Валерий Петров
Эйнштейнпредполагал, что все попытки обнаружить движение Земли относительно мировогоэфира оказались безуспешными. Безуспешными оказались попытки обнаружить«эфирный ветер», возникающий при движении Земли относительно мирового эфиравследствие полного увлечения эфира атмосферой Земли. Вместе с тем, опытыЭйхенвальда, Вильсона, Саньяка, Погани свидетельствуют, что и вэлектродинамике, и в оптике движение относительно эфира всегда сопровождаетсянаблюдаемыми эффектами. Поэтому естественно предположить, что и движение Землитакже сопровождается наблюдаемыми эффектами, обусловленными ее движениемотносительно мирового эфира.
Эффект Допплера
Предположим,что имеются приемник и источник света. Предположим, что приемник света движетсяс некоторой скоростью v относительно источника света, неподвижного относительноокружающего его эфира. Тогда движение приемника относительно источника светаесть одновременно и движение относительно эфира, окружающего и источник, иприемник света.
Пустьисточник света излучает свет с периодом, равным T. За время T, в течениекоторого импульс света пройдет путь cT, равный длине волны L света, излучаемогоисточником, приемник пройдет путь vT. Тогда длина волны света, принимаемогоприемником, окажется равной L1=L+vT или L2=L–vT взависимости от направления движения приемника света относительно источника. Такимобразом, движение приемника света относительно источника, которое в данномслучае одновременно является движением приемника относительно эфира,сопровождается изменением длины волны (или частоты) света, принимаемогоприемником.
Предположим,далее, что приемник света покоится относительно окружающего его эфира, аисточник света движется относительно приемника с некоторой скоростью v. Тогдадвижение источника света относительно приемника оказывается одновременнодвижением источника относительно эфира. Пусть, как и прежде, источник излучаетсвет с периодом, равным T. За время, в течение которого излученный источникомимпульс света пройдет путь cT, равный длине волны L излучаемого света, источниксвета сместится относительно его прежнего положения на некоторое расстояние vT.Очередной импульс света будет излучен источником из его нового положения. Тогдарасстояние между предыдущим и последующим импульсами света (или длина волнысвета, принимаемого приемником) окажется равной L1=L+vT или L2=L–vTв зависимости от направления движения источника света относительно приемника.Таким образом, и движение источника света относительно приемника, которое вданном случае одновременно является и движением источника относительно эфира,также сопровождается изменением длины волны (или частоты) света, излучаемогоисточником света.
Изменениечастоты света в зависимости от состояния движения источника или приемникаизвестно в науке как эффект Доплера по имени ученого, впервые описавшего этоявление. Очевидно, что когда приемник движется равномерно и прямолинейно,невозможно определить, обусловлено ли изменение частоты света, принимаемогоприемником, движением приемника света или источника света, или же одновременнымдвижением и источника, и приемника света. Однако, если траектория движенияприемника света представляет собой замкнутую кривую линию, оказываетсявозможным определить не только скорость движения приемника относительноокружающего его эфира, но и скорость источника света по лучу зрения. В самомделе, когда приемник движется навстречу лучу света, изменение частоты светапропорционально величине
v1 = vп + vи, (1)
гдеvп – скорость движения приемника света относительно эфира; vи– скорость движения источника света относительно эфира.
Когдаже приемник света движется в противоположном направлении, изменение частотысвета пропорционально величине
v2 = vп – vи. (2)
Определивизменения частоты света, соответствующие значениям v1 и v2,из наблюдений и решая затем уравнения (1) и (2) как систему, можно определить иvп, и vи. Таким образом, вопреки предположению Эйнштейна,движение Земли относительно эфира сопровождается вполне наблюдаемыми явлениями,обусловленными именно движением Земли относительно эфира – изменением частотысвета от внешних источников света, например, звезд.
СогласноЭйнштейну, изменение частоты света обусловлено относительным движениемприемника и источника света. Это изменение частоты света обусловленозамедлением времени в системе координат, связанной с источником, движущимсяотносительно приемника. Пусть T' – период колебаний излучения в системекоординат источника света. Тогда период колебаний света T в системе координатприемника света будет равен T'/√[1–(v2/c2)], где v– скорость движения источника света относительно приемника, откуда следует, чтопериод колебаний света, принимаемого приемником, будет всегда больше периодасвета, излучаемого источником, независимо от направления источника светаотносительно приемника. Известно, однако, что это не так: при движенииисточника света в направлении от приемника наблюдается увеличение периодаколебаний света, принимаемого приемником, тогда как при движении источникасвета в направлении к приемнику наблюдается уменьшение периода колебаний света,принимаемого приемником. Таким образом, объяснение эффекта Доплера какзамедления времени источника света, движущегося относительно приемника, несоответствует действительности, тем более что, как нам известно, и сама формулазамедления времени не может быть выведена непосредственно из преобразованийЛоренца – Эйнштейна.
Предположимтеперь, что источник и приемник света покоятся внутри пустотелого шара,оболочка которого выполнена из прозрачного для света вещества. Пусть шардвижется с некоторой скоростью v относительно окружающего его эфира. Так какоболочка шара непроницаема для внешнего по отношению к ней эфира, «эфирныйветер», обусловленный движением шара, внутри шара отсутствует. Таким образом,источник света, «светопроводящая среда» внутри шара и приемник света неподвижныдруг относительно друга – скорость света внутри шара оказывается величинойпостоянной независимо от состояния движения шара.
Предположимтеперь, что источник света находится вне шара. Прежде всего, нас интересуетвопрос, каким образом свет от этого источника проникает внутрь шара. Вот какотвечает на этот вопрос Р.Фейнман в [1]:
«Наблюдателюкажется, что свет или любая другая электрическая волна распространяется сквозьвещество… Но на самом деле поле создается движением… зарядов… Известно,что любой предмет состоит из атомов, содержащих электроны… поле внешнегоисточника действует на эти атомы и раскачивает электроны… Электроны, в своюочередь создают поле; их можно рассматривать как новые излучатели».
Такимобразом, в результате многократного поглощения и переизлучения импульса светаэлектронами атомов вещества оболочки шара свет в конечном итоге излучаетсяэлектроном атома, расположенного на внутренней поверхности оболочки шара. Длянаблюдателя (или приемника света) внутри шара именно этот электрон и являетсяисточником света. В этом случае, как мы знаем, скорость света оказываетсявеличиной постоянной. Таким образом, независимо от того, находится ли источниквнутри или вне шара, скорость света внутри шара оказывается величинойпостоянной. По определению, пространство внутри шара является замкнутым, таккак «эфирный ветер», обусловленный движением шара, внутри шара не возникает.Тогда имеются все основания утверждать, что скорость света в замкнутомпространстве является величиной постоянной независимо от того, покоится ли этопространство или же движется равномерно и прямолинейно. Следовательно, никакимиопытами, основанными на измерении скорости света в замкнутом пространстве,невозможно определить, находится ли это пространство в состоянии покоя или жеравномерного движения относительно эфира, окружающего это пространство. Так какатмосфера Земли при ненулевой ее вязкости непроницаема для внешнего поотношению к ней эфира, скорость света в атмосфере Земли оказывается величинойпостоянной, независимо от того, находится источник на Земле или вне ее.
Аберрация звезд
Предположим,что луч света от некоторого внешнего источника света, например, какой-тозвезды, падает на внешнюю поверхность шара перпендикулярно направлению егодвижения, как это изображено на рис.1.
/>
Рис.1.Аберрация звезд при их наблюдении из замкнутого пространства
Вконечном итоге, после ряда поглощений и переизлучений света электронами атомоввещества оболочки шара, этот луч света будет излучен электроном, находящимся внекоторой точке A на внутренней поверхности шара. Пусть наблюдатель (приемниксвета) находится в точке B внутри шара. За время t, в течение которого лучсвета пройдет путь AB, равный ct, точка B, в которой находится приемник света,сместится относительно своего прежнего положения на величину vt. Одновременнона такую же величину сместится и точка A. Таким образом, наблюдатель увидитисточник света не в точке S, где он находится (или находился в момент излучениянаблюдаемого луча света), а в точке S'. В этот момент и сам наблюдатель будетнаходиться не в точке B, а в точке B', отстоящей от точки B на величину vt.Величину смещения видимого положения источника света относительно его истинногоположения можно определить на основании следующих рассуждений. Наблюдатель,находящийся внутри шара, считает, что луч света движется по линии AB, тогда какв действительности луч света движется по линии AB', иначе луч света просто непопадет в точку B':
/>
Рис.2. а) определение величины аберрации; б) объяснение аберрации, предложенноеБрэдли
Тогда,построив треугольник скоростей для луча света, движущегося внутри шара(рис.2а), получим:tgα = v/c (3)
илиsinα = v/c, (4)
таккак при малых значениях угла значения tgα и sinα одинаковы.
Такимобразом, при наблюдении внешнего источника света из замкнутого пространства,движущегося относительно внешнего по отношению к этому шару эфиру, видимое положениенаблюдаемого источника света смещается на величину, определяемую соотношением(3) или (4). Смещение видимого положения источника света относительно егоистинного положения обусловлено полным увлечением эфира внутри шара,движущегося относительно внешнего эфира, и полным неувлечением эфира вне шара.
Когдашар, или вообще какая-либо замкнутая система, движется равномерно ипрямолинейно, определить истинное положение внешнего по отношению к этойсистеме источника света, тем самым – и скорость движения системы непредставляется возможным. Однако, когда траектория движения системыпредставляет собой замкнутую кривую линию, появляется возможность определитьистинное положение источника света, следовательно, и скорость движения системы.
В1728г. английский астроном Брэдли, измеряя паралакс одной из звезд, обнаружилналичие у нее смещения, названного им аберрацией.
Брэдлиустановил, что в отличие от паралакса, величина которого зависит от расстояниядо звезды и параметров орбиты Земли и является величиной различной дляразличных звезд, величина аберрационного смещения оказывается одинаковой длявсех звезд. Брэдли предположил, что аберрация обусловлена двумя причинами:собственным движением Земли и движением света с некоторой конечной скоростью,так как в то время было не известно, распространяется ли свет с конечной или жебесконечной скоростью. Пусть, рассуждал Брэдли, свет движется по линии AB.Тогда, вследствие движения Земли, этот луч света отклонится на некоторый угол ипопадет в точку C. Из треугольника скоростей (рис.2б), получим:
tgα = v/c.
Согласносовременной точке зрения, аберрация состоит «… в том, что из-за конечнойскорости света видимые положения всех звезд несколько смещены в сторонудвижения Земли. Представим себе (рис.3) Землю E, движущуюся в направлении A соскоростью v.
Еслиот звезды S… идет в сторону Земли световой луч SD, то эта звезда должна быбыть видна на небе в точке S1, но из-за движения Земли световыекванты смещаются навстречу Земле и по отношению к ней распространяются по лучуSE, а поэтому звезда видна в точке S2, сдвинутой от S1 нанебольшой угол» [2].
/>
Рис.3. Общепринятое объяснение аберрации
Нарис.3 линия, или луч света, соединяющая наблюдателя на Земле с видимымположением звезды на небе, проходит через точку пространства, в которойнаходится (или находилась) звезда в момент излучения ею луча света,наблюдаемого на Земле. В действительности, это не так.
«Нарис.4 одинаковыми цифрами обозначены четыре положения Земли на орбите исоответствующие им видимые положения звезды S на небе, которые смещены внаправлении скорости Земли; истинное положение S звезды на небе находится вцентре аберрационной окружности. Впервые Брэдли обнаружил именно такуюаберрацию звезды..., находящуюся вблизи полюса эклиптики» [2].
/>
Рис.4. Изменение видимого положения звезды вследствие аберрации
Такимобразом, линия (или луч света), соединяющая видимое положение звезды снаблюдателем на Земле, не проходит через точку пространства, в которой находитсязвезда. Если смещение видимого положения звезды на небе обусловлено отклонениемлуча света, идущего от звезды, тогда нужно признать, что этот луч светадвижется весьма странным образом: вначале луч света от звезды движется,например, в точку 1', а затем из этой точки – к Земле. Очевидно, что луч светатак двигаться не может. Таким образом, суть аберрации заключается не вотклонении луча света на некоторый угол, величина которого одинакова для всехзвезд, а в смещении видимого положения звезд относительно их истинногоположения на одну и ту же линейную величину, определяемую отношением v к c.
Несколькоиначе суть аберрации объясняет И.А.Климишин в [3]:
«Аберрация– это кажущееся смещение положения светила на небесной сфере, возникающее засчет движения наблюдателя… свет распространяется хотя и с очень большой, новсе же конечной скоростью c. Пусть v – скорость наблюдателя. Тогда за времядвижения луча света от объектива телескопа до окуляра (обозначим это времячерез t) наблюдатель смещается на расстояние vt (рис.5). Пусть, далее, θ –угловое расстояние видимого направления на светило от точки неба, в которую вданный момент направлена скорость наблюдателя».
/>
Рис.5. Аберрация; наблюдатель, движущийся со скоростью v, увидит светило не внаправлении SP, а в направлении S'Q
Такимобразом, согласно [3] аберрация обусловлена движением луча света в трубетелескопа – именно так считали Хук, Клинкерфус, Эйри и другие исследователи,считавшие, что заполнение трубы телескопа водой может изменить величинуаберрации вследствие частичного, по Френелю, увлечения эфира. Получается так,что не будь телескопа, не было бы и аберрации. Очевидно, что ни объясненияДагаева, ни объяснения Климишина не объясняют главного – почему именно движениеЗемли вызывает отклонение луча света? Популярно на этот вопрос пытаетсяответить У.Кауфман в [4]:
«… представьтесебе, что вы стоите под дождем, держа над головой раскрытый зонт. Представьтедалее, что ветер дует так, что дождевые капли падают вертикально вниз. Если выпойдете по улице, то вам, очевидно, придется наклонить зонт под некоторым угломв направлении движения, чтобы не намокнуть, причем угол наклона нужно будетувеличить, если увеличить шаг».
Помнению Кауфмана, движение пешехода вызывает действительное отклонение дождевыхкапель от вертикали, вследствие чего и приходится наклонять зонтик взависимости от скорости движения. В действительности, однако, движение пешеходас какой угодно скоростью не вызывает отклонения дождевых капель. Предположим,например, что имеется какая-то емкость с водой, из которой вода вытекает покапле. Предположим, что некоторый наблюдатель движется относительно бака скакой-то скоростью. С точки зрения этого наблюдателя, капли отклоняютсянавстречу его движения на какой-то угол. Тем не менее, капли будут падать водну и ту же точку на полу независимо от того, движется ли кто-нибудьотносительно бака с водой, или же нет. Точно так же, и движение Земли само посебе не может вызвать отклонения луча света от какой бы то ни было звезды, темболее, что из-за собственного движения звезд скорость движения Землиотносительно каждой из них является различной, тогда как в формуле дляопределения величины аберрации v – это постоянная величина, равная орбитальнойскорости Земли. Таким образом, величина аберрации зависит не от скоростидвижения Земли относительно той или иной звезды, а от скорости движенияотносительно только одной из звезд – Солнца.
Предположим,что на одной линии SE расположены несколько звезд, как это изображено на рис.6.
/>
Рис.6. Величина аберрации одинакова для всех звезд
Таккак величина аберрационного смещения одинакова для всех звезд, видимыеположения каждой из звезд сместятся относительно своего истинного положения наодну и ту же величину. В результате все звезды будут видны на одной линии,параллельной SE и проходящей через точку E, в которой находится наблюдатель.Таким образом, наблюдатель видит наблюдаемую звезду в точке S' в тот момент,когда сам он находится в точке E' – картина аберрации соответствует той, какесли бы наблюдатель находился в замкнутом пространстве, движущемся по орбитеЗемли. Предположение, основанное на анализе результатов опытов Рентгена,Роуланда, Эйхенвальда, что атмосфера Земли при ненулевой ее вязкостинепроницаема для внешнего по отношению к ней эфира, в точности соответствуетнаблюдаемой с Земли аберрации звезд. Более того, наблюдаемая картина аберрациитолько и может возникнуть при условии полного увлечения эфира атмосферой Землии полного неувлечения эфира вне атмосферы Земли.
Заключение
Известно,что Эйнштейном разработаны две теории относительности. Целью одной из них,названной Эйнштейном частной или специальной теорией относительности (СТО),является распространение принципа относительности для явлений механики наоптические и электродинамические явления. Целью второй теории, названной общейтеорией относительности (ОТО), является распространение принципаотносительности на гравитационные явления.
Присоздании СТО Эйнштейн исходил из предположения об абсолютно пустомпространстве, не заполненном никакой средой. «… нельзя создатьудовлетворительную теорию, не отказавшись от существования некоей среды,заполняющей все пространство», писал Эйнштейн в 1910г. Однако при создании ОТОЭйнштейн пришел к прямо противоположному выводу: «… эфир существует. Согласнообщей теории относительности пространство немыслимо без эфира», писал Эйнштейнв 1920г. В настоящее время обе теории относительности считаются правильными.Очевидно, что из двух теорий, построенных на взаимно исключающих друг другапредположениях, по крайней мере, одна из них не может быть правильной.
Любаянаучная теория может считаться правильной, если она удовлетворяет, по крайнеймере, следующим критериям:
основанана предположениях, соответствующих реальной физической действительности;
являетсявнутренне логически непротиворечивой;
предсказываемыетеорией явления наблюдаются в реальной физической действительности.
Какизвестно, при создании СТО Эйнштейн исходил из предположения, что ни в оптике,ни в электродинамике никакие свойства явлений не соответствуют «абсолютномудвижению» или движению относительно эфира хотя бы потому, что сам эфир былобъявлен не существующим. В действительности, однако, опыты Эйхенвальданевозможно объяснить иначе как движением зарядов относительно эфира: в однихслучаях имеет место движение зарядов относительно эфира между дисками прибора;в других – имеет место движение зарядов относительно эфира, заключенного вовращающемся диске и движущегося вместе с ним. Точно так же и в оптике, как этоподтверждают опыты Физо, Саньяка, Погани, Гарреса, и движение эфира,увлекаемого движением среды (опыты Физо, Гарреса), и движение интерферометраотносительно неувлекаемого эфира (опыты Саньяка, Погани) всегда сопровождаетсявполне наблюдаемыми изменениями интерференционной картины. Вместе с тем идвижение самой Земли относительно эфира сопровождается вполне наблюдаемымиявлениями: изменением частоты света от внешних источников света (звезд),аберрацией звезд. Более того, наблюдаемая картина аберрации только и можетвозникнуть при полном увлечении эфира в атмосфере Земли и полном егонеувлечении вне атмосферы, т.е. наличие эфира является обязательным условиемвозникновения аберрации. Таким образом, при создании теории относительностиЭйнштейн исходил из предположений, не соответствующих реальной физическойдействительности.
ПреобразованияЛоренца-Эйнштейна имеют смысл только в том случае, если знаменатель в этихпреобразованиях равен √[1–(v2/c2)]. В этом случаекоэффициент сокращения длины тел (расстояний) также оказываетсяпропорциональным величине √[1–(v2/c2)], что,однако, не соответствует теории опыта Майкельсона–Морли. Вместе с тем,непосредственно из анализа преобразований Лоренца–Эйнщтейна следует, чтосокращению длины тел в движущейся системе координат пропорционально множителю √[1–(v2/c2)]должно соответствовать такое же сокращение, а не увеличение интервалов временимежду двумя событиями, произошедшими в той же системе координат, иначе невыполняется принцип постоянства скорости света. Таким образом, междупреобразованиями Лоренца–Эйнштейна, непосредственно из которых следует вывод осокращение длины тел (расстояний) в движущейся системе координат, замедлениемвремени в той же системе координат и принципом постоянства скорости светасуществуют противоречие, устранить которое не представляется возможным. Этопротиворечие является внутренним противоречием самой теории относительности.
Какследует из анализа преобразований Лоренца–Эйнштейна, формула T=T'/√[1–(v2/c2)]описывающая замедление времени в движущейся системе координат, не может бытьвыведена непосредственно из этих преобразований. Соответственно, и формула m=m0/√[1–(v2/c2)]также не может быть выведена. Таким образом, вопреки общепринятому мнению, СТОне предсказывает никаких новых явлений, допускающих возможность их проверкиэкспериментальным путем. Вместе с тем СТО не обеспечивает однозначного илогически непротиворечивого объяснения известным опытам и явлениям. Так, СТОодновременно допускает два различных, взаимно исключающих друг друга,объяснения результатов опытов Майкельсона–Морли.
Такимобразом, теория относительности не удовлетворяет ни одному из критериевистинности, а потому не может быть истинной.
Все,или, во всяком случае, большинство физиков понимают, что принципотносительности может быть верен только для таких координатных систем, которыеможно определить как замкнутые. «Именно такое предположение и было сделаноЭйнштейном в 1905 году, оно служит основным постулатом специальной теорииотносительности… никакими физическими опытами, производимыми в замкнутойлаборатории, невозможно обнаружить движение относительно эфира» (М.Е.Герценштейн.Эфир, вакуум, пустота… Журнал «Химия и жизнь», №1, 1983). Однако они непонимают, что в созданной Эйнштейном специальной теории относительности понятие«замкнутое пространство» или «замкнутая система» вообще отсутствует: посколькунет эфира, нет и не может быть замкнутого по отношению к эфиру пространства илисистемы, нет и не может быть движения относительно эфира. В действительностиэфир есть и движение относительно эфира, в том числе и движение Земли,сопровождается вполне наблюдаемыми явлениями, однако никакими опытами,проводимыми в замкнутой лаборатории, невозможно определить состояние еедвижения относительно эфира, окружающего эту лабораторию, именно потому, чтолаборатория является замкнутой системой. Внутри такой системы «эфирный ветер»,обусловленный ее движением, не возникает именно по причине ее замкнутости, т.е.непроницаемости для внешнего по отношению к ней эфира. Считать системузамкнутой и вместе с тем предполагать возможность возникновения в ней «эфирноговетра», и пытаться его обнаружить каким-либо образом означает не понимать сутикак принципа относительности, так и понятия «замкнутая система». В этом изаключается главная, на наш взгляд, ошибка Эйнштейна – в отрицании эфира какнекоторой среды, заполняющей мировое пространство и содержащейся во всех телах,по отношению к которому могут существовать замкнутые системы, т.е. такиесистемы, при движении которых в них не возникает «эфирный ветер» именно попричине их замкнутости, непроницаемости для эфира. Тогда для таких систем оказываютсясправедливыми следующие утверждения:
Взамкнутой координатной системе движения по отношению друг к другу тел,заключенных в этой системе, оптические и электродинамические явления одинаковы,покоится ли эта система или движется равномерно и прямолинейно без вращения.
Скоростьсвета в замкнутой системе координат является величиной постоянной, независимоот того, находится источник света внутри или вне системы. Это утверждениеследует непосредственно из предыдущего, так как оптические явления в замкнутойсистеме не зависят от состояния ее движения.
Междупараметрами x, y, z и t одной системы координат и параметрами x', y', z' и t'другой системы координат, движущейся вдоль оси OX относительно первой снекоторой скоростью v, имеют место известные Галилеевские соотношения:
x' = x – vt, y' = y, z' = z, t' = t.
Движениеотносительно эфира не есть абсолютное движение. Абсолютное движение по самойсвоей физической сущности есть движение безотносительно к чему бы то ни было,или же движение относительно абсолютно пустого пространства. Посколькуустранить эфир невозможно, абсолютное движение оказывается невозможным, поэтомувопрос о возможности обнаружения абсолютного движения, или движенияотносительно абсолютно пустого пространства не имеет смысла. Речь может идти овозможности или невозможности обнаружения движения именно относительно эфира.
Этимиосновными положениями и исчерпывается вся сущность теории относительности.
Список литературы
Р.Фейнман.Фейнмановские лекции по физике. – М.: Мир, 1976.
М.М.Дагаеви др. Астрономия. – М.: Просвещение, 1983.
И.А.Климишин.Астрономия наших дней. – М.: Наука, 1980.
У.Кауфман.Космические рубежи теории относительности. – М.: Мир, 1981.