Рейтинг
Порталус

СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ЭЙНШТЕЙНА И ЕЕ ЛОГИЧЕСКАЯ НЕОБОСНОВАННОСТЬ

Дата публикации: 08 сентября 2015
Автор(ы): М. СТАВИНСКИЙ
Публикатор: Научная библиотека Порталус
Рубрика: ВОПРОСЫ НАУКИ
Источник: (c) http://portalus.ru
Номер публикации: №1441745491


М. СТАВИНСКИЙ, (c)

Любая теория возникает прежде всего из ее логического обоснования, которое основано на результатах опыта и на их соотношении с уже оправдавшими себя теориями. Если результаты опытов не согласуются с существующими теориями, то должна возникнуть более общая теория, которая должна быть в полном согласии с основными фундаментальными законами природы, и где старая теория сохраняет свое значение как частный случай. Отсюда следует, что если логическое обоснование новой теории страдает отсутствием строгой логики, т.е. нелогично, то и вся теория, которая строится на этом основании, неверна. С этих позиций давайте и рассмотрим специальную теорию относительности Эйнштейна.

Скорость света в соотношении с принципом относительности в классической механике

Суть этой теории состоит в том, что она разрешила противоречие в физике между скоростью света, которая не зависит от скорости источника его распространения и принципом относительности в классической механике. Этот принцип гласит: если К" - система координат, движущаяся равномерно и без вращения относительно системы К, то явления природы протекают относительно системы К" по тем же общим законам, что и относительно системы К.

Данное противоречие сам Эйнштейн описывает следующим образом. Пусть вдоль полотна дороги распространяется луч света, который, согласно сказанному выше, движется относительно полотна со скоростью С. Пусть по рельсам снова движется со скоростью V наш вагон, притом в том же направлении, в котором распространяется луч, но гораздо медленнее. Возникает вопрос, какова скорость распространения света относительно вагона. Пусть W - искомая скорость света относительно вагона, для которой следовательно, имеем W = С - V.

Таким образом, скорость распространения светового луча относительно вагона оказывается меньше С. Но этот результат противоречит принципу относительности, согласно которому скорость распространения света в пустоте должна быть одинаковой как относительно полотна

стр. 37

железной дороги, принимаемого в качестве тела отсчета, так и вагона. Но согласно нашим рассуждениям, это кажется невозможным.

В связи с этой дилеммой неизбежным представляется отказ либо от принципа относительности, либо от простого закона распространения света в пустоте. Но так как оба закона являются неоспоримым фактом в реальной жизни, то единственным решением этой проблемы будет такое, которое сохраняя закон распространения света в пустоте постоянным смогло бы вписать его в рамки теории относительности.

Относительность одновременности явлений

И такое решение Эйнштейн нашел. Простая логика ему подсказала, что если скорость света должна быть постоянной относительно любой системы отсчета, упомянутой выше, то в этих системах отчета должны меняться время и расстояние. Действительно, если путь, пройденный светом со скоростью С в системе отсчета М выразить через формулу S = Ct , то путь, пройденный светом с той же скоростью C в системе отсчета М , будет равен S" = Ct".

В реальности это должно означать, что время, в течение которого тело движется в системе М должно быть отлично от времени, если рассматривать то же самое движение того же тела, но относительно системы М , которое двигается по отношению к системе М . И как следствие этого предположения должно быть то же самое и с расстоянием, которое тело проходит в системе М если его рассматривать относительно системы М , т.е. оно будет разным. Другими словами время и расстояние не являются абсолютными величинами для всех систем отсчета.

Но одно дело предположить и выразить это предположение математически, другое дело логически показать, что это предположение правомерно и отражает реальную действительность. Это прекрасно понимал Эйнштейн, и в качестве наглядного доказательства он приводит пример с молниями, которые одновременно ударяют в рельсы железнодорожного полотна, по которому движется поезд, на определенном расстоянии друг от друга.

Когда мы говорим об ударах молнии А и В. одновременных относительно полотна дороги, то это означает, что световые лучи исходящие из А и В встречаются в средней точке М участка полотна АВ. Но событиям А и В соответствуют также места А и В на поезде. Пусть М" - средняя точка отрезка АВ движущегося поезда. Хотя эта точка в момент ударов молнии и совпадает с точкой М" , она движется со скоростью V поезда вправо. Если бы находящийся в поезде в точке М" наблюдатель не обладал этой скоростью, то он продолжал оставаться в точке М" и тогда световые лучи от ударов молнии в А и В достигли бы его одновременно, т.е. оба эти луча встретились бы в том месте, где он находится. Однако в действительности он движется (если наблюдать с полотна дороги) навстречу

стр. 38

световому лучу, идущему из точки В , и в то же время движется по световому лучу, идущему из точки А. Следовательно, наблюдатель увидит световой луч из В ранее, чем луч из А. Наблюдатели, пользующиеся поездом в качестве тела отсчета, должны, таким образом, прийти к выводу, что удар молнии в В произошел ранее, чем удар молнии в А. События, одновременные относительно полотна железной дороги, не являются одновременными по отношению к поезду и наоборот (относительность одновременности). Всякое тело отсчета (система координат) имеет свое особое время, которое время имеет смысл лишь тогда, когда указывается тело отсчета, к которому оно относится.

До появления теории относительности физика молчаливо принимала, что указания времени абсолютны, т.е. не зависят от движения тела отсчета. Но мы только что видели, что это предположение несовместимо с наиболее естественным определением одновременности, и если отказаться от этого предположения, то исчезает и описанный конфликт между законом распространения света в пустоте и принципом относительности.

На первый взгляд, метод доказательства в приведенном примере об относительности одновременности вполне логичен, но это только на первый взгляд. Во-первых, возникает вопрос: в примере с молнией сохранится "относительность одновременности", если вместо света от молнии мы будем использовать ее звук, т.е. гром, который она порождает одновременно вместе со светом? В этом случае человек, стоящий на середине полотна железной дороги в той же самой точке Л/, услышит одновременно звуки грома от молний, ударивших одновременно в точки А и В. потом) что расстояние AM равно расстоянию MB и поэтому звук от каждой молнии пройдет одинаковое расстояние в тот момент, когда они достигнут человека. Мы, конечно, предполагаем, что воздух неподвижен относительно полотна железной дороги и что скорость звука в воздухе всегда постоянна. В момент удара молний, как и в случае со светом, средняя точка поезда М" , хотя и будет совпадать с точкой М , но она все же движется со скоростью V поезда, вправо. Поэтому, находящийся в точке М" наблюдатель услышал бы гром от молнии в точке В раньше, чем гром от молнии в точке А. Конечно, наблюдателям на платформе и в поезде пришлось бы ждать несколько дольше, чтобы услышать гром, чем в случае со светом от молний. И это вполне понятно, потому что свет распространяется со скоростью 300000 км/сек, а звук 330 м/сек. Таким образом, "относительность одновременности" демонстрируется с равным успехом как в случае со светом, так и со звуком. Но когда наш наблюдатель в точке М по звуку фиксирует одновременность ударов молнии в точке А и В. он осознает тот факт, что время одновременности, которое показывают его часы, отличается от времени одновременности, которое показывают часы, расположенные непосредственно

стр. 39

в местах удара молний, т.е. в точках А и В. Например, удар молний произошел одновременно в точках А и В в 3 часа ровно, а часы наблюдателя в точке М будут показывать время 1 часа 10 секунд, если расстояние AM и МВ будет равно 3300 м. И это вполне понятно, потому что звук со скоростью 330 м/сек покроет расстояние AM м MR за 10 секунд. Следовательно, время одновременности, которое фиксирует наблюдатель не совпадает со временем одновременности происшедшего события. Эта логика сохраняет свою силу и по отношению к свету, потому что и свет и гром являются следствиями происходящего события, а не самим событием. На языке философии свет и гром являются формой, а молния их содержанием.

Этот вывод становится более очевидным, если мы рассмотрим одновременность ударов молнии относительно одной системы отсчета, полотна железной дороги. В этом случае одновременность ударов молнии должна сохраняться для наблюдателей этой системы независимо от того, в какой точке полотна железной дороги они находятся. Предположим, наши наблюдатели находятся в точке Л/ и /?'. далее предположим, что мы имеем часы в точках А , М , F и В, которые показывают одно и то же время. Так как время событий в одной системе абсолютно, то мы вправе утверждать, что если молнии ударили одновременно в точках А и В, скажем в 3 часа дня, то же самое время будут показывать и часы в точках М и М" . Но если наблюдатели в этих точках будут использовать свет или звук, чтобы определить время ударов молнии, то они придут к разным заключениям. Наблюдатель в точке М скажет, что молнии ударили одновременно, но это событие произошло не в 3 часа ровно, а чуть-чуть позже, скажем 3 + Т, и эта разница во времени возникает за счет того, что свет должен пройти расстояние равное AM или MB. Наблюдатель в точке F будет утверждать, что молния в точке В ударила раньше, чем в точке А и опять же потому, что отрезок пути FB, который проходит свет или звук из точки В, короче, чем отрезок пути AF, который должен пройти свет или звук из точки А. И по этой причине его часы зафиксируют событие в В не в 3 часа, а 3 + Т, где Т меньше Т 1 , а событие в А в 3+ Т 2 , где Т 2 больше чем Т 1 . Результаты этого примера наглядно показывают, что время самого события разнится от формы проявления этого события, каковым является свет и звук, даже если это происходит в одной системе отсчета.

Именно эту разницу и фиксирует пример Эйнштейна с движущимся поездом по полотну железной дороги для доказательства относительности одновременности в разных системах отсчета. Действительно, в момент удара молний наблюдатель в движущимся поезде будет в точке М , а когда он настигнет свет или звук, исходящий из точки В. он сместится в точку F. благодаря скорости поезда V. По этой причине ему и будет казаться, что событие в точке В произошло раньше, чем событие в точке

стр. 40

А. На самом деле два события произошли в тот момент, когда наблюдатель в поезде находился в точке М".

Следовательно, разобранный выше пример не демонстрирует "относительности одновременности" в различных системах отсчета как это утверждает Эйнштейн. Если мы имеем дело с волком переодетым в шкуру овцы, то как мы будем определять его поведение, с точки зрения его формы появления (как овцы) или с точки его зрения содержания (как волка). Ответ здесь однозначный - если мы хотим познать реальность мы должны иметь дело с содержанием явления, а не с формой ее проявления.

Теория Эйнштейна страдает и другими логическими ошибками:

1. Она делает скорость света абсолютной относительно любой системы отсчета и таким образом находится в полном противоречии с относительностью определения скорости. По Эйнштейну все в мире относительно, кроме скорости света.

2. Она накладывает ограничения на скорости объектов в природе, которые не могут превысить скорость света. По сравнению с расстояниями между звезд или между галактиками скорость света очень ничтожна, ее можно сравнить со скоростью черепахи на земле. Разве с такими скоростями возможны межзвездные путешествия? Конечно, нет. А природа так не устроена - если существуют огромные расстояния, то должны существовать и огромные скорости, которые их могут покрыть.

3. Скорость распространения света в пустоте Эйнштейн переносит на скорости всех тел в природе, хотя последние не обладают электромагнитной природой. И поэтому могут не иметь ограничений, которые накладывает среда для скорости света.

Опыт Майкельсона, аберрация звезд и опыт Физо

До сего времени считалось, что опыты Майкельсона по измерению скорости света относительно Земли находятся в противоречии с опытами Физо, измеряющими скорость света в движущейся жидкости, и аберрацией звезд.

Опыты Майкельсона по измерению скорости света на Земле показали, что скорость света не зависит от скорости его источника. И на этом основании стали утверждать, что в таком случае скорость света одинакова для всех систем отсчета независимо от того, двигаются они или находятся в состоянии покоя относительно друг друга. А если это так, то теорема сложения скоростей в этом случае не работает. С другой стороны, объяснение аберрации звезд и опыты Физо основаны именно на сложении скоростей движущихся относительно друг друга систем отсчета.

Неумение объяснить это противоречие с позиций классической теории относительности и привело, как мы видели раньше, к возникновению Специальной теории относительности Эйнштейна.

стр. 41

В чем логическая ошибка прежних рассуждений

Из того, что скорость света не зависит от скорости источника его распространения, логически не вытекает, что скорость света будет одной и той же относительно скорости его источника, если последний находится в движении, или, что одно и то же, относительно системы отсчета, движущейся относительно среды, в которой распространяется свет. Это положение наглядно иллюстрирует постоянная скорость звука в воздухе, которая не зависит от скорости его источника, но скорость звука в воздухе относительно движущейся системы отсчета будет больше или меньше в зависимости от того, движется эта система в направлении распространения звука или в противоположном направлении. Мне, конечно, могут возразить, что это сравнение неправомерно, потому что воздух, как среда в которой распространяется звук, не является средой для распространения света. С этим я вполне согласен, но тот факт, что звук и свет являются волнами, в первом случае - механическими, а во втором случае - электромагнитными, наводит на мысль, что для электромагнитных волн должна существовать среда, отличная от воздуха, в которой они распространяются с одинаковой скоростью. Что объединяет космос, так это гравитационное, а может быть и магнитное поле, поэтому если предположить, что такой средой для электромагнитных волн является магнитное или гравитационное поле небесных тел, будь то звезды или планеты, и что это поле жестко связано с самим небесным телом, т.е. представляет собой одну и ту же систему отсчета, то в этом случае очень легко объясняются с позиций теории относительности выше перечисленные опыты. В этом свете несколько иначе трактуется опыт Майкельсона.

Первое - этот опыт показал, то скорость Земли относительно среды, в которой распространяется свет, равна нулю. Это подтверждает наше предположение, что магнитное или гравитационное поле Земли и сама Земля представляют одну и ту же систему отсчета.

Второе - поскольку источник света в его опыте не двигался относительно Земли, то он измерил только скорость света в магнитном или гравитационном поле, которое при нашем предположении образуют одну систему отсчета.

Третье - этот опыт не демонстрирует тот факт, что скорость света не зависит от скорости источника света. Это положение было экспериментально доказано позже. На примере двойных звезд датский астроном Де Ситтер показал, что скорость света не зависит от скорости ее источника. В 1956 г. A.M. Бонч-Бруевич и А.П. Молчанов прямыми измерениями скорости света, испускаемого разными краями солнечного диска, показали, что скорость света не зависит от скорости источника (в данном случае вращающегося вокруг своей оси Солнца).

С другой стороны, определения скорости света по методу звездной аберрации, по затмению спутников Юпитера, в опыте Физо и т.д. хорошо

стр. 42

подтверждают наше предположение, что скорость света относительно движущейся системы отсчета вполне согласуется с теоремой сложения скоростей в классической теории относительности.

Опыт Физо и его неправильное толкование

Волновая теория света привела к представлению об эфире, который заполняет все космическое пространство и относительно которого движутся все тела. Отсюда предполагалось, что можно определить скорость движения тел относительно этого эфира и, в частности Земли. Эти предположения были основаны на опытах Физо по прохождению света в движущейся воде по трубам в разных направлениях. Цель этого эксперимента состояла в том, чтобы обнаружить увлечение эфира текущей жидкостью.

В этом опыте один луч света проходит через трубу с движущейся водой по течению, а другой - против течения. Если эфир, находящийся в воде, этой водой увлекается, то оба луча, пройдя установку, соединясь в О, будут иметь некоторую разность фаз, обусловленную разным временем, которое лучам потребуется на прохождение всего пути. Эта разность фаз определит характер интерференции в О. Обозначим через V скорость света в эфире, находящемся в покоящейся воде, а скорость жидкости в трубе - через U. Далее предположим, что эфир увлекается движущейся водой частично и что по этой причине его скорость по отношению к установке будет равна aU, где а меньше или равно единице и должно быть определено из опыта. В этом случае скорость света относительно установки для луча, распространяющегося против течения в трубе, равна V - aU, а для луча света, распространяющегося по течению, равна V + aU. Отсюда следует, что разность времен t,- в течение которого оба луча проходят одинаковое расстояние 2L (L - длина каждой трубы "с водой), будет равна

 

Разность фаз между обоими лучами где у - частота света.

Отсюда получается, что разность фаз б связана с коэффициентом увлечения а. По смещению полос в интерференционной картине Физо определил разность фаз и, следовательно коэффициент увлечения эфира.

 

где n - показатель преломления воды.

Этот опыт показал, что частичное увлечение эфира текущей водой имеет место, причем "коэффициент увлечения" зависит от показателя

стр. 43

преломления, вещество с показателем преломления, равным единице, не должно увлекать эфир.

В чем состоит ошибка Физо в этом опыте. Прежде всего в том, что он исходил из предположения, что разность фаз в опыте создается частичным или полным увлечением эфира водой. На самом деле это не так и вот почему.

В свете того, что эфиром является магнитное или гравитационное поле Земли, жестко с ней связанное, маловероятным является предположение о том, что текущая жидкость увлекает это поле. В опыте Физо вода движется относительно Земли и, следовательно, относительно поля, в котором распространяется свет. Отсюда вытекает справедливость сложения скоростей света и жидкости, когда мы хотим определить скорость света в текущей жидкости относительно трубы. Из волновой теории света нам известно, что в веществе, оптически более плотном, свет распространяется медленнее, чем в веществе, оптически менее плотном. Движущая вода навстречу свету делается оптически более плотной и наоборот. Этим объясняется различие скорости света в стоячей и движущейся жидкости. Поэтому скорость света относительно установки для луча, который распространяется в трубе против течения, будет равна V - U , где V - не скорость света в стоячей воде, а скорость света в воде, движущейся против движения света. То же самое и для скорости света относительно установки для луча, распространяющегося в трубе по течению. Эта скорость будет равна V + U, где V - не скорость света в стоячей воде, а скорость света в воде, движущейся в том же направлении, что и свет.

При таком рассуждении теоретический результат по определению скорости света в движущейся воде относительно установки будет намного ближе к результату, полученному из опыта, а коэффициент увлечения эфира будет равен 1.

Для наглядности приведем следующий пример. Предположим открытый поезд, без крыши и стен, который стоит на месте и по которому бежит человек со скоростью 10 км/час. Определить скорость человека относительно платформы, если поезд начинает двигаться со скоростью 60 км/час по направлению движения человека. Теоретически решение будет очень простое. Если скорость человека относительно стоячего поезда равно 10 км/час, то она остается такой же при движении поезда со скоростью 60 км/час. Следовательно, скорость человека относительно платформы будет равно 10 км/час + 60 км/час = 70 км/час. Но в реальности скорость человека относительно платформы в движущемся, поезде будет гораздо меньше, потому что значительно увеличивается сопротивление воздуха, что уменьшает скорость движения человека относительно поезда. Таким сопротивлением в опыте Физо является изменение оптической плотности в движущейся жидкости, которую он в своем опыте не учитывает.

стр. 44

Заключение

Свет распространяется не в пустоте, а в магнитном или гравитационном поле, которое жестко связано с небесным телом (звезды, планеты, галактики) и эти поля движутся относительно друг друга вместе с их носителями - небесными телами.

2. Свет распространяется в этом поле со скоростью 300000 км/сек и не зависит от скорости его источника.

3. Но скорость света относительно источника его распространения или любого движущегося объекта подчиняется закону сложения скоростей в классической механике.

4. Абсолютность времени и пространства в движущихся системах сохраняет свою силу.

 

Опубликовано на Порталусе 08 сентября 2015 года

Новинки на Порталусе:

Сегодня в трендах top-5


Ваше мнение?



Искали что-то другое? Поиск по Порталусу:


О Порталусе Рейтинг Каталог Авторам Реклама