Kitabı oku: «Природа и свойства физического времени», sayfa 20

Yazı tipi:

7. Преобразование уравнений Максвелла – Герца с учетом конвекционных токов

О преобразовании полей в специальной теории относительности было достаточно сказано в п. 4 настоящей работы. Добавление в теорию источников поля не вносит ничего нового в способ объяснения явления. Но, пытаясь построить электродинамику движущихся тел с этими источниками, Эйнштейн попадает в порочный круг. Построение всей своей электродинамики он, как известно, начинает с постулирования принципа относительности (первый постулат). Далее, на основании этого постулата и постулата независимости скорости света от движения источника следует вывод преобразований Лоренца. Далее, применяя эти преобразования к уравнениям Максвелла с учетом конвекционных токов, Эйнштейн показывает, что уравнения сохранили свою форму и в этом случае. Отсюда он выводит, что «электродинамическая основа лоренцовской электродинамики движущихся тел (в интерпретации А. Эйнштейна. – Л. М.) подчиняется принципу относительности, если исходить из наших кинематических принципов». [33]

Однако он в очередной раз «забывает» то обстоятельство, что для сохранения формы уравнений нужно было еще раз дополнительно применить к уравнениям принцип относительности, приняв, что штрихованные и нештрихованные параметры совпадают. Кроме того, эти самые кинематические принципы как раз и заключаются в применении принципа относительности ко всей теории. То есть, подчинив сначала этому принципу все свои построения, применив его в преобразованиях несколько раз, создав электродинамику, основанную на принципе относительности, в итоге, как следствие, как новый результат, Эйнштейн заключает, что такая электродинамика подчиняется принципу относительности. Классический circulus vitiosus! Кроме этого, здесь присутствует еще одно произвольное заявление, хотя и не имеющее столь решающего значения, как предыдущие два.

«Если представить себе, что заряды неизменно связаны с очень малыми твердыми телами (ионы, электроны), то эти уравнения являются основой электродинамики Лоренца и оптики движущихся тел». [34]

Поскольку гипотеза полевого строения всей материи на данный момент не доказана, а в используемые уравнения Максвелла и в итоговые уравнения, полученные Эйнштейном, принципиально не входит величина массы и другие параметры твердых тел, о которых говорит Эйнштейн, то распространять эту часть теории относительности на всю электродинамику Лоренца без специального обоснования было бы, по меньшей мере, некорректно. Соображения же по поводу оптики движущихся тел были уже высказаны в предыдущем разделе.

8. Динамика (слабо ускоренного) электрона

Настоящий раздел теории относительности был вызван к жизни желанием Эйнштейна объяснить результаты опытов Томсона и Кауфмана и тем самым подтвердить правильность своей теории.

По-прежнему ничего не меняя в логике и построениях специальной теории относительности по поводу движения заряженной частицы, попробуем выяснить соответствие формализма ее описания в теории физическому смыслу поведения массы частицы в электромагнитных полях.

Эйнштейн так описывает начальные условия рассматриваемого эксперимента: «Если электрон находится в покое в течение определенного промежутка времени, то в ближайший за ним элемент времени движение электрона, поскольку оно является медленным (выделено мной – Л.М.), будет описываться уравнениями:

где – координаты электрона;

а µ – масса электрона.

Далее пусть электрон в течение определенного промежутка обладает скоростью v. Найдем закон, согласно которому электрон движется в непосредственно следующий за этим промежутком элемент времени». [35]

То есть, чтобы получить закон движения электрона для любой скорости в относительной лоренцевой системе отсчета, он принимает электрон, движущийся в абсолютной системе, за практически неподвижный (квазистационарный), поскольку второй постулат позволяет ему сделать такое предположение. Как выразился по этому поводу Паули: «Уже в своей первой работе Эйнштейн показал, что теория относительности позволяет сделать вполне определенные заключения о законах движения точечного заряда, движущегося в электромагнитном поле с произвольно большой скоростью, если эти законы известны для движения с бесконечно малой скоростью». [36]

Далее он принимает его движущимся со значимой скоростью, пытаясь таким образом создать подвижную систему. Но, когда Эйнштейн, конструируя относительное пространство, считает электрон движущимся со скоростью v, в ситуацию не привносится ничего нового. В обоих случаях это тот же самый электрон, с той же самой скоростью, независимо от того, считает ли Эйнштейн эту скорость бесконечно малой или значащей. Относительная скорость систем отсчета, сконструированных Эйнштейном, таким образом, равна нулю, расстояния между системами не существует, как не существует и запаздывания сигнала при передаче его из одной системы в другую, поэтому фактически никаких двух, движущихся относительно друг друга систем, в данном случае нет. И в том и в другом случае он остается в единственном покоящемся пространстве, где применимы только преобразования Галилея. Далее, помимо сказанного, для упрощения вычислений он выбирает момент движения электрона, при котором Мало того, что у него один и тот же электрон играет здесь две разные роли, так еще и происходит это в один и тот же момент времени и в одном и том же месте. В подобном случае прежние несоответствия усугубляются тем, что дополнительно устанавливается отсутствие расстояния между подвижной и неподвижной системами, а также запаздывания сигнала между ними. А это в целом означает, что никаких относительных систем отсчета, как уже было замечено, он не создал и описание, сделанное Эйнштейном, относится к единственной абсолютной системе отсчета, где применимы лишь преобразования Галилея.

Поэтому уравнения

тождественно и построчно равны уравнениям

т.е. это одни и те же уравнения, а все дальнейшие выкладки есть не что иное, как математическая спекуляция, не имеющая никакого отношения к физике явления. Поэтому, не разбирая дальше его построения, посмотрим, что же на самом деле следует из них относительно слабо ускоренного электрона. В конечном итоге он получает:

откуда делается вывод, что с увеличением скорости масса электрона растет, что является произвольным толкованием полученного выражения. Если преобразовать эти выражения к используемому в нашей работе стандартному виду (ч.1, разд. 2)

то можно наглядно увидеть истинный физический смысл полученных уравнений.

Рассмотрим полученные выражения c точки зрения правил самой теории относительности.

Здесь – действительно заданная в движущейся системе величина силы, действующей на электрон;

– параметры движения электрона, наблюдаемые неподвижным наблюдателем и соответствующие величине действующей на него силы, которая из-за движения системы отсчета будет отличаться от силы, непосредственно заданной в самой движущейся системе;

– коэффициенты искажения действительно заданной силы, возникающие вследствие движения системы отсчета. При этом здесь мы не комментируем то обстоятельство, что и движущаяся, и неподвижная системы – это один и тот же электрон, а исходим исключительно из формализма данного раздела теории относительности. Поэтому наше толкование в точности соответствует ранее полученным (ч. 1 разд. 2) выводам. То есть если даже принять построения Эйнштейна в том виде, в каком они были представлены, не обращая внимания на то, что они не имеют никакого отношения к физике описываемого явления, из них видно, что и в этом случае масса заряженной частицы при равномерном движении с высокими скоростями остается неизменной, равной массе покоя, а сила, приводящая ее в движение, падает пропорционально росту ее скорости. При этом одновременно устраняется еще одна, заявленная Эйнштейном, произвольная гипотеза, не имеющая физического смысла, а именно, деление массы на продольную и поперечную. Вместо несуществующих продольной и поперечной масс появляется продольная и поперечная компоненты вектора силы, действующей на частицу, что, напротив, имеет глубокий физический смысл. Соответственно, и выражение для кинетической энергии электрона, выведенное Эйнштейном, выглядит теперь по-иному:

Отсюда вытекает, что скорость движения частицы ограничивается вовсе не принципиальной невозможностью достичь скорости света из-за роста массы, а, скорее, трудностью электромагнитными способами сообщить ей необходимую для этого энергию.

Из всего представленного видно, что в данном случае теория относительности в применении к движению заряженных частиц в интерпретации Эйнштейна не объясняет реального механизма их движения в электрических и магнитных полях. Выводы, которые он делает, отличаются от истинного содержания полученных им выражений. Поэтому, обозревая электродинамическую часть статьи «К электродинамике движущихся тел» в целом, можно сделать следующие неоспоримые заключения:

1. Специальная теория относительности Эйнштейна есть теория оптики движущихся тел, удовлетворительно описывающая распространение света от движущегося источника при его движении с большими скоростями, например, эффект Доплера, звездную аберрацию и другие радиооптические иллюзии. Она удовлетворительно описывает передачу информации о процессах, а не сами процессы, как таковые.

2. Применение специальной теории относительности к объяснению движений макроскопических тел, не сопровождающихся одновременным распространением света от этих тел к наблюдателю, приводит к недостоверным, парадоксальным результатам вследствие выхода за пределы применимости теории.

3. Специальная теория относительности не объясняет реального механизма взаимодействия движущихся зарядов и электромагнитных полей, подменяя объяснение особенностей такого вида взаимодействий утверждением об изменении свойств пространства и времени при движении.

4. Из собственных построений специальной теории относительности не следует, что масса тела зависит от изменения его скорости, но при попытках увеличить скорость частицы с помощью воздействия электрических и магнитных полей сила, действующая на заряженную частицу, падает пропорционально увеличению её скорости, что ограничивает возможности сообщения частице дополнительной энергии.

Таким образом, как и предвидел сам Эйнштейн, то, что сто лет назад казалось оригинальным, смелым и изящно объясняющим электродинамические явления, в настоящее время выглядит искусственным, надуманным или просто неверным.

Часть 3. Зависит ли инерция тела от содержащейся в нем энергии?

В первой и второй частях настоящего исследования была проанализирована статья Эйнштейна «К электродинамике движущихся тел» и было показано, что если не подвергать сомнению правильность исходных предпосылок (постулатов) и не изменять дальнейшие построения теории, строго придерживаясь представлений Эйнштейна о природе и свойствах электромагнитных волн и способах их распространения, то специальная теория относительности Эйнштейна, являясь обычной физической теорией, имеет очень узкую область применения. Эта теория описывает исключительно радиооптические иллюзии, возникающие при распространении света (или электромагнитных волн другого диапазона) от движущихся тел к неподвижному наблюдателю, и не может, в силу внутренних ограничений, описывать другие явления. В пределах области своего применения (распространения света от движущихся тел) она удовлетворительно объясняет физические процессы, являясь, с другой стороны, теорией, точность которой ограничена внутренними начальными условиями.

Применение же ее для объяснения широкого круга явлений, выходящих за область применимости теории, неизбежно влечет за собой появление необъяснимых парадоксов (вроде парадокса Эренфеста) и противоречию с опытными данными.

Оставаясь на прежней позиции, т.е. ничего не меняя в исходных предпосылках и построениях теории, попробуем теперь проанализировать вывод и обоснование Эйнштейном эквивалентности массы и энергии в его статье «Зависит ли инерция тела от содержащейся в нем энергии?»

1. Формула Томсона и спекуляции Эйнштейна

В своей книге «Электричество и материя», посвященной электрическим и магнитным явлениям, Дж.Дж.Томсон, поскольку описывает свойства электромагнитного поля, выводит формулу, которую позже заново вывел Эйнштейн:

где E – электростатическая энергия в единице объема;

M – масса связанного, увлекаемого эфира;

V – скорость света.

С точки зрения теории увлекаемого эфира, соотношение, выведенное Томсоном, является логичным, прозрачным и не допускающим ложных толкований. Что в этой формуле наиболее важно, так это принадлежность массы и категория энергии. Масса принадлежит эфиру, а энергия – электрическому полю. Независимо от истинности или ложности представлений Томсона относительно эфира, общая логика доказательства строго соответствует исходным посылкам и в процессе доказательства ничем не нарушается.

Эйнштейн, который переосмыслил саму формулу, такой строгостью подхода к доказательствам, как мы увидим позже, не отличался. В статье «Зависит ли инерция тела от содержащейся в нем энергии?» начинает он с энергии плоских волн:

применяя к энергии волны в неподвижной системе преобразования Лоренца.

Здесь Эйнштейн опять заявляет, что такой (ℓ^') будет энергия плоских волн света, «отнесенная к системе (ξ, η, ζ)».Тем самым в очередной раз создается иллюзия, что энергия непосредственно измеряется в движущейся системе, в то время как она наблюдается из движущейся системы. Если энергия непосредственно измеряется (ℓ), то у Эйнштейна это означает, что она измерена в абсолютной неподвижной галилеевой системе (в покоящемся пространстве). В противном случае значение энергии, распространяющейся из неподвижной системы волны, должно было бы наблюдаться из подвижной системы, а истинное ее значение мы могли бы только вычислить, поделив полученное при этом наблюдении значение на релятивистский радикал.

Итак, мы имеем энергию плоских волн света, измеренную в абсолютной неподвижной системе отсчета. Далее Эйнштейн применяет к этому значению преобразования Лоренца, т. е. описывает картину наблюдения из движущейся системы измеренного ранее значения энергии. А как неоднократно было объяснено и показано, при таком наблюдении из-за движения системы и запаздывания сообщения появляется ошибка в параметре, измеренном первоначально в неподвижной системе. В данном случае эта ошибка равна

То есть в представленном выражении ℓ^' – значение энергии плоской волны, наблюдаемой из движущейся системы отсчета, ℓ – значение энергии, измеренное в неподвижной системе отсчета непосредственно. Таким образом, оба значения принадлежат одному и тому же физическому параметру одного и того же процесса, в штрихованном случае искаженному при передаче его распространением света. Если бы наблюдатель был неподвижен то значения измеренного и наблюдаемого параметра совпадали бы:

но наблюдатель движется, и это движение вносит в величину энергии, им регистрируемую, соответствующее скорости его движения искажение. Физический смысл уравнения, которое приводит Эйнштейн, заключается не в том, насколько реально различается энергия волны в разных системах, а в том, что вычисляется, во сколько раз при этом искажается переданный параметр. Никакого иного смысла в приведенном отношении нет и быть не может.

Далее Эйнштейн вводит энергию покоящегося тела E₀. При этом он никак не объясняет, что это за энергия. Если Томсон прямо говорит, что E – это энергия электростатического поля, что физически вполне понятно, то Эйнштейн не раскрывает физического смысла введенной энергии покоящегося тела и, как мы увидим впоследствии, делается это не случайно.

Далее, проделывая с введенной таким образом неопределенной энергией различные преобразования, Эйнштейн получает уравнение

и заключает: «В этом соотношении обе разности вида имеют простой физический смысл. Величины H и E представляют собой значения энергии одного и того же тела, отнесенные к двум координатным системам, движущимся относительно друг друга, причем тело покоится в одной из систем [в системе (x, y, z)]. Таким образом, ясно, что разность может отличаться от кинетической энергии K тела… только на некоторую аддитивную постоянную C…». [40]

Тут приходится предполагать: либо Эйнштейн совершенно не понимал физического смысла полученного уравнения, что маловероятно, либо понимал, но в угоду поставленной цели – превратить специальную теорию относительности в выдающееся событие в науке – сознательно вводил исследователей в заблуждение.

Величина E₀, по Эйнштейну, действительно представляет собой некую энергию тела, измеренную непосредственно в абсолютной неподвижной системе. Но величина H₀ вовсе не является величиной энергии, как утверждает Эйнштейн, отнесенной, т. е. измеренной в подвижной системе. Величина H₀ есть значение энергии E₀, перенесенное к неподвижному наблюдателю с помощью света или электромагнитного излучения другого диапазона. (Для того чтобы наблюдать энергию в подвижной системе, необходимо сначала перенести туда этот параметр с помощью света или электромагнитного излучения иного диапазона.) При этом согласно принципу относительности, тело считается движущимся со скоростью -v. Мало того, что оба значения E₀ и H₀ принадлежат одному и тому же параметру в одном и том же эксперименте, во втором случае измененному за счет запаздывания электромагнитных волн, переносящих информацию об этом параметре, так еще и сам по себе физический смысл этого параметра Эйнштейном не определен. И разности вопреки его утверждению, ни при каких условиях не могут иметь смысла кинетической энергии, или, как он утверждает, «отличаться от кинетической энергии K тела на некоторую аддитивную постоянную C», так как к кинетической энергии движущегося тела они вообще имеют весьма отдаленное отношение.

Поясним этот вывод. Если из неподвижного тела происходит испускание световой волны, уносящей энергию в разные стороны, значит, внутри него существует некий процесс, который эту волну генерирует. Для этого процесса действительно существует уравнение

в котором значения некоторой, не определенной Эйнштейном энергии процесса до излучения E₀ и после него E₁ непосредственно определяются в абсолютной неподвижной системе отсчета (в соответствии с преобразованиями Галилея).

Если теперь применить к выражению для этой энергии преобразования Лоренца, то получим значения наблюдаемой энергии до излучения H₀ и после излучения H₁, соответствующие значениям измеренной энергии до излучения E₀ и после излучения E₁, которые переносятся в движущуюся систему с помощью распространения электромагнитного излучения, если такое в принципе возможно. То, что мы можем измерить значение E₀ и E₁, еще не говорит о том, что мы можем эти значения передать.

Но если такое возможно, то имеет место равенство:

где радикал есть коэффициент искажения параметра L при наблюдении его из движущейся системы с помощью распространения электромагнитной волны. Разности представляют собой величины разностей излученной энергии, измеренные в первом случае непосредственно в абсолютной неподвижной системе координат, а во втором – наблюдаемые из подвижной системы.

Разность

показывает, на какую величину изменяется наблюдаемая из подвижной системы с помощью распространения электромагнитного излучения энергия тела, по сравнению с той же энергией, измеренной в абсолютной неподвижной системе до излучения. То есть какова погрешность наблюдения величины энергии тела из подвижной системы до излучения, появляющаяся за счет движения наблюдателя.

Разность

показывает, на какую величину изменяется наблюдаемая из подвижной системы с помощью распространения электромагнитного излучения энергия тела по сравнению с той же энергией, измеренной в абсолютной неподвижной системе, после излучения. То есть какова погрешность наблюдения величины энергии тела из подвижной системы после излучения.

Соответственно, разность

физического смысла, заявленного Эйнштейном, не имеет, так как показывает, на какую величину изменяется погрешность между наблюдаемыми в относительной и измеренными в абсолютной системе значениями энергии до излучения и после излучения. Иными словами, насколько изменится погрешность наблюдения величины энергии тела из подвижной системы, если брать ее до излучения и сравнивать с той же погрешностью после него. Эта погрешность пропорциональна скорости перемещения подвижной системы и величине самой излученной энергии, но не имеет никакого отношения к кинетической энергии, так как процесс излучения энергии относится исключительно к внутренним процессам, происходящим в теле, вклад в которые движение отдаленного наблюдателя в принципе иметь не может, так как Эйнштейном подчеркивается, что в данном эксперименте излучающее тело принципиально остается неподвижным.

То есть излучение тела и движение наблюдателя не имеют между собой причинно-следственной связи.

Манипулируя величиной не определенной им энергии внутренних процессов в неподвижном теле, Эйнштейн пользуется приемом подлога физического смысла рассматриваемого явления – выдает наблюдаемые издалека изменения в процессе, возникающие за счет изменения условий наблюдения, за изменения реальные, физически существующие в месте нахождения самого процесса. У него получается, что движение отдаленного наблюдателя является причиной изменения внутренней энергии тела невыясненной природы, чего не может быть уже по определению. Как бы мы ни применяли принцип относительности, в той метасистеме, где проводится эксперимент, реально движется наблюдатель, а волна излучается из неподвижного тела, поэтому движение наблюдателя ни при каких условиях не может служить причиной изменения величины излучаемой энергии. Движение наблюдателя вызывает искажение наблюдаемого значения энергии, но не меняет саму эту измеренную энергию.

И, следовательно, вывод Эйнштейна ложен, а соотношения:

неверны категорически. Что полностью отменяет основанные на этих соотношениях дальнейшие построения. Заметим дополнительно, что мы не внесли в эти построения ничего нового, а пользовались исключительно выкладками самого Эйнштейна.

Отсюда видно, что попытка некритического применения принципа относительности и преобразований Лоренца к измерению энергии плоской световой волны приводит не к разъяснению физики явлений при излучении света, а к полному искажению существующих представлений о природе этих явлений.

А потому представленные Эйнштейном выкладки относительно связи массы и энергии физического смысла не имеют.

В отличие от формулы Томсона, основывающейся на произвольных, но все же физически понятных для своего времени предпосылках, преобразования Эйнштейна представляют собой не что иное, как попытку путем математических манипуляций, не имеющих даже намека на физический смысл, во что бы то ни стало и вопреки всем правилам исследовательской этики получить формулу Томсона, но уже для материальных тел. Из представленного видно также, что доказательство Эйнштейна не имеет ценности для объяснения поведения массы тела при излучении и не может приниматься как серьезный элемент физической теории. Перед нами примитивная и незамаскированная математическая подгонка вычислений под заранее заданный результат.

Вместо понятного и прозрачного доказательства эквивалентности массы и энергии Эйнштейн представил запутанные математические спекуляции, не имеющие ни физической, ни математической ценности, основанные на очередном подлоге физического смысла в явлениях излучения электромагнитных волн. Нужно заметить при этом, что физический смысл полученной формулы мы не обсуждаем и не комментируем. Речь идёт исключительно о способе её вывода.

Пройдя шаг за шагом все доказательства Эйнштейна, можно увидеть, что для него физический смысл получаемых выражений находится отнюдь не на первом и даже не на втором месте в его теории. Во-вторых, можно сказать, что соответствие получаемых им спекулятивно-математическим способом физических зависимостей явлениям природы его вовсе не заботит, поскольку цель Эйнштейна заключается не в выяснении сущности природных явлений, а исключительно в получении сенсационных и парадоксальных выводов.

На этом анализ основополагающих статей специальной теории относительности и следствий, из них вытекающих, мы заканчиваем. Задача, поставленная в самом начале исследования, выполнена полностью и окончательно. Показано, что специальная теория относительности есть теория излучения или отражения света от движущихся тел, которая распространена автором на явления, далеко выходящие за пределы области ее применения.

Представленный здесь анализ наглядно демонстрирует, каким образом, не обращая внимания на суть физических явлений, пренебрегая элементарными правилами теоретического исследования, с помощью постоянной подмены понятий и математической подгонки вычислений под нужный результат, Эйнштейн строил свою теорию.

Соответственно, все дальнейшие построения современной теоретической физики, выстроенные на основе и с помощью специальной теории относительности, ввиду ложности исходных предпосылок, требуют тщательного исследования и кардинальной переработки.

Двигаясь предложенным путем, возможно постепенно освободить теоретическую физику от нагромождений несостоятельных и изначально ложных построений, накопившихся в результате безраздельного господства специальной теории относительности за последние сто лет. Но это – тема уже для других исследований.