К столетнему Юбилею СТО
Реферат
Ключевые слова: Теория относительности, СТО, преобразование Лоренца, форма объекта, скорость распространения взаимодействий, причинность.
Рассмотрено изменение формы движущегося объекта и другие явления в рамках преобразования Лоренца. Показано, что интерпретация этого преобразования, предложенная А.Эйнштейном, содержит гносеологические ошибки и не может рассматриваться как научная. Предложена альтернативная интерпретация преобразования Лоренца. Ставится проблема определения границ применимости этого преобразования.
Введение
В 2005 году произойдет замечательное событие. Исполнится сто лет со дня опубликования А.Эйнштейном его Специальной теории относительности (СТО). С момента появления этой теории и до настоящего времени не прекращается критика СТО и споры относительно ее научного статуса. С одной стороны, критики неопровержимо доказывают несостоятельность СТО. С другой, апологеты СТО с не меньшим упорством защищают эту теорию, обвиняя своих оппонентов в некомпетентности. Обе стороны приводят свои аргументы. И не только аргументы. Апологеты СТО, пользуясь властью, часто используют недозволительные в науке методы: замалчивание критики, голословные обвинения в некомпетентности и т. д. Но весьма редко они выходят на «открытый бой» со своими оппонентами.
Нам хотелось бы к этому Юбилею рассмотреть явления, которым уделяется недостаточно много внимания, и ответить на следующие вопросы.
Имеет ли СТО внутренние противоречия, т.е. является ли она научной в правильном значении этого термина?
Согласуется ли СТО с результатами всех экспериментов?
Какова роль СТО в развитии физики?
Последнему вопросу следовало бы посвятить специальное исследование.
Закон «преломления» светового луча
Критики СТО ограничиваются, как правило, анализом эффектов «сокращения» масштабов движущихся тел и «замедлением» времени. К сожалению, они не принимают во внимание, что движущийся объект пролетает мимо них со скоростью v, и наблюдатель вынужден будет рассматривать этот объект под различными углами наблюдения qкак показано на рис.1
/>/>
Рис 1 Рис 2
Угол qобразован двумя векторами: вектором скорости движущегося тела и вектором, направленным вдоль светового луча от движущегося источника к наблюдателю. Теоретически он может меняться от 0 до 180 градусов в системе отсчета K, связанной с наблюдателем. В системе отсчета, связанной с движущимся объектом, этот луч будет иметь другое направление, т.е. идти под другим углом. Обозначим этот угол как q'.
Причина отличия qотq' видна из рис 2. В системе K' наблюдатель и световой луч будут двигаться к общей точке встречи А. Только в этой точке наблюдатель увидит этот световой луч.
Из преобразования Лоренца известны следующие соотношения:
/>
где: f и f' частоты принимаемого и излучаемого сигналов соответственно.
Запишем теперь угол расхождения между лучами (угол аберрации), который нам понадобится в дальнейшем:
/>
Допустим, что движущийся объект это линейка длиной Dx', ориентированная вдоль вектора скорости v. Нетрудно видеть, что наблюдаемая длина линейки будет зависеть от v и q. Кажущаяся длина линейки:
/>
Из этого выражения следует, что известное «сокращение» масштаба
/>
мы получаем, когда qo. При всех других углах мы будем измерять другие значения «длин» линейки, лежащие в пределах
/>.
Другими словами, в общем случае измеряемая длина может быть как больше, так и меньше истинной длины линейки.
Формула, связывающая Dx и Dx', позволяет получить очень важное соотношение, которое можно назвать законом «преломления» в СТО. Для этой цели, следуя работе [1], умножим Dx на sinqи преобразуем это произведение.
/>
Физический смысл полученного выражения можно проиллюстрировать рисунком 3.
/>
Рис 3.
Величина d это толщина светового луча. Она сохраняется постоянной в любой инерциальной системе отсчета. Если учесть, что ширина этого луча не зависит от выбора инерциальной системы отсчета, можно сформулировать закон «преломления» света при переходе наблюдателя из одной инерциальной системы отсчета в другую. Световой луч «поворачивается» на угол d= q— q' и меняет частоту колебаний.
Наблюдаемая форма движущегося объекта
Полученное соотношение можно с успехом использовать для описания видимой формы движущегося объекта. Пусть мимо нас со скоростью v, параллельной оси x, пролетает куб, ориентированный по осям x,y,z или x',y',z'.
/>
Рис 4.
Конечно, если куб находится очень далеко от нас, то человеческий глаз увидит плоское изображение. Однако если человек знает, что форма предмета куб, его мозг быстро восстановит «изображение». Наблюдателю будет казаться, что летящий куб «развернут» на угол d по отношению к своей истинной ориентации.
Для полноты картины на рис 5 приведена серия изображений движущегося объекта (куба зеленого цвета), воспринимаемых наблюдателем для нескольких углов наблюдения q.
/>
Рис 5.
Отметим следующее:
а) Наблюдаемая форма куба сохраняется, но изображение оказывается повернутым на угол d. Ориентация куба в движении напоминает фигуру высшего пилотажа под названием «кобра».
б) Цвет куба меняется от ультрафиолетового до инфракрасного. Изменение цвета — явление, известное под названием эффект Допплера.
Описанная выше визуальная форма движущегося куба есть сугубо субъективное явление, полученное при участии головного мозга, т.е. иллюзия. Это субъективная кажимость (как говорят: «обман зрения»). Теперь необходимо рассмотреть объективную кажимость (объективное явление), т.е. то, что мы будем измерять на самом деле.
Измеряемая форма движущегося объекта
Оставим в стороне иллюзии, связанные с субъективным человеческим восприятием (оптической иллюзией). Реальная форма объекта может быть получена методами
/>
Рис 6.
/>
Рис 7.
радиолокации или иными объективными методами измерений расстояния с помощью световых лучей (лазер, например) или электромагнитных волн. Однако нам нет необходимости использовать столь сложные средства, поскольку мы знаем следующие результаты, вытекающие из преобразования Лоренца:
а) закон «преломления» светового луча в СТО;
б) независимость поперечных координат (y =y' и z =z') от выбора инерциальной системы отсчета в СТО. На рис 6 показан принцип построения формы движущегося куба, а на рис 7 приведены измеряемые формы движущегося куба для нескольких углов наблюдения q.
Из рис 7 видно, что объективно движущийся куб имеет отнюдь не кубическую форму. Он будет иметь форму параллелепипеда со скошенными торцами. При этом наблюдаемая форма куба будет меняться при его движении. Меняется и цвет куба. Поэтому необходимо ответить на следующие вопросы:
1. Форма движущегося куба меняется на самом деле (сущность) или же наблюдаемая форма куба есть явление, обусловленное искажением фронта световой волны, а с кубом на самом деле не происходит никаких изменений?
2. Связано ли изменение формы куба с изменением свойств пространства или же с изменением направления фронта светового луча? --PAGE_BREAK--
3.Связано ли изменение цвета куба с эффектом Допплера или же с различным темпом времени в двух инерциальных системах отсчета K и K'?
Ответ очевиден, но чтобы правильно разобраться в этих вопросах, не ссылаясь на интуицию и «очевидность», необходимо знать признаки, отличающие сущность от явления, т.е. необходимо понимать и уметь применять теорию познания объективной истины.
Явление и сущность
Вопрос о взаимосвязи и признаках, отличающих явление от сущности, рассмотрен в [1], [2], [3]. Здесь мы опишем кратко эти признаки. Предположим, что, наблюдая явления, мы можем менять некоторые параметры, влияющие на явление. В рамках СТО есть два таких параметра: относительная скорость движения двух инерциальных систем отсчета v и угол наблюдения движущегося объекта q. Каждой совокупности этих параметров соответствует свое объективное явление, которое чем-то отличается от других явлений данной совокупности. Сущность есть инвариантное (т.е. не зависящее от qи v) представление о протекающих процессах и наблюдаемых явлениях. Есть такое правило [1], [2], [3]:
ЯВЛЕНИЕ ЗАВИСИТ ОТ УСЛОВИЙ ЕГО НАБЛЮДЕНИЯ
СУЩНОСТЬ ОТ ЭТИХ УСЛОВИЙ НЕ ЗАВИСИТ.
Таким образом, изменяющаяся длина линейки, замедление времени, искажение формы объекта суть объективные явления.
Эйнштейн фактически предложил считать, что при угле наблюдения q=90овсе явления отображаются из системы K’ в систему K без каких-либо искажений. При q=90омы видим, что в системе K’ время течет «медленнее», чем в K, а продольные размеры объектов «сокращаются» в />раз.
Интересно, что бы он сказал об искажениях формы объекта? «Искривил» бы он пространство еще сильнее, чтобы объяснить искажение формы объекта?
Заметим, что установленная связь между явлением и сущностью позволяет дать классификацию физических законов (см. Приложение 1).
5. Пространство и время в преобразовании Лоренца
Чтобы проанализировать проблему связи времен различных инерциальных систем отсчета (ИСО), обратимся к рис 8, на котором представлено взаимное расположение наблюдателей в сопоставляемых системах отсчета А и В. В каждой из систем имеется генератор, задающий световые сигналы через равные промежутки времени Т, и наблюдатель, регистрирующий временные интервалы между импульсами (вспышками).
Будем считать, что при относительной скорости инерциальных систем А и В, равной нулю, выполняется условие ТА= TВ= Т'A= Т'B. Рассмотрим теперь случай, когда относительная скорость движения инерциальных систем А и В отлична от нуля. Очевидно, что значения интервалов ТAи ТBне изменятся, т.к. это характеристики сущности. Преобразование Лоренца это линейное алгебраическое преобразование.
Оно устанавливает взаимно-однозначную связь между точками xi системы К и точками x'iсистемы К'. Эта связь не зависит от способа перехода наблюдателя из К в К' и обратно1.Иными словами, наблюдатели не увидят изменения частоты собственного генератора, даже испытывая ускорения. Здесь мы имеем в виду «идеальные» часы, точно регистрирующие время в собственной системе отсчета.
/>
Рис. 8.
ТА и TВ — интервалы времени, измеренные в собственных ИСО, являющиеся характеристиками сущности; Т'A и Т'B — интервалы времени, наблюдаемые их «чужих» систем (явления).
Изменятся наблюдаемые «чужие» интервалы времени Т'A и Т'B (явления). В соответствии с преобразованием Лоренца будем иметь:
I) ТA
Для полного определения логической связи между 4-мя величинами (ТА; TВ; Т'A; Т'B) двух записанных нами неравенств недостаточно. Необходимы еще два условия.
А. Эйнштейн предложил считать, что Т'A есть собственное время системы А, т.е. ТА, а Т'B есть собственное время системы В, т.е. ТВ. Эта связь не зависит от инерциальной системы отсчета.
3) Т'A= ТA 4) T'B =TB
Так Эйнштейн подошел к своему пониманию и объяснению физического смысла преобразования Лоренца. Очевидно, что система из четырех соотношений оказалась логически противоречивой. Выражения 1) и 2) примут вид:
I) ТA
Гносеологический анализ, проведенный в [4], [5], показал, что Эйнштейн подобно Птолемею допустил типичную гносеологическую сшибку. Наблюдаемое явление (Т'A и Т'В) он истолковал как сущность (ТA и ТВ).
Птолемей утверждал, что, поскольку мы видим движение солнца по небосводу, это и есть на «самом деле» движение его вокруг Земли.
Точно так и Эйнштейн истолковывал явления «сокращения» масштабов и «замедления» времени. Коль скоро мы «видим» эти изменения (т.е. они следуют из преобразования Лоренца), это так есть «на самом деле» (такова сущность пространства и времени). Эта гносеологическая ошибка называется: подмена сущности явлением или истолкование явления как сущности.
Ошибочное истолкование породило ряд логических противоречий, например, парадокс близнецов и другие. То же самое можно сказать и об интерпретации «сжатия» масштаба.
Единственно возможным вариантом, который не противоречит равноправию инерциальных систем отсчета и логике, является вариант, опирающийся на соотношения:
1) ТА
Смысл его очевиден. Собственное время во всех инерциальных системах отсчета едино, т.е. течет в одном ритме, темпе (ТА= TВ). Явления обладают симметрией (Т'A= Т'B; ТА
Именно здесь выявляется различие между эйнштейновской и новой интерпретациями сущности преобразования Лоренца.
а) Эйнштейновский (= птолемеевский) подход. Замедление времени, которое мы наблюдаем (явление), есть «действительное» замедление времени. Время в движущейся системе отсчета действительно течет медленнее, чем в неподвижной (сущность).
б) Материалистический (= коперниканский) подход. Замедление времени есть объективное явление, которое мы наблюдаем и регистрируем в нашей инерциальной системе. Однако в самой движущейся системе время течет в том же темпе (сущность), что и в неподвижной. Кажущееся замедление времени обусловлено свойствами преобразования Лоренца (эффект Допплера).
Итак, все параметры и характеристики, полученные с помощью преобразования Лоренца, относятся к разряду явлений и не всегда совпадают с действительными параметрами и характеристиками, измеренными в системе отсчета, связанной с исследуемым объектом. Однако при преобразовании Лоренца некоторые величины остаются неизменными (инвариантными). Среди них:
1. Сохраняется действительное равноправие всех инерциальных систем отсчета.
2. Физическое время остается общим и единым для всех ИСО. Это единое мировое время.
3. Общим для всех ИСО остается трехмерное пространство.
4. Скорость света и сечение светового луча остаются неизменными (инвариантными) для всех ИСО.
Наблюдаемые «замедление» времени и «сжатие» масштаба — суть объективные явления, т.е. искаженные отображения истинного темпа времени (единого для всех ИСО) и масштаба координатной оси пространства (общего для всех ИСО).
Уже сам принцип равноправия инерциальных систем предполагает, например, единство времени во всех ИСО. В противном случае различие в темпах изменения времени могло бы служить критерием для дифференциации различных ИСО.
6. Наблюдаемая и истинная скорость объекта
Хотя этот вопрос уже обсуждался нами в [1], [2], [3], мы вновь рассмотрим вопрос о наблюдаемой (явление) и истинной (характеристика сущности) скоростях частиц и их различии, поскольку этот вопрос имеет важнейшее значение для физики.
Пусть мимо наблюдателя по прямой линии движется материальная точка со скоростью v. В собственной системе отсчета K' (ее координата x' постоянна) она дает световые вспышки через равные интервалы времени Δto. Эти вспышки регистрируются неподвижным наблюдателем в системе K. Мы можем мысленно представить прямолинейную траекторию, которая как бы разбита на равные отрезки длиной Δx светящимися точками. За время Δto система К успеет переместиться относительно K' на это расстояние Δx.
Используя преобразования Лоренца, найдем расстояние Δx между вспышками.
/>,
где ΔТ это наблюдаемое в системе К время между двумя вспышками, определенное с помощью преобразования Лоренца
/>.
Введем угол θ, образованный двумя векторами: вектором скорости v, направленным вдоль оси x, и вектором направления световых лучей от движущегося объекта к наблюдателю. Благодаря эффекту Доплера наблюдаемый интервал между световыми вспышками будет также зависеть от угла наблюдения θ. Учитывая искажение интервалов времени эффектом Доплера, найдем наблюдаемый интервал времени между вспышками, которые видны под углом θ в системе К. Он равен: продолжение
--PAGE_BREAK--
/>
где ΔТD — наблюдаемый интервал времени между вспышками, искаженный эффектом Доплера; ΔТ- тот же наблюдаемый интервал времени, когда θ=90о.
Теперь, выражая в (6.1) интервал Δto через ΔТD, получим:
/>.
Отсюда нетрудно найти наблюдаемую (кажущуюся) скорость, которая зависит от угла наблюдения θ:
/>
Полученный результат имеет интересные следствия.
Во-первых, мы будем видеть неравномерное движение источника световых импульсов, скорость которого постоянно уменьшается. Наблюдаемое «ускорение» равно
/>
где у — координата движущейся точки.
В частности, при θ=90о ускорение равно />.
Это ускорение существует «на самом деле» или же нам это «кажется» (объективная «кажимость»)? Означает ли это, что на движущуюся частицу действуют какие-то силы? «Реальны» ли эти силы или же они тоже «кажущиеся»? Как быть с принципом причинности?
Ответ очевиден. Световые лучи, передавая информацию, искажают ее.
Во вторых, рассмотрим случай, когда θ=90о, т.е. когда генератор проходит мимо наблюдателя (как показано на рис. 6), мы имеем vobs=v (observed=наблюдаемый). Здесь кажущаяся скорость совпадает с относительной скоростью движения инерциальных систем К' и К, которая входит в преобразование Лоренца. Итак, мы неожиданно обнаруживаем, что скорость v есть кажущаяся скорость относительного движения инерциальных систем отсчета! Теперь становится ясной причина появления “ускорения”. Это кажущееся ускорение, которого нет в действительности.
Истинную скорость мы определим ниже.
С эйнштейновской же точки зрения следует, что при θ=90о свет передает информацию абсолютно точно. Он точно передает “истинные размеры” движущегося тела (сокращение масштаба) и ”истинный темп времени” (замедление времени) в движущейся системе отсчета. Другими словами, то, что мы видим (измеряем) при таком угле наблюдения, есть именно то, что происходит в системе K' «на самом деле» (сущность). Совпадение между птолемеевским и эйнштейновским подходами здесь имеет принципиальное значение, поскольку в основе совпадения лежит одна и та же гносеологическая ошибка.
Замедление скорости имеет интересные следствия. Если v/c > 0.5, то при малых углах наблюдения θ наблюдаемая скорость движения объекта будет превышать скорость света в вакууме. Как это согласуется с постулатами Эйнштейна о существовании предельной скорости распространения взаимодействий?
Покажем принцип определения наблюдаемой скорости с точки зрения теории познания.
/>
В отличие от наблюдаемой скорости, в определение которой входит характеристика явления, истинную скорость V(как инвариантную величину) мы должны определить как отношение двух инвариантных проявлений сущности. Она не должна зависеть от условий наблюдения v и θ. Это есть именно та скорость, с которой движутся инерциальные системы относительно друг друга. Скорость v, входящая в преобразование Лоренца, это кажущаяся скорость, но не действительная или истинная скорость относительного движения инерциальных систем.
Напомним, что длины отрезков, интервалы времени, времена жизни частиц, измеренные в их собственной системе отсчета, являются инвариантными проявлениями сущности (или кратко — «сущность»). Те же длины и интервалы времени, наблюдаемые из системы движущегося наблюдателя, будут явлениями, т.е. отображением искаженных движением их действительных значений.
Истинная скорость V системе К определяется отношением двух «сущностей»: реального пути, пройденного частицей в системе отсчета наблюдателя2к интервалу времени, единому для всех ИСО, за который этот путь пройден. Это инвариантный отрезок Δx и инвариантный интервал времени Δto.
/>
Истинная скорость (ее условно можно назвать «галилеевской») не зависит от условий наблюдения, т.е. от угла θ, постоянна и может превышать скорость света в вакууме. “Ускорения”, которое, как мы установили, присуще кажущейся скорости v, для истинной скорости V не существует. Нетрудно видеть, что истинная скорость V и кажущаяся скорость v, входящая в преобразование Лоренца, связаны между собой:
/>
Теперь мы можем записать новую форму матрицы Лоренца, выразив кажущуюся скорость v в этой матрице через истинную скорость V.
/>
Это модифицированная матрица преобразования Лоренца
Полученные нами результаты имеют интересное применение для объяснения появления у поверхности Земли μ-мезонов, рождающихся в верхних слоях атмосферы.
Существующее объяснение использует следующую формулу:
/>
Согласно теории Эйнштейна, скорость μ-мезона v не превышает скорости света. Расстояние, проходимое μ-мезоном, равно произведению наблюдаемой скорости v на наблюдаемое «время жизни» μ-мезонов ΔΤ в системе отсчета наблюдателя. Это время жизни «удлиняется» для наблюдателя на Земле благодаря-де релятивистскому «замедлению времени».
Используя модифицированную матрицу преобразования 4-координат и новую интерпретацию преобразования Лоренца, мы дадим другое объяснение, которое фактически опирается на ту же формулу:
/>
Расстояние, проходимое μ-мезоном, равно произведению истинной скорости V на действительное «время жизни» μ-мезонов Δτ. При этом скорость μ-мезонов может превышать скорость света в вакууме вопреки гипотезе (постулату) А. Эйнштейна.
Отсюда видно насколько существенно изменяется содержание теории (при неизменном математическом формализме), когда в ней нет гносеологических ошибок!
7. Причинность и скорость распространения взаимодействий
Используя матрицу Лоренца для преобразования 4-векторов, Эйнштейн ввел постулат о существовании «предельной скорости распространения взаимодействий». Постулат, как бы, логически вытекал из «релятивистского множителя» />, входящего в знаменатель некоторых компонент матрицы Лоренца. Рассмотрим содержание постулата о конечной скорости распространения взаимодействий.
Что такое «взаимодействие»? Как и почему оно «распространяется»?
По нашему мнению, взаимодействие есть процесс (но не материальный объект!), который может занимать определенную область пространства (простираться) и длиться какой-то промежуток времени. Но ведь в постулате А.Эйнштейна речь идет не об изменении области, где проявляется взаимодействие, не об интенсивности этого процесса и не о времени его существования! Речь идет о скорости взаимного воздействия двух материальных объектов друг на друга!
С эйнштейновской точки зрения взаимодействие это волейбольный мяч, летающий от одной команды к другой через сетку. Если это так, то тогда следовало бы отождествить взаимодействие с неким материальным объектом и рассматривать именно его скорость. Если взаимодействие есть материальный объект (например, электромагнитная волна), то нарушается симметрия при взаимодействии тел и нарушается принцип взаимности действия (симметрия и принцип равенства действия противодействию и т.д.). Какое-то тело должно начать взаимодействие первым (как у малышей: кто первый начал драку?)? Проверенная 200 летним опытом вся классическая (нерелятивистская) физика противоречит подобным представлениям о взаимодействии.
Некоторые ученые, понимая некорректность этого постулата, пытались «выправить» положение путем изменения терминологии. Они предлагали новую формулировку этого постулата: постулат о существовании предельной скорости распространения информации. Но ведь информация есть содержание, выражаемое с помощью символов [звуковых, графических т.п.]. Более того, передача информации всегда идет от генератора к приемнику, т.е. имеет все ту же асимметрию. По этой причине «изменение номенклатуры» не достигает своей цели. Без определения содержания понятия “взаимодействие” постулат о существовании предельной скорости распространения взаимодействий превращается в бессодержательную догму (постулат, не отвечающий сущности физических явлений и здравому смыслу).
Новая матрица преобразования, выраженная через истинную скорость относительного движения двух инерциальных систем отсчета, показывает, что для действительной (фактической, реальной) скорости движения материального объекта никаких ограничений не существует. Тела могут двигаться с любыми скоростями и их скорости могут превышать скорость света в вакууме. В рамках релятивистских представлений, если они имеют место в природе, функция Лагранжа, гамильтониан, кинетическая энергия движущегося тела, его импульс и т.д., должны выражаться через истинную скорость движущегося объекта.
В соответствии со сказанным выше, настоятельной задачей стал детальный анализ содержания причинно-следственных отношений и ревизия содержания причинно-следственных связей. Детальный анализ отношений изложен в [4] (см. также [5]).
8. СТО как догма
Примерами, рассмотренными выше, не исчерпываются трудности СТО. Существует большой класс задач, связанных с вращательным движением (например, парадокс диска [1], [3] фотографирование вращающегося стержня [6] и т.д.), которые в рамках СТО не имеют логически корректного решения. Мы говорим об этом специально именно потому, что в научной литературе имеют место многочисленные попытки заменить преобразование Лоренца другим преобразованием для устранения внутренних противоречий и парадоксов. При этом авторы стремятся сохранить постулаты теории относительности. Мы также прошли этот кажущийся очевидным, обманчивый путь. Его ошибочность стала ясна лишь после того, как мы сумели установить взаимосвязь категорий явление и сущность. продолжение
--PAGE_BREAK--
Трудностей, связанных с интерпретацией вращательного движения, не избежало и модифицированное преобразование. Однако именно оно позволило понять ошибочность постулата А.Эйнштейна о существовании предельной скорости распространения.
Пока только единственное преобразование — преобразование Галилея не имеет трудностей.
Заметим, что в русском языке слово «постулат» относится к тем утверждениям, которые не поддаются экспериментальной проверке, не нуждаются в ней и должны приниматься на веру. Иными словами, постулаты СТО есть догмы. Догматичность постулатов подтверждается и тем, что они были сформулированы, как говорят, «для всех времен и народов», т.е. должны были оставаться справедливыми всегда и во всех без исключения случаях.
Философский критериальный принцип ограниченности физических теорий [7] утверждает, что любая физическая теория (или положение) всегда имеет границы своей применимости, за которыми содержание теории (или положения) превращается в свою противоположность (ошибку, заблуждение, ложь и т.д.). До настоящего времени границы применимости преобразования Лоренца не были установлены, и даже не искались. Физикам, воспитанным апологетами, все в этой теории казалось простым и ясным, и такую задачу они перед собой не ставили, а жаль!
Мы различаем преобразование Лоренца и Специальную теорию относительности. СТО есть не более чем, мягко говоря, весьма поверхностная интерпретация преобразования Лоренца. По этой причине вопрос: является ли СТО научной теорией? — уже давно решен благодаря исследованиям многих здравомыслящих ученых. Наша статья это лишь капля в большую чашу существующих критических замечаний. Только догматизм позволяет СТО держаться «на плаву». Можно надеяться, что к своему столетнему Юбилею истинная сущность СТО будет установлена и осознана научной общественностью, а в школах и ВУЗ'ах перестанут морочить головы ученикам и студентам этими постулатами.
СТО имеет не только гносеологические ошибки. Как показано в [8], [9], [10] «блестящий математический формализм» СТО оказался несостоятельным. Во-первых, из релятивистского вариационного принципа нельзя получить единственное уравнение движения для частицы в полях, законы сохранения и т.д. Таких уравнений и законов СТО предсказывает сколь угодно много. Во вторых, классическая механика Ньютона не является следствием релятивистской механики при v/c близких к нулю.
До этого момента мы рассматривали логику содержания СТО. Однако СТО служит не для абстрактной научной эстетики. Она должна описывать и предсказывать физические явления. И в этой области не все столь благополучно, как об этом говорят апологеты СТО. Существует несколько прямых физических экспериментов, в которых предсказания СТО и опыт кардинально расходятся. Мы хотим обратить внимание читателя только на одно исследование. Во-первых, оно непосредственно опровергает эйнштейновскую теорему сложения скоростей. Во вторых, это результат следовало бы принять во внимание тем противникам СТО, которые строят альтернативные теории на основе представлений об эфире как материальной среде. Занимаясь критикой СТО и развитием своих гипотез, они не должны упускать из виду, что скорость света складывается со скоростью источника и наблюдателя по законам механики Ньютона.
Итак, обратимся к работе [11]. Дж. Уоллес провел анализ многочисленных наблюдений Венеры с помощью радара. Для сравнения он использовал две формулы сложения скоростей: эйнштейновскую и ньютоновскую. Радар позволял определять расстояние от Земли до Венеры с точностью до />км. Из-за вращения Земли в вычислениях расстояния могло возникнуть различие до 260 км. в зависимости от того, какая модель сложения скоростей была использована для вычислений. Уоллесом были учтены суточная компонента, пропорциональная скорости вращения Земли, тридцатидневная компонента, пропорциональная скорости движения системы Земля-Луна, синодорическая компонента, пропорциональная относительным скоростям планет.
При использовании формулы сложения скоростей Эйнштейна были обнаружены чрезмерно большие вариации, превосходящие иногда 2000 км. Это намного превосходило допустимые ошибки. В то же время, расчет по ньютоновской формуле превосходно укладывался в границах ошибок. Эти результаты отвергают СТО как научную теорию и свидетельствуют, как мы полагаем, в пользу «баллистической гипотезы» В.Ритца.
Заключение
Сказав, что СТО не является научной теорией, мы не «открыли Америки». Этот факт уже давно стал общеизвестной истиной и сейчас разве только ленивый (и догматик) «не пинает» СТО. Возможно, что к своему столетию это «прекрасное здание, построенное на песке» (по выражению Л. Бриллюена), уже рухнет. Что придет на смену СТО: новая объективная теория или же новая догма?
Это не праздный вопрос. Он связан с тем, что большинство физиков скептически относятся к философии естествознания. В этом вина не только философов, но и самих физиков. Мы можем утверждать, что только объективная теория познания научной истины есть та единственная опора, которая позволит избежать птолемеевских и эйнштейновских вариантов развития естествознания в будущем. Именно это мы хотели подчеркнуть, заканчивая нашу статью.
Приложение 1
Опираясь на взаимосвязь философских категорий «явление» и «сущность», мы можем дать универсальную классификацию физических законов, которая применима как для преобразования Галилея или Лоренца, так и для других подобных преобразований координат и времени в физических теориях. Данная классификация опирается на положение, что законы природы не зависят от выбора наблюдателем инерциальной системы отсчета. Это положение является общепризнанным, но оно касается только формы закона и ничего не говорит нам о физических переменных, входящих в сам закон. Опираясь на содержание понятий «явление» и «сущность», мы можем выделить два типа переменных:
а) физические переменные как характеристики явления;
б) физические переменные как характеристики сущности (инвариантные проявления сущности).
В зависимости от того, с какими переменными оперирует форма закона, мы будем проводить классификацию.
1. Кинематические законы (уравнения непрерывности). Форма этих законов инвариантна относительно преобразования координат и времени, т.е. перехода наблюдателя из одной инерциальной системы отсчета в другую. Она описывается некоторым оператором, зависящим от координат и времени. Этот оператор действует на некоторые физические переменные, являющиеся характеристиками явлений. Примером могут служить инвариантные относительно преобразования Лоренца уравнения Максвелла:
/>
в которых левая часть Aiи правая часть jiвсегда зависят от выбора инерциальной системы отсчета. Другим примером может служить уравнение непрерывности для плотности тока в механике Ньютона:
/>,
в которой j и rзависят от выбора инерциальной системы. Отметим, что физические величины (явления) оказываются спроецированными в ту систему отсчета, где покоится наблюдатель.
2. Динамические законы (уравнения взаимодействия). Рассмотрим пример закона такого типа из классической механики. Это уравнение движения материальной точки в некоторых полях: />. Левая и правая части этого уравнения инвариантны относительно преобразования Галилея. Причина инвариантности в том, что взаимодействие, работа и сила в механике Ньютона имеют сущностный характер, т.е. они не зависят от условий наблюдения взаимодействия (в данном случае от выбора системы координат наблюдателя). Взаимодействие объективно. Оно протекает как процесс. И, какое бы количество наблюдателей ни рассматривало этот процесс из своих инерциальных систем отсчета, взаимодействие протекает независимо от них (разумеется, если наблюдатель не вмешивается в этот процесс). Именно по этой причине F и a в формуле Ньютона инвариантны. Подобная инвариантность обеспечивается тем, что взаимодействие материальных объектов зависит только от относительных расстояний между объектами и относительных скоростей между ними. В этом принципиальное концептуальное различие между ньютоновской и релятивистской механиками.
Заканчивая эту классификацию, приведем два важных частных случая рассмотренных выше законов:
а) законы статики, в которых время вырождено;
б) топологические законы, в которых вырождено пространство. Примером топологических законов может служить теория электрических цепей. Этим, по-видимому, классификация физических законов исчерпывается.
Список литературы
1. В.А. Кулигин, Г.А. Кулигина, М.В. Корнева. Преобразование Лоренца и теория познания. / Воронеж. ун-т. — Воронеж, 1989. Деп. в ВИНИТИ 24.01.89, № 546.
V.A.Kuligin, G.A.Kuligina, M.V.Korneva. Epistemology and Special Relativity. Apeiron, (20:21). 1994.
В.А. Кулигин, Г.А. Кулигина, М.В. Корнева. Часть1. Анализ теории относительности // В.А. Кулигин, Г.А. Кулигина, М.В. Корнева. Кризис релятивистских теорий. Доклад на Международном Конгрессе — 2000: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ И ТЕХНИКИ (С.-Петербург, Университет, 2 — 8 июля 2000 г).
В.А. Кулигин. Причинность и взаимодействие в физике // Детерминизм в современной науке. Воронеж, 1987.
В.А. Кулигин, Г.А. Кулигина, М.В. Корнева. Часть3. Причинность в физике // В.А. Кулигин, Г.А. Кулигина, М.В. Корнева. Кризис релятивистских теорий. Доклад на Международном Конгрессе — 2000: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ И ТЕХНИКИ (С.-Петербург, Университет, 2 — 8 июля 2000 г).
В.А. Кулигин, Г.А. Кулигина, М.В. Корнева. Парадоксы релятивистской механики и электродинамика. / Воронеж. ун-т. — Воронеж, 1990. Деп. в ВИНИТИ 24.07.90, № 4180 — В90.
В.А. Кулигин, Г.А. Кулигина, М.В. Корнева. Физика и философия физики. / Воронеж. ун-т. — Воронеж, 2001. Деп. в ВИНИТИ 26.03.2001 № 729 – В 2001.
В.А. Кулигин, Г.А. Кулигина, М.В. Корнева. Часть 4. Вариационный принцип релятивистских теорий.// В.А. Кулигин, Г.А. Кулигина, М.В. Корнева. Кризис релятивистских теорий. Доклад на Международном Конгрессе — 2000: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ И ТЕХНИКИ (С.-Петербург, Университет, 2 — 8 июля 2000 г).
V.A. Kuligin. The Principle of Least Action in Special Relativity Theory. Galilean Electrodynamics, vol.12, Special Issues 2, 2001.
В.А. Кулигин. Интеграл действия релятивистской механики./ Проблемы пространства, времени, тяготения. -С.-Петербург.: Политехника, 1997.
B.G. Wallace. Radar testing of the relative velocity of light in space. Spectroscope Letters, vol.2, №12, 1969.