Аннотация: Статья моего отца, Жмудь Аркадия Моисеевича
А.М. Жмудь.
СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ: ДИСКУССИЯ НЕИЗБЕЖНА
'...Важно иметь две точки зрения на один и тот же
предмет и допускать, что возможны две различные
точки зрения'.
Д.К.Максвелл [1]
В последние годы официальная наука считает недопустимым любое обсуждение специальной теории относительности (СТО) А. Эйнштейна, отождествляя желание таких дискуссий признаком либо невежества, либо и вовсе нездоровой психики оппонента. Все же дискуссия неизбежна, ибо истинная наука не терпит догматизма.
Изменение физических и философских понятий о пространстве и времени, обусловленное специальной теорией относительности подготавливалось, как известно, всем ходом исторического развития не только физики и математики, но и философии: от выдвинутой М.Фарадеем концепции поля, как посредника при передаче силового воздействия, феноменологической теории электромагнитного поля Д. К. Максвелла и эфирной теории электронов Г. Лоренца до математических и философских работ Маха и Пуанкаре.
А.Эйнштейн не просто логически замкнул круг идей своих знаменитых предшественников, но и внёс в них новый подход к проблеме полевого взаимодействия движущихся тел, а именно: отрицая абсолютную одновремённость удалённых событий, Эйнштейн тем самым отрицает абсолютную адекватность восприятия силового воздействия, передаваемого от одного движущегося тела к другому посредством поля. Это отрицание обусловлено важнейшими особенностями полевого взаимодействия, такими как:
1) твёрдо установленный факт конечной величины скорости распространения силового воздействия полем от одного взаимодействующего тела к другому: для электромагнитного поля эта скорость равна скорости света в вакууме;
2) локальный характер полевого взаимодействия, в результате чего, как справедливо утверждал Эйнштейн: 'Поле здесь и теперь зависит от поля в непосредственном соседстве в момент только что протекший' [2, т.4, с.448];
3) протяжённость силового воздействия, в результате того, что оно передаётся полем на всём пути их взаимного перемещения и в течение длительного промежутка времени.
А.Эйнштейн, исходя из сопутствующих его времени эмпирических, математических, философских, а возможно даже и психологических факторов, создал теорию, в которой, однако, пространство и время становятся относительными и собственными в каждой из взаимодействующих систем отсчёта, а скорости - абсолютными.
Оставляя в стороне философскую сущность такого подхода, следует обратить внимание на тот факт, что принятая А.Эйнштейном теоретическая схема при всей своей элегантности не является единственно возможной и допускает появление иной формулировки теории при учёте всех особенностей полевого взаимодействия, на которые впервые обратил внимание А.Эйнштейн. Попробуем обосновать это утверждение.
Исходными понятиями ньютоновской механики являются: скорость, ускорение сила и масса. В ней принято по действующим на тело силам определять закон его движения. Рассмотрение полевого взаимодействия так же возможно и целесообразно проводить, анализируя передачу полем силового воздействия. Но в этом случае необходимо, прежде всего, изменить отправной пункт Эйнштейна: 'не следует придавать абсолютного значения понятию одновременности. Два события, одновременные при наблюдении из одной координатной системы, уже не воспринимаются как одновременные при рассмотрении из системы, движущейся относительно данной системы' [2, т.1, с.7].
При иной формулировке теории отправной пункт будет звучать таким образом: не следует придавать абсолютного значения относительной скорости взаимного движения материальных тел, воспринимаемой посредством передачи силового воздействия физическим полем в процессе взаимодействия.
Истинную относительную скорость равномерного прямолинейного движения одного точечного взаимодействующего тела по отношению к другому обозначим v. Воспринимаемой средней скоростью назовём ту скорость, которая воспринимается взаимодействующими телами посредством поля, и обозначим её u.
Определим, чему равна эта скорость. В СТО в каждой из взаимодействующих движущихся систем собственный масштаб длины и времени в соответствии с чем пройденный путь в каждой системе равен
l1 = l0 /( 1 - v2/c2)1/2,
а время
t1 = t0 ( 1 - v2 /c2) 1/2,
здесь с - скорость света в вакууме, нулевые индексы соответствуют истинным значениям длины и времени.
В соответствии с этими соотношениями в СТО особенность полевого взаимодействия выражается переходом к четырёхмерному пространству, в котором появляется 'столько же 'времён' и 'пространств', сколько галилеевских систем отсчёта', но относительная скорость при переходе от одной системы координат к другой остаётся неизменной и равной v.
Было бы неправильно утверждать, что с этим положением СТО соглашались все даже среди убеждённых сторонников этой теории. Так, например, Л. И. Мандельштам обращал внимание в своих лекциях: 'Здесь есть тонкость, о которой я скажу два слова. Мы требуем, чтобы равномерное и прямолинейное движение в одной системе воспринималось как равномерное и прямолинейное в другой. Движение какого-нибудь тела в одной системе, во всяком случае, будет выглядеть иначе, чем в другой, т.е. скорость этого тела в одной системе будет иная, чем в другой' [3, с. 199]. Однако и на такие справедливые замечания никто не обращал внимания.
Величину воспринимаемой средней скорости можно вывести аналогично тому, как это делается обычно при выводе соотношений СТО [4], но в простейшем случае можно получить это выражение и непосредственно из соотношений СТО*. Для этого проведём мысленный эксперимент. Пусть между двумя точечными материальными телами происходит полевое взаимодействие на прямолинейном участке пути длиной l0, в средине которого находится второе тело, принятое за неподвижное. Двигаясь равномерно со скоростью v, первое тело пройдёт этот путь за время t0. Очевидно, световые сигналы от движущегося тела из начального и конечного участка пути придут к неподвижному телу за различные промежутки времени, а именно: от начального за время t1, а от конечного - за время t2. За время t1 движущееся тело пройдёт путь vt1, а сигнал - путь сt1.
Естественно, что
vt1 + ct1 =l0/2.
Аналогично
сt2 - vt2 = l0/2.
Отсюда полное время прохождения всего пути будет воспринято неподвижным телом как
Δt = t2 -t1 = l /2c[ v/c (1 - v2 /c2)] .
Разделив воспринимаемую в таком взаимодействии длину пути на воспринимаемое время, получим воспринимаемую скорость:
u = v (1 - v2 /c2).
Полученное выражение показывает, что воспринимаемая скорость будет тем больше отличаться от истинной относительной скорости, чем ближе эта скорость по своей величине к скорости света и при v = c получим u = 0, т. е. такое взаимодействие не воспринимается. При скоростях малых по сравнению со скоростью света релятивистский эффект отсутствует.
Следует обратить внимание на то, что это отличие воспринимаемой скорости от истинной относительной скорости не является фиктивным, а обусловлено отмеченными ранее особенностями полевого взаимодействия. Предложенный переход от собственных масштабов пространства и времени к воспринимаемой скорости возвращает рассмотрение процесса полевого взаимодействия в трёхмерное пространство с традиционным понятием времени, относительно только восприятие времени в этом процессе.
В классической механике под 'количеством движения' (импульсом) подразумевается мера механического движения, равная для материального тела произведению её массы на скорость:
P = m0v.
Теперь воспринимаемый в полевом взаимодействии импульс будет равен
pвосп = m0u = m0v/(1 - v 2 /c 2) 1/2.
Формально такое же значение релятивистского импульса принято в СТО, хотя там оно по признанию самого Эйнштейна не выводится [2, т.2, с.417]. Но в нашем случае такое значение импульс принимает не потому, что возрастает масса тела, как это трактует СТО, а является следствием воспринимаемой в полевом взаимодействии скорости.
Но переход к воспринимаемой скорости помимо того, что возвращает нас в трёхмерное пространство, снимает ограничение предельной скорости движения скоростью света в вакууме, налагаемого СТО. Известно, что предположение о возможности создания такой механики, в которой 'скорость света являлась бы непреодолимым пределом', высказал Пуанкаре [5. с.25]. Первоначально Эйнштейн не вводил требование предельной скорости в свои постулаты. Его второй постулат требует лишь инвариантной, а не предельной скорости. Но исходя из того, что при равенстве скоростей подкоренное выражение обращается в нуль, он сделал вывод, что 'для скоростей, превышающих скорость света, наши рассуждения теряют смысл' [ПСС, т.1, с.18]. И всё это лишь на том основании, что 'Число, выражающее скорость света, явно входит в преобразования Лоренца и играет роль предельной скорости в классической механике' [2, т.4, с.479]. Из этого же исходил Г. Минковский, который ввёл уже в качестве аксиомы утверждение о том, что 'скорость вещества всегда меньше скорости света в пустом пространстве' [6, с.24].
При переходе к анализу полевого взаимодействия посредством воспринимаемой скорости нет необходимости налагать какие либо искусственные ограничения на скорости движения материальных тел. Истинная относительная скорость может принимать любые значения, в том числе и превышающие скорость распространения взаимодействия в данном физическом поле. И это не будет ни потерей смысла, ни нарушением причинности. Это лишь означает, что взаимодействие приняло другой характер или происходит на другой физической основе. Если же взаимодействие происходит на электромагнитной основе то при истинной относительной скорости, превышающей скорость света в пустоте, воспринимаемая в этом случае скорость становится мнимой величиной. Очевидно, что материальная частица при этом будет восприниматься в таком взаимодействии с обратным знаком своего движения, то есть как античастица. Для получения такого эффекта этой частице необходимо сообщить огромную энергию, что в действительности и наблюдается при образовании античастиц [7, с.550].
При равенстве скоростей (v = c) обнаруживается новое качество полевого взаимодействия: истинная относительная скорость огромна, а воспринимается она другим взаимодействующим телом таким образом, что создаются предпосылки для образования устойчивой системы из этих материальных тел на данной физической основе. При сохранении таких взаимных траекторий, при которых эти условия будут выполняться, их взаимное силовое воздействие будет восприниматься отсутствующим, но при разрушении такой системы** выделится энергия, обусловленная не воспринимаемой, а истинной относительной скоростью движения этих тел, откуда естественным образом можно получить значение выделяющейся при разрушении такой системы энергии: Е=mс2. Это соотношение явилось, как известно, гениальной догадкой А.Эйнштейна. Впервые он выдвинул эту гипотезу в 1905г. Впоследствии возвращался к этому вопросу в 1906, 1935 и даже в1946 году в статье под характерным названием: 'Е = mс2: настоятельная проблема нашего времени', однако ни в одной из этих работ так и не было релятивистского вывода этого соотношения.
Что же следует из приведенного рассмотрения и каков предмет дискуссии?
Основополагающим достижением А.Эйнштейна в электродинамике движущихся материальных тел является установленный им принцип необъективной передачи силового воздействия полем, обусловленный особенностями полевого взаимодействия. Этот принцип приводит к тому, что необходимо принимать во внимание релятивистские эффекты при относительных скоростях взаимодействующих тел соизмеримых со скоростью распространения взаимодействия в данном физическом поле. Для электромагнитного поля это скорость света в вакууме. Этого не мало, но это всё! Остальное от лукавства - ни в одном эксперименте не синхронизуют часы и не измеряют собственные масштабы. Все экспериментальные зависимости, якобы подтверждающие зависимость массы от скорости, можно трактовать в пользу независимости массы, а ослаблением взаимодействия с полем и в силу этого показанным нами эффектом возрастания импульса.
Отсюда становится необходимым возврат к трёхмерному пространству, доэнштейновскому времени и устранению ограничений на скорости движения материальных тел.
Необходимо отметить, что и сам А.Эйнштейн не был удовлетворён СТО в той её части, о которой писал: 'С самого начала ясна недостаточность принятых постулатов для обоснования теории масштабов и часов. Эти постулаты не настолько сильны, чтобы из них можно было вывести достаточно полные уравнения для физических процессов. Если вообще не отказываться от физического толкования координат (что само по себе было бы возможно), то лучше уж допустить такую непоследовательность, но с обязательством избавиться от неё на дальнейшей стадии развития теории. Однако этот грех нельзя узаконивать до такой степени, чтобы разрешать, например, пользоваться представлением о расстоянии, как о физической сущности особого рода, существенно отличающейся от других физических величин сводить физику к геометрии и т.п.)' [ 2, т.4, с.268 ].
ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Максвелл Д. Е. Избранные сочинения по теории электромагнитного поля. М. 1954.
2. Эйнштейн А. Собрание научных трудов. Т. 1-4. М. Наука. 1965.
3. Мандельштам Д. И. Лекции по оптике, теории относительности и квантовой механике. М. Наука. 1972.
4. Жмудь А. М. О возможности информационного подхода к анализу полевого взаимодействия движущихся материальных тел. Сборник научных трудов НГТУ
?3(8) - 4(9) НГТУ. 1997.
5. Пуанкаре А. О науке. М. Наука. 1983.
6. Минковский Г. Основные уравнения электромагнитных процессов в движущихся телах.
7. Эйнштейновский сборник.1978 - 1979 гг. М. Наука. 1983.
8. Китайгородский А. И. Введение в физику. М. Физматгиз. 1959.
(С) А.М. Жмудь
ПРИМЕЧАНИЕ
(С) Жув Дарк
* - Следуемые далее выкладки, вероятно, кому-то покажутся сомнительными. Я не берусь их ни защищать, ни критиковать, поскольку у меня несколько более иное видение причин несоответствий в СТО, которые я излагал в своих публикациях. Я не стал бы пытаться получить соотношения СТО иными путями, поскольку из волнового рассмотрения при его корректном применении следует, что опыт Майкельсона дал именно те результаты, которые и должны следовать из волнового рассмотрения. Иными словами опыт Майкельсона отнюдь не опроверг наличия светопроводящей среды. Он также и не опроверг зависимости скорости распространения света от скорости этой среды, поскольку в опыте Майкельсона измеряется отнюдь не скорость распространения света, а изменения положения интерферометрической картины. Эта картина определяется совсем другой скоростью - фазовой. А вот фазовая скорость тоже меняется, но в разных направлениях по-разному, и это легко можно показать, и мной было показано, что интерферометрическая картина как раз и не должна меняться - разумеется, при условии, что движение интерферометра происходит со скоростью, много меньшей, чем скорость света. Это и имело место. Интерферометр, заполненный произвольным газом или светопроводящей средой, согласно моим представлениям также не должен давать перемещения интерферометрической картины. Это опровергает предположение, что отсутствие перемещения интерферометрической картины доказывает отсутствие среды. Однако если бы такое перемещение имело место, тем самым бы опровергался постулат Эйнштейна, что никакими опытами внутри замкнутой системы невозможно отличить покоящуюся систему от неподвижной'. Таким образом, опыт с заполненным интерферометром Майкельсона опровергает теорию относительности не зависимо от результата - будет перемещаться интерферометрическая картина, или не будет, в обоих случаях это противоречит теории относительности.
* - Автор называет 'системой' два объекта, движущихся один относительно другого со скоростью света; автор также говорит о 'траектории' такого движения. Коль скоро при таком движении взаимодействие прекращается, термин 'система' едва ли корректен; если же взаимодействия нет, то тела не должны получать ускорения в таком движении от сил взаимного притяжения или отталкивания. Поэтому траекторией должна быть прямая линия. Частицы же, двигающиеся по прямой друг относительно друга со световой скоростью должны либо стремительно сближаться, либо стремительно удаляться друг от друга. Ни в том, ни в другом случае, казалось бы, нельзя вести речь о системе из этих частиц, тем более невозможно предполагать длительное существование такой 'системы'. Дело, однако, не так тривиально [9, 10]. Причина в том, что взаимодействие прекращается только при взаимном сближении частиц, а при их удалении вовсе не прекращается, а, наоборот, усиливается. Таким образом, лишь в системе из разноименно заряженных частиц может быть подобная форма взаимодействия, претерпевающая несколько этапов:
1) частицы сближаются со стабилизированной скоростью, равной скорости света: если скорость возрастает, то возникают силы, стремящиеся её снизить (ибо частица воспринимается как античастица), если скорость убывает, то возникают силы, стремящиеся её увеличить, если же она равна этой величине c, то никакие силы не стремятся её изменить;
2) частицы предельно сблизились, но движение не прекращается вследствие наличия гравитационной массы и электромагнитной самоиндукции (которая может быть описана электромагнитной массой); в этом состоянии потенциальная энергия данной системы равна нулю, вся энергия сосредоточена в кинетической энергии движения, которую нетрудно рассчитать, поскольку скорость относительного движения известна и равна c;
3) частицы удаляются друг от друга (изначально со скоростью c), при этом силы взаимодействия притягивают их, тем самым снижая скорость;
4) частицы разошлись на максимально далекое расстояние, при этом скорость их относительного движения равна нулю; в этом состоянии кинетическая энергия системы из этих частиц равна нулю, а потенциальная энергия максимальна, она составляет полную энергию этой системы, и, следовательно, она равна тому значению кинетической энергии, которая имелась в состоянии 2;
5) частицы начинают сближаться, и, следовательно, повторяется состояние 1, а затем 2, 3, 4 и т.д.
Эта теория подробно рассмотрена мной в [9 - 12] и других статьях.