу Вашего утверждения, что частным случаем преобразований Рёмера могут быть преобразования Лоренца. Разные это преобразования. А частный случай, о котором Вы так мечтаете, проистекает как раз в тот момент, когда преобразованиями и пользоваться то не интересно, то есть, в момент, когда относительные скорости движения систем отсчета равны нулю. Любые другие рассуждения по этому вопросу, простите, - это праздное словоблудие. Более того, говорить о преобразованиях Галилея, после того, как мы знаем, что скорость света величина конечная, считаю просто неприлично.
С.Т., Однако, при формировании принципа относительности Галилей допустил ту же самую ошибку, что и при определении понятия инерция - т.е. не учел кривизну поверхности Земли, которая проявляется даже на самых малых расстояниях. Ниже предлагается простая возможность определения не только состояния корабля (покоится или движется), но и скорости его равномерного движения на основании простых механических опытов внутри его каюты. Все необходимые формулы и расчеты уже были представлены в предыдущей статье 'О причинах и природе инерции'. Остается технический вопрос - как измерить изменение угла, при движении корабля. Одно из технических решений следующее: с помощью гироскопа. Для этого отмечаем положение оси гироскопа в момент времени t1 и наблюдаем, изменение положения оси в момент времени t2 (в прошлой статье я не стал излагать данное техническое решение из-за проводимого патентования).
Таким образом, утверждение Галилея о невозможности, находясь в каюте корабля, определить - движется ли корабль с постоянной скоростью или стоит, не соответствует действительности, а значит, не соответствует действительности утверждение о механической эквивалентности всех инерциальных систем отсчета.
Д.Т. Да, если системы отсчета инерциальные, то конечно, уже по определению никакими механическими опытами, проводимыми в инерциальных системах отсчета, нельзя установить покоится ли данная система отсчета или движется равномерно и прямолинейно. Это альфа и омега принципа относительности Галилея. Но если, как в нашем случае, речь идет уже не об инерциальных, а инвариантных системах, то конечно, в этом случае, то есть, в случае движения инвариантных системах отсчета, это движение всегда может и должно быть установлено. В том числе и техническим решением с помощью гироскопа, о котором Вы говорите.
Что же касается вопроса о механической эквивалентности всех инерциальных, у нас это инвариантные системы отсчета, то здесь необходимо признать, что инвариантными системы отсчета становятся как раз в силу их движения друг относительно друга и именно потому они являются инвариантными, то есть, тождественными системами отсчета по определению. Другими словами можно сказать, что абсолютность движения и одинаковость (безотносительность) всех законов физики в разных инвариантных системах отсчёта составляют обновленное содержание принципа относительности Галилея, который переопределяется теперь как принцип абсолютности движения.
С.Т., Однако, если принять предложенное мною в статье "О причинах и природе инерции" толкование инерции, как свойство гравитирующего (т.е. создающего силу тяготения) объекта сохранять для всякого тела состояние покоя или равномерного и криволинейного (по окружности с радиусом, равным радиусу Земли) движения, то все встает на свои места. Для этого вводится (а точнее восстанавливается) понятие абсолютной системы отсчета, т.е. центр Земли - это начало системы отсчета для всех физических явлений в масштабе планеты, центр Солнца - начало системы отсчета для всех физических явлений в масштабе Солнечной системы, и т.д.
Д.Т. Ваше утверждение о необходимости введения, а точнее восстановления понятия абсолютной системы отсчета. (Центр Земли - это начало системы отсчета для всех физических явлений в масштабе планеты; центр Солнца - начало системы отсчета для всех физических явлений в масштабе Солнечной системы, и т.д.), считаю весьма и весьма своевременным, разумным и отвечающим насущным потребностям физики, в частности, и мировоззрению в целом. Другими словами в этом вопросе, впрочем, как и во многих, и многих других, мы являемся абсолютными единомышленниками. Это одновременно и радует, и обнадеживает.
С.Т. Также следует, что не соответствует действительности и СТО, которая отличается от принципа относительности Галилея всего лишь дополнением о существовании предельной скорости взаимодействий, а указанное дополнение, по сути, не меняет ошибочного утверждения об эквивалентности всех инерциальных систем отсчета в СТО.
Д.Т., Что касается моего отношения к затронутым Вами вопросам, то в 'Отклике', насколько можно судить, я рассуждаю идентично: 'Может ли удовлетворительно решить проблему движения материальных тел, систем отсчета 'релятивистская физика', которую придумали люди, теперь они все называют себя релятивистами, которым, чтобы занять место третейского судьи между клерикалами и наукой, пришлось канонизировать (абсолютизировать) самое слабое, самое больное звено классической физики - принцип относительности Галилея. И таким образом практически уравнять в правах и ошибочную точку зрения клерикальных кругов и церкви о неподвижности Земли, и научную точку зрения об абсолютном вращении и движении Земли, как рядовой планеты Солнечной системы'.
С.Т. Доказательством ошибочности СТО может служить, на мой взгляд, факт искривления луча вблизи Солнца. Предположим, что космический аппарат пролетает со скоростью близкой к скорости света вблизи Солнца. Гравитационным воздействием Солнца траектория космического аппарата будет искривлена и это искривление может быть обнаружено как изменение положения оси гироскопа, находящегося внутри аппарата. На основании измеренного угла оси гироскопа за какой-то промежуток времени можно определить скорость этого аппарата. Приведенный мысленный эксперимент ничем не отличается, по сути, от опытов в каюте корабля Галилея.
Д.Т. Полностью разделяю Ваши рассуждения. Хочу только добавить, что эти Ваши справедливые рассуждения являются убедительным доказательством противоречивости Специальной и Общей теорий относительности, которые разработаны, тем не менее, одним и тем же человеком, Альбертом Эйнштейном.
С.Т., Таким образом, можно считать, что экспериментальным путем выявлена несостоятельность принципа относительности, как Галилея, так и Эйнштейна. Если рассуждать далее, то в полной мере проявляется вся абсурдность принципа относительности, которая заключается в том, что ВАЖНО только относительное движение между инерциальными системами отсчета, а это приводит к исследованию не самих первопричин движения, а разности этих первопричин. Получается, на мой взгляд, что, используя принцип относительности, мы работаем не с физическими законами, а с их погрешностью.
Д.Т. Совершенно справедливые суждения, с которыми просто нельзя не согласиться.