Kitabı oku: «Относительность одновременности и преобразования Лоренца», sayfa 2

Yazı tipi:

где – расстояние, пройденное подвижной системой за время t^'.

А так как

то

Поделим обе стороны выражения на

отсюда

Здесь с точки зрения физического смысла S^' есть расстояние, пройденное светом второй вспышки по часам подвижной системы. Имея промежуток времени t, отмеренный по часам неподвижного наблюдателя, который фиксирует обе вспышки, определим теперь с его помощью промежуток времени, физически заданный в подвижной системе t^'. Здесь также можно принять, что вторая вспышка излучается строго в тот момент, когда наблюдатель фиксирует первую вспышку по своим часам, так как для наблюдателя, занимающего произвольное место на прямой, соединяющей оба положения точки, но дальше, чем свет проходит за время t^', имеет место равенство:

где L – расстояние, пройденное светом за время начиная от момента окончания интервала t^' и до регистрации вспышки наблюдателем;

а S – расстояние, пройденное светом второй вспышки по часам наблюдателя.

Если наблюдатель находится ближе, чем расстояние то дополнительное расстояние L берется со знаком минус.

Отсюда

Поскольку расстояние, пройденное светом второй вспышки за время t по часам наблюдателя,

то, приравнивая, получим:

отсюда

Здесь t^' – физически реальный, реально заданный в движущейся системе промежуток времени;

t – наблюдаемый, отмеренный по часам отдалённого наблюдателя промежуток;

– коэффициент искажения длительности первоначально заданного в движущейся системе промежутка времени при передаче сигнала с помощью распространения света, возникающий за счет перемещения этой системы.

Посмотрим теперь, что изменится в нашем эксперименте, если в нарушение второго постулата считать, что скорость света будет складываться со скоростью его источника. Проделав все выкладки заново, используя вместо скорости света значение получим:

Если теперь предположить, что скорость источника будет вычитаться из скорости света, то получим, соответственно:

Отсюда видно, что при учете суммирования скорости света со скоростью источника физический смысл наблюдаемого явления от этого не поменяется. Изменится только численное выражение получающихся параметров – они уже не будут соответствовать преобразованиям Лоренца.

Также отметим дополнительно, что эксперимент, который мы объявили мысленным, при имеющихся в настоящее время возможностях экспериментальной техники вполне воспроизводим в реальности и может иметь точность, достаточную для подтверждения отмеченного нами эффекта. Как видно из приведенного примера, изменение временных масштабов (относительность одновременности) при движении источника света действительно отмечается, только это изменение не является реально существующим и регистрируется не непосредственно в движущейся системе, а исключительно у наблюдателя, воспринимающего световые сигналы, несущие информацию об этом движении. Отсюда виден и физический смысл релятивистского радикала в преобразованиях Лоренца. Этот радикал определяет коэффициент регистрируемого (кажущегося) изменения параметров процессов из-за движения самой подвижной системы при передаче их световыми сигналами в любое место неподвижной системы. Можно констатировать, что, хотя аксиоматическая часть теории относительности была принята без поправок, никакого изменения течения времени в подвижной системе не выявляется. Это изменение обнаруживается лишь у наблюдателя в неподвижной системе и происходит при наблюдении процесса издалека за счет изменившегося из-за перемещения подвижной системы времени распространения сигнала, что соответствует неоднократному заявлению Эйнштейна о «наблюдении из покоящейся системы». Изменение длины движущегося объекта при постановке соответствующего эксперимента можно будет обнаружить соответственно, но и это изменение точно так же не будет являться реально существующим и также будет регистрироваться не непосредственно в движущейся системе, а исключительно у наблюдателя, воспринимающего световые сигналы.

Отсюда вытекает главный вывод:

Если строго исходить из положений теории относительности, ни в чём не нарушая ее построений, можно убедиться, что физического изменения свойств времени и пространства в движущейся системе отсчета не существует. Теория относительности их не описывает. Все они регистрируются исключительно у отдаленного наблюдателя и представляют собой наблюдаемую им картину.

Нам осталось теперь выяснить физический смысл «местного» времени в преобразованиях Лоренца. Для этого сначала рассмотрим распространение вспышки света (монохроматической сферической электромагнитной волны пренебрежимо малой длительности) вдоль неподвижного твердого стержня длиной x, диаметром существенно меньше его длины. Пусть конец A этого стержня находится в начале координат неподвижной системы, а сам стержень располагается вдоль оси X. Вспышка света выходит из конца B и регистрируется у конца A, где располагается наблюдатель. В этом случае время распространения света в неподвижной системе координат:

То есть если стержень неподвижен, то t – время прохождения светом длины x. Рассмотрим теперь движение вспышки света вдоль того же стержня в тех же условиях, но приведенного в движение со скоростью v вдоль оси X^' сторону больших значений x^', излученной в момент времени когда оси и начала координат совпадают. Пусть наблюдатель, находящийся в начале координат подвижной системы, движется вместе с ней. При учете условия получаем время распространения света (сигнала) в подвижной системе отсчета:

Таким образом, мы выяснили и физический смысл выражения для «местного» времени. «Местное» время дает дополнительное кажущееся изменение параметров процесса при распространении света внутри движущейся системы, регистрируемое у наблюдателя, находящегося в начале координат этой системы. Если теперь выйти за пределы движущейся системы и записать все выявленные изменения одним выражением, то к движению света внутри подвижной системы необходимо добавить движение самой подвижной системы, т. е. нужно вернуть наблюдателя в начало координат неподвижной системы. Воспользуемся для этого уравнением

умножив его на c.

Получим:

где x – длина стержня, наблюдаемая из неподвижной системы.

Отсюда:

Подставим ее в выражение для t^':

Получим:

где – промежуток времени по часам неподвижного наблюдателя. Умножив обе части уравнения на c, имеем:

Присоединив сюда выведенное ранее выражение для времени, окончательно получим:

что полностью совпадает с преобразованиями Лоренца.

Нами таким способом доказано первоначальное утверждение, что преобразования Лоренца действительно ограничивают передачу характеристик из подвижной системы в неподвижную исключительно теми из них, которые могут передаваться с помощью распространения электромагнитных волн, так как полученное выражение выведено без привлечения иных, кроме распространения света, явлений.

Из всего сказанного видно, что в теории относительности речь идет вовсе не о реальном изменении времени в движущейся системе или размеров движущихся материальных тел, а исключительно о регистрируемых (фиктивных) изменениях их у наблюдателя. Следовательно, изменения свойств пространства и времени, чем объясняются в ней наблюдаемые изменения временных промежутков и длины твердых тел, в реальности не происходит. Происходит лишь искажение информации при передаче сообщения. Применяя преобразования Лоренца к реальному движению тел, мы как раз и описываем эти искажения.

Теория относительности не описывает процессы сами по себе, она описывает передачу информации о процессах. А преобразования Лоренца описывают лишь кажущиеся изменения параметров, возникающие вследствие переноса их из движущейся системы в неподвижную с помощью распространения света.

Иными словами, теория не отвечает на вопрос: что происходит на самом деле? Она отвечает на другой вопрос: что мы видим, когда наблюдаем происходящее? Причем неважно, попадает свет в глаз наблюдателя или в регистрирующий прибор. То есть теория относительности есть теория, описывающая радиооптические иллюзии, возникающие при движении материальных тел, наблюдаемых неподвижным наблюдателем, а потому является обычной научной теорией, имеющей собственное доказательное значение, но сравнительно узкое по охвату фактов, не способное претендовать на объяснение ключевых свойств мироздания. Уже существует раздел физической науки под названием «Оптика», который посвящен похожим иллюзиям; там дается объяснение и толкование таких иллюзий. Например, явления преломления световых лучей в линзе, на границе прозрачных сред разной плотности, при распространении света в атмосфере и т. д. Увеличение или уменьшение изображения предмета при рассматривании его через линзу, видимый излом чайной ложки в стеклянном стакане, наполовину наполненном водой, мираж в пустыне и прочее соответствуют в теории Эйнштейна относительности одновременности, изменению размеров движущихся твёрдых тел и другим иллюзиям при наблюдении их из неподвижной системы. Таким образом, теория относительности вносит небольшое, но заметное дополнение в уже существующий раздел физической науки. Радиооптические иллюзии и есть содержание теории. В этом ее истинный физический смысл и, соответственно, истинное место теории Эйнштейна в физической науке.

Другое дело, что в теории относительности эти иллюзии только констатируются, но не объясняются, а наблюдаемые изменения параметров объявляются физически реальными.

Или, по-другому, теория относительности представляет собой лишь описание некоторых неизвестных ранее сторон давно известных явлений. То новое, что она добавляет к явлениям, возникающим при распространении света, заключается в том, что свет, переносящий информацию о наблюдаемых явлениях, испускается движущимся объектом или отражается от него.

Выявленное здесь содержание теории вполне объяснимо, так как она появилась в результате осмысления результатов экспериментов со светом и анализа теории электромагнитных волн, строилась для устранения недостатков этой теории и применялась для устранения этих недостатков. Но когда ее применяют для объяснения наблюдения движения физических тел, смешивая движение этих тел с распространением света, неизбежно получают проекцию движения, переносимую с помощью распространения электромагнитных волн.

Необходимо еще раз отметить, что все сказанное принципиально не выходит за пределы теории относительности, оставаясь в ее рамках и не затрагивая способов доказательства ее положений. Кроме того, рассматриваемые случаи также описываются в терминах этой теории и исключительно с помощью приемов, в ней применяемых.

Правильность сделанных выводов подтверждается тем, что с представленной точки зрения устраняются практически все так называемые парадоксы теории относительности, так как каждому из них можно найти вполне рациональное объяснение, что хорошо видно на примере наиболее часто рассматриваемого парадокса, известного как «парадокс близнецов». В реальности никакого парадоксального взаимного омоложения близнецов не происходит, оба они старятся одинаково, но информация о состоянии каждого, будучи передана как от подвижного близнеца к неподвижному, так и от неподвижного к подвижному, с помощью распространения электромагнитных волн искажается в одинаковой степени, поэтому каждый из них считает другого состарившимся в меньшей степени. И если после путешествия они встретятся, то не найдут никакой разницы в своих состояниях. О том же вполне определённо сказано у М.В.Корнеевой и В.А. Кулигина на sciteclibrary.ru/texsts/rus/stat/st1687.htm .

3. Физический смысл полученных уравнений для движущихся твердых тел и движущихся часов

Посмотрим теперь, используя уже доказанное объяснение о свойстве преобразований Лоренца, устраняются ли этим объяснением остальные парадоксальные и сенсационные результаты кинематики теории относительности.

Применяя далее выведенные им преобразования к конкретным случаям движения, Эйнштейн пытается делать выводы относительно изменяющихся параметров движущихся тел.

Он пишет:

«Рассмотрим твердый шар радиуса R, находящийся в покое относительно движущейся системы k, причем центр шара совпадает с началом координат системы k. Уравнение поверхности этого шара, движущегося относительно системы K со скоростью v, имеет вид:

Уравнение этой поверхности, выраженное через x, y, z, в момент времени будет

Следовательно, твердое тело, которое в покоящемся состоянии имеет форму шара, в движущемся состоянии – при наблюдении из покоящейся системы – принимает форму эллипсоида вращения с полуосями

В то время как размеры шара (а, следовательно, и всякого другого твердого тела любой формы) по осям Y и Z от движения не изменяются, размеры по оси X сокращаются в отношении

и тем сильнее, чем больше v. При все движущиеся объекты, наблюдаемые из „покоящейся“ системы, сплющиваются и превращаются в плоские фигуры. Для скоростей, превышающих скорость света, наши рассуждения теряют смысл…». [5]

Из приведенных здесь подлинных рассуждений Эйнштейна отчетливо видно, что и в этом случае речь здесь идет вовсе не о реальных, физически существующих изменениях размеров материальных объектов, а исключительно о наблюдаемых из неподвижной системы изменениях. В коротком отрывке он дважды подчеркивает, что речь идет об изменениях «при наблюдении из покоящейся системы». В ином смысле приведенные выкладки понять невозможно, и считать, что движущиеся тела реально, физически сокращают свои размеры, есть сугубое искажение смысла самих рассуждений Эйнштейна. Т.е. всякий раз, когда он пишет: «…при наблюдении из покоящейся системы…», – речь идёт о передаче параметра с помощью распространения света или электромагнитных волн другого диапазона наблюдателю. Следовательно, физический смысл приведенных уравнений заключается в том, что если мы при наблюдении из покоящейся системы видим движущийся эллипсоид вращения и можем каким-либо образом зафиксировать (измерить) его параметры, то для нахождения истинной (физически реальной) формы этого эллипсоида нужно разделить наблюдаемые значения параметров, измеренные вдоль направления движения, на релятивистский радикал.

То есть при наблюдении движущихся тел видимая (кажущаяся) длина их действительно уменьшается, но это уменьшение ни в коем случае нельзя считать физически реальным и относить к самому движущемуся телу. Оно будет лишь наблюдаемым (фиктивным) и будет фиксироваться только у наблюдателя в неподвижной системе.

Рассмотрим теперь, как Эйнштейн описывает поведение движущихся часов:

«Представим себе далее, что часы, находясь в покое относительно покоящейся системы, показывают время t, а находясь в покое относительно движущейся системы, показывают время τ. Пусть они помещены в начале координат системы k. Как быстро идут эти часы при рассмотрении из покоящейся системы? Величины относящиеся к месту, в котором находятся эти часы, очевидно, связаны соотношениями:

Таким образом,

откуда следует, что показание часов (наблюдаемое из покоящейся системы) отстаёт в секунду на:

И в этом случае из подлинных рассуждений Эйнштейна следует, что отставание часов суть «наблюдаемое из покоящейся системы». Это Эйнштейн специально отмечает в приведенном отрывке. Между тем процедура наблюдения движущихся часов у него не прописана. Но поскольку первоначальную синхронизацию их он предполагает проводить с помощью световых сигналов, а для вычислений употреблять преобразования Лоренца, то и наблюдение за их поведением он тоже должен осуществлять с помощью распространения света. Способ одновременного непосредственного наблюдения циферблата неподвижных и движущихся часов требует что не соответствует действительности, поэтому в реальности приходится выбирать всего лишь из двух возможностей: либо вести из неподвижной системы наблюдение циферблата движущихся часов с помощью оптических инструментов, либо передавать их показания с помощью электромагнитных волн другого диапазона. И в том и в другом случае из-за конечности скорости распространения света или электромагнитных волн другого диапазона пока сообщение достигнет наблюдателя его неподвижные часы, с показаниями которых он будет сравнивать полученные показания движущихся часов, «уйдут» вперед и движущиеся часы действительно будут отставать на вычисленное Эйнштейном время. Однако из его рассуждений видно, и он специально об этом предупреждает, что это отставание лишь «наблюдаемое из покоящейся системы».

Продолжим анализ положений теории относительности.

Эйнштейн пишет:

«Если в точках A и B системы K помещены покоящиеся синхронно идущие часы, наблюдаемые в покоящейся системе, и если часы из точки A двигать по линии, соединяющей ее с B, в сторону последней со скоростью v, то по прибытии этих часов в B они уже не будут более идти синхронно с часами в B». [7]

Здесь в полном противоречии со здравым смыслом и всеми предыдущими собственными рассуждениями, Эйнштейн заявляет, что «ход» движущихся часов замедляется реально, физически.

То есть, постоянно отмечая во всех предыдущих разделах, что относительность одновременности, так же, как и сокращение длины движущегося стержня, суть «наблюдаемые из покоящейся системы», здесь совершенно произвольно, без малейшего обоснования, он утверждает, что замедление «хода» часов можно зафиксировать по прибытии.

Это заявление и есть та критическая точка в создании теории относительности, от которой ведут свое происхождение все ее «парадоксы» и недоразумения.

Скрытно используя доказанное в настоящей работе свойство преобразований Лоренца, Эйнштейн без всяких упоминаний о нем произвольным образом ввел в физическую науку изменение «хода» времени при равномерном движении.

Для полноты картины необходимо выяснить, имело ли здесь место неосознанное заблуждение, либо Эйнштейн допустил сознательное отступление от истины.

В начале «Сущности теории относительности», а именно в главе второй, он делает по поводу полученных результатов специальное заявление: «Из всего изложенного выше следует, что пространственные и временные данные имеют не фиктивное, а физически реальное значение». [8]

Откуда становится понятным, что отступление от истины, предпринятое им в статье «К электродинамике движущихся тел», сделано им вполне сознательно. Во-первых, если бы Эйнштейн сделал в статье логическую ошибку, то впоследствии он не отмечал бы специально различие между фиктивными и физически реальными значениями параметров. То есть если бы он логически смешал понятия «наблюдаемый» и «физически реальный», то и далее он продолжал бы в том же духе, и не было бы необходимости позже упоминать о фиктивности данных. Во-вторых, из этого заявления видна важность для него констатации физической реальности наблюдаемых издалека (кажущихся) явлений. Тем самым он дополнительно подтверждает сознательный переход на позицию признания реального изменения свойств пространства и времени, поскольку в этом случае теория относительности давала возможность сконструировать необычную, парадоксальную реальность. Кроме того, на вопрос, реально ли лоренцево сокращение или нет, Эйнштейн дал весьма уклончивый ответ, что также не свидетельствует в его пользу. Тем не менее, его объяснения, при всей их сомнительности, в официальной науке до сих пор принимались без критики. Но сейчас, когда найден истинный смысл изменения параметров движущихся физических тел, описанного в специальной теории относительности, появилась возможность прояснить, наконец, и содержание высказывания Эйнштейна по этому поводу: «Вопрос о том, реально лоренцево сокращение или нет, не имеет смысла. Сокращение не является реальным, поскольку оно не существует для наблюдателя, движущегося вместе с телом; однако оно реально, так как оно может быть принципиально доказано физическими средствами для наблюдателя, не движущегося вместе с телом». [9]

Из этого заявления можно вывести, что Эйнштейн прекрасно понимал суть объясняемого явления, т.е. признавал лоренцево сокращение фиктивным (кажущимся), наблюдаемым лишь отдаленным неподвижным наблюдателем, но ему во что бы то ни стало необходимо было наблюдаемую иллюзию объявить реально существующей; для этого в дальнейшем изложении своего взгляда он сознательно не учитывает, что наблюдатель, не движущийся вместе с телом, должен находиться на некотором расстоянии от наблюдаемого объекта и поэтому при наблюдении движения тела может использовать для такого наблюдения из физических средств исключительно лишь те, которые воспринимают параметры, переносимые светом либо электромагнитными волнами другого диапазона.

Если не учитывать этого обстоятельства и попытаться, например, с помощью объяснения Эйнштейна сделать заключение о том, какая система строения Солнечной системы – Коперника или Птолемея – правильна, то придется принять, что, безусловно, верна именно система Птолемея и что вопрос об истинности движения Солнца вокруг Земли тоже не имеет смысла, – для наблюдателя, движущегося вместе с Солнцем, его движение вокруг Земли не является реальным, «однако оно может быть доказано физическими средствами для наблюдателя», движущегося вместе с Землей.

Из всего сказанного понятно, что Эйнштейн осознавал ошибочность своего истолкования построений созданной им теории, но по причинам, известным только ему, продолжал придерживаться точки зрения, противоречащей реальности. Однако, оставаясь на ложной позиции, он продолжает далее неизбежно делать один ошибочный вывод за другим.

«Если в точке А находятся двое синхронно идущих часов и мы перемещаем одни из них по замкнутой кривой с постоянной скоростью до тех пор, пока они не вернутся в A (на что потребуется, скажем, t сек.), то эти часы по прибытии в A будут отставать по сравнению с часами, остававшимися неподвижными…». [10]

Поскольку отставание часов лишь кажущееся, то при сравнении показаний неподвижных часов с показаниями движущихся, совершивших путешествие по замкнутой кривой из A в A, наблюдатель не обнаружит никакого расхождения в пределах соответствия движения по этой траектории равномерному прямолинейному движению. Если такое расхождение на практике обнаруживается, то оно имеет причины, не связанные с равномерным прямолинейным движением.

И далее: «Отсюда можно заключить, что часы с балансиром, находящимся на земном экваторе, должны идти несколько медленнее, чем точно такие же часы, помещенные на полюсе, но в остальном поставленные в одинаковые условия». [11]

Период колебания балансира, как известно, определяется свойствами самого балансира и свойствами приводящей его в равновесие пружины, т. е. чисто механическими параметрами. Поскольку эти параметры, как уже выяснено, не меняются при равномерном прямолинейном движении, никакого изменения скорости хода балансирных часов от помещения их на полюс или на экватор в пределах соответствия движения точки на поверхности Земли равномерному прямолинейному движению не обнаружится. Маятниковые же часы в этих условиях действительно должны изменять скорость хода, но эти изменения не имеют никакого отношения к теории относительности.