Вопросов к теории относительности столько, что их не разгребли пока за сотню лет и, похоже, что человечество устраивает подобное положение дел. Правда, вопросы подымаются озадаченными гражданами, пытавшимися приобщиться к откровениям этой теории, но эти вопросы в основном замалчиваются или ретушируются на уровне официальной и академической науки. Не принято муссировать ненужные вопросы по поводу теории относительности, в среде ученых мужей, нашедших в следовании этой теории увлекательное занятие, престиж и хлеб. Впрочем, это более относится к специальной теории относительности (СТО), потому что на обсуждение более поздней общей теории относительности (ОТО) так чтобы в массовом порядке, претендентов нет. Кстати сказать, сам автор СТО в последствии отводил этой теории не очень значимую роль, но почему-то именно СТО нашла своих массовых сторонников в научном мире среди физиков всех мастей.
Однако я отвлекся от темы – от вопросов теории относительности, начатой в предыдущей статье. Что это такое и с чем ее, если позволите так выразиться, едят.
Сейчас я смотрю фрагмент из Большой советской энциклопедии:
"Существование предельной скорости вызывает необходимость глубокого изменения обычных пространственно-временных представлений, основанных на повседневном опыте. Рассмотрим следующий мысленный опыт. Пусть в вагоне, движущемся со скоростью v относительно полотна железной дороги, посылается световой сигнал в направлении движения. Скорость сигнала для наблюдателя в вагоне равна с. Если бы длины и времена, измеряемые любым наблюдателем, были одинаковы, то выполнялся бы закон сложения скоростей классической механики и для наблюдателя, стоящего у полотна, скорость сигнала была бы равна с + v, т. е. была бы больше предельной. Противоречие устраняется тем, что в действительности с точки зрения наблюдателя, относительно которого физическая система движется со скоростью v, все процессы в этой системе замедляются в k=(1-v^2/c^2)^0.5 раз".
Вид формулы (но не саму формулу) я слегка изменил, и здесь знак "^" означает возведение в степень (так, например, делается в Excel).
Так вот, процессы, например ход часов, а не время замедляются в k раз. Но ученые мужи не делают этих "тонких" различий, чем изрядно пудрят нам мозги.
Кроме этого, еще и длина вагона должна в движущей системе сократиться в k раз. Тогда время прохождения светового сигнала от задней до передней стенки, замеренное внутри вагона по замедлившимся часам, останется таким же, как и для неподвижного вагона. Иначе говоря, скорость света, замеренная по замедлившимся часам внутри "укоротившегося" вагона, останется такой же, как для наружного наблюдателя, то есть постоянной. Так я позволил себе расшифровать этот фрагмент из энциклопедии.
Допустим, что это так, как в энциклопедии. Но возникает вопрос интерпретации, как об этом открытии специальной теории относительности следует говорить. Внутри вагона мы не смогли бы заметить синхронного замедления хода часов и сокращения длины вагона, поэтому и скорость светового сигнала, определенная в этих внутренних координатах не изменилась. Но для наружного наблюдателя фактом стало бы то, что и наши часы идут медленнее, чем у него, и наш движущийся вагон стал короче, чем когда он стоял. Сам лично я такой эффект не проверял, но для сторонников теории относительности такой вопрос сомнений не вызывает – утверждают, что это именно так.
Далее, когда мы уже вышли из этого пресловутого вагона, у нас остаются варианты: считать эти замедления-сокращения реальным фактом или кажущимся эффектом, зарегистрированным со стороны наружного наблюдателя на платформе. Без дополнительной информации мы не можем ни доказать, ни опровергнуть любой из этих вариантов и можем лишь принять любой из вариантов на веру.
А какая есть дополнительная информация? В современных ускорителях заряженных элементарных частиц зафиксировано многократное замедление процессов распада частиц. А вот прямого подтверждения сокращения длины движущегося тела пока никто еще не обнаружил. Это тоже вопрос к теории относительности, точнее к СТО. Более того, диск, вращающийся с огромной скоростью, никуда не исчезает, не сокращается и не деформируется вопреки прогнозам теории СТО – парадокс Эренфеста, проверенный на практике, о котором сторонники ТО предпочитают умолчать.
Но не только это. Самый любопытный "факт" или вопрос специальной теории относительности БСЭ как раз и замолчала. По СТО, при движении укорачивается не только длина вагона относительно неподвижной платформы, но и длина платформы тоже сокращается относительно вагона, потому что для СТО считать что вагон движется относительно платформы или что платформа движется относительно вагона – есть равноправные варианты.
В результате появилась еще одна идея у сторонников теории относительности – считать, что вопрос о сокращении длин и замедлении процессов вообще не имеет смысла: просто в каждой точке пространства свое собственное, местное время и свои местные параметры пространства. Или, сказать по-другому, у каждого движущегося либо покоящегося наблюдателя своя реальность. Просто мир он такой, мол, есть, даже если нам кажется, что он иной.
Теперь возникает вопрос, какой вариант принять на веру из трех возможных вариантов интерпретации выводов теории относительности: считать, что эффекты замедления времени и сокращения пространства реальность, считать, что это лишь кажущиеся эффекты и, наконец, считать все это реальностью, но она, реальность, не такая, какой рисует ее наш жизненный опыт. Просто реальность в каждой точке пространства своя. Но при этом мы, следуя воителям от физики, будем все же, опираясь на ТО, выходить за пределы нашей локальной реальности и судить о реальности и свойствах миров, отстоящих от нас на расстояниях в космических масштабах.
Далее я возвращаюсь к упомянутому в предыдущей статье вопросу, касающегося утверждения некоторых профи о том, что теория Лоренца в математическом плане и даже по конкретным результатам полностью эквивалента специальной теории относительности Эйнштейна. Разница только в интерпретации получаемых результатов.
Работ Лоренца у меня, к сожалению, нет, поэтому захожу в интернет.
"Лоренц уже знал, что преобразование, получившее впоследствии его имя, имеет существенное значение для анализа уравнений Максвелла... Лоренц строил теорию, только касающуюся электрических явлений, причем никогда не претендовал на авторство принципа относительности, оставаясь на позициях нерелятивистской классической физики".
Короче говоря и насколько я понимаю по другим источникам, вопрос в том, что Лоренц в своей теории относительности попросту подобрал преобразования переменных таким образом, чтобы вид уравнений Масквелла для электромагнитного поля в движущихся системах сохранял неизменный вид. Преобразования переменных с целью сохранения общего вида уравнения довольно широко применяются в разных научных и инженерных расчетах. В том числе и я этим "грешил". Но далее я нахожу более подходящий к нашей теме фрагмент:
"Лоренц пытался сохранить существование эфира и отнесенного к нему абсолютного движения, несмотря на результаты опыта Майкельсона. Он хотел объяснить наблюдаемую в интерферометре независимость скорости света от движения Земли, предположив, что все тела при движении относительно эфира сокращаются в своих продольных размерах. Такое сокращение Лоренц выводил из законов электродинамики, считая все тела состоящими из элементарных электрических зарядов. Движение относительно эфира вызывает силы, сдвигающие друг к другу заряды, движущиеся в эфире один за другим в направлении движения тела. Никакие электродинамические явления не требовали для своего объяснения такой гипотезы, и она была введена специально для объяснения одного факта - отрицательного результата опыта Майкельсона и аналогичных опытов. Никакие прямые наблюдения не доказывали продольного сокращения тел при их движении в эфире. Но Лоренца это не могло смутить. Ведь линейка, которой мы измеряем в продольном направлении движущееся тело, также движется и также сокращается. Поэтому прямое измерение не может обнаружить лоренцево сокращение".
Такие, вот, оказываются пироги! Вернее, вопросы теории относительности. Это уже не только движущийся мимо нас вагон сокращается, как описано в Большой советской энциклопедии. Это уже и все мы сокращаемся в направлении движения Земли. Стали передом по направлению движения – сократились в направлении от живота к спине. Повернулись боком – сократились уже по-другому. Что же тогда удивляться с промашкой с парадоксом Эренфеста, если и мы сами, когда вертимся, сокращаемся куда ни попадя, не отдавая себе в этом отчет!
Как говорится: ясно, что ничего не ясно. И, значит, самое время обратиться к гениальному видению ситуации от самого Эйнштейна, чтобы он ответил на вопросы по теории относительности в части СТО. Здесь мне больше повезло, чем с Лоренцем, в том плане, что передо мной на экране пионерская работа Эйнштейна по специальной теории относительности "К электродинамике движущихся тел". Итак, смотрим вместе сокращенные мною фрагменты (не всю же книгу здесь приводить). Смотрим сколько сможем, потому что я уже начал уставать от этой статьи (возраст все же сказывается).
"Известно, что электродинамика Максвелла в современном ее виде приводит в применении к движущимся телам к асимметрии, которая несвойственна, по-видимому, самим явлениям... Примеры подобного рода, как и неудавшиеся попытки обнаружить движение Земли относительно «светоносной среды», ведут к предположению, что не только в механике, но и в электродинамике никакие свойства явлений не соответствуют понятию абсолютного покоя и даже, более того,— к предположению, что для всех координатных систем, для которых справедливы уравнения механики, справедливы те же самые электродинамические и оптические законы, как это уже доказано для величин первого порядка. Это предположение (содержание которого в дальнейшем будет называться «принципом относительности») мы намерены превратить в предпосылку и сделать, кроме того, добавочное допущение, находящееся с первым лишь в кажущемся противоречии, а именно, что свет в пустоте всегда распространяется с определенной скоростью V, не зависящей от состояния движения излучающего тела. Эти две предпосылки достаточны для того, чтобы, положив в основу теорию Максвелла для покоящихся тел, построить простую, свободную от противоречий электродинамику движущихся тел...
... мы видим, что не следует придавать абсолютного значения понятию одновременности. Два события, одновременные при наблюдении из одной координатной системы, уже не воспринимаются как одновременные при рассмотрении из системы, движущейся относительно данной системы..."
Итак, будем исходить из предположения (всего лишь предположения!), что в тех системах, где справедливы, т.е. сохраняют одинаковый вид, уравнения механики, справедливы в этом смысле также электродинамические и оптические законы. Плюс к этому, добавим еще одно допущение: свет в пустоте всегда распространяется с определенной скоростью V, не зависящей от состояния движения излучающего тела.
Ну да, подумал я: если мы бежим и кричим, то скорость распространения звука от этого не возрастает, так почему бы и свету не обладать подобными свойствами. Правда, в воздухе могут быть какие-то мелкие нюансы отклонения скорости для света, но в пустоте – это будет более строго. Ничего мистического в исходных предпосылках Эйнштейна нет, и вопросов к его построениям теории относительности тоже нет.
Так же благодушно я воспринимаю и последующие несколько страниц. В том числе и фразу о том, что события, одновременные при наблюдении из одной системы, уже не воспринимаются как одновременные в системе, движущейся относительно первой системы. Эйнштейн выражается восхитительно точно: ведь "воспринимаются" – это не обязательно то, что есть на самом деле. Кто-то, простите, может воспринимать попа за черта или наоборот. Ну и упомянутый ранее движущийся вагон может, при определенной технологии обработки данных, восприниматься укороченным против того, какой он есть. Так что вопросов к эйнштейновской теории относительности снова нет.
Но вдруг у меня сработала защелка. А что означает такое невинное допущение как независимость скорости света от скорости движения его источника? Я это поначалу воспринял так что бежим мы, например, с включенным фонарем, а скорость света от нашего бега не меняется даже на миллиметр в секунду.
Человеческое мышление чрезвычайно предрасположено к ошибкам и софизмам. Скажем, я объявляю, что все мы имеем то, что еще не теряли. Потом объявляю, что все мы имеем рога, потому как мы их не теряли. Вначале неявно полагается, что мы не теряли только то, что до этого имели, а затем переходим к расширенному положению, включающему все, что мы могли не терять, включая и то, чего ранее не имели. При этом может даже оказаться, что есть подтверждения выводу в софизме: кто-то не терял приобретенные оленьи рога, кто-то не терял рога, используемые для употребления спиртных напитков и т.д.
Кстати, не надо идеализировать и интеллект физиков-теоретиков – он у них своеобразный. И это тоже связано с интерпретацией вопросов о теории относительности. Специальные исследования психологов показали, что физики-теоретики совершают больше всех логических ошибок в сравнении с представителями других наук. (Для любопытных: меньше всех среди испытуемых совершали ошибок, причем с существенным отрывом от прочих, священнослужители).
Так вот, "невинное" допущение о независимости скорости света от скорости движения источника содержит подвох. Если я бегу с включенным фонарем мимо моего соседа, то это одна скорость моего движения, но если иметь в виду скорость моего перемещения относительно космического тела при моем перемещении вместе с Землей, то это уже совсем другая моя скорость.
Согласившись со скрытым в "невинном" допущении софизмом, включенным в математическую часть последующего рассмотрения явления моего перемещения, придется считать, что скорость света от моего фонаря постоянна и относительно положения соседа (правда, с поправкой на влияние воздуха), и относительно положения упомянутого космического тела, и относительно положения Луны, и относительно еще черт знает чего.
Это, пожалуй, главный вопрос к теории относительности в части СТО. Вы, конечно, вправе поверить этому "невинному допущению", принять на веру, что оно есть истина. Но понять этого вы все равно не сможете, потому что это не совместимо с опытной базой данных, накопленной в вашей голове.
Как бы ни развивались дальнейшие рассуждения Эйнштейна (об этом, возможно, еще поговорим), но в целом это не меняет общего известного итога: если в исходные положения заложить мистику, то и на выходе построений из исходных положений будет, скорее всего, тоже мистический, а не реальный результат.
Насчет "скорее всего" я оговорился не случайно. Здесь не только вопрос к теории относительности, но и более общий вопрос. В науке очень много случаев, когда даже в результате ошибок получался какой-то полезный результат. Тогда этому результату подыскивали подходящее объяснение. Но, например, относительно уравнения Шредингера (в квантовой механике) никто, насколько я знаю, не утверждает, что его можно вывести каким-то логически связанным путем. Оно получено Шредингером путем правдоподобных рассуждений и предположений, но по сути оно просто угадано. Однако, насколько я могу судить, в отзывах о теории относительности никто ничего подобного не говорил и не говорит. Говорят либо о том, что это святая истина, либо о том, что это сплошная чушь.
Как по мне, то теория относительности – это просто математическая конструкция, построенная путем как правдоподобных, так и, быть может, совершенно мистических допущений. Благодаря последним, если таковы есть, эту конструкцию можно было бы считать попросту угаданной, несмотря на всю ее сложность. Поэтому, с такой точки зрения, в ней нечего понимать – она просто уже есть как факт. И вопросы по части объяснения теории относительности тогда тоже не надо задавать. В каких-то случаях эта конструкция позволяет получить полезные результаты, а в каких-то выдает... в общем, сами как хотите назовите то, что она выдает в той области, где можно делать произвольные интерпретации и нельзя ни что-то опровергнуть, ни что-то доказать.
Впрочем, мои рассуждения пока касались только вопроса возможной (причем не обязательно лично моей) интерпретации некоторых эйнштейновских допущений, а не их математического представления в специальной теории относительности. Я не против тезиса о постоянстве скорости света. Это было бы, как сказал один мой знакомый, немного чересчур с моей стороны. Но в моем понимании этот тезис имеет не вселенский, а локальный смысл. Скорость света, например, может замедляться и ускоряться синхронно с другими процессами, в частности с ходом часов. По этой причине даже когда люди научатся измерять скорость света в одном направлении (сейчас определяют только среднюю скорость в прямом и обратном направлениях), то скорость света по замерам (но не по факту) будет оставаться локально постоянной для условно неподвижных и движущихся систем. Сокращение размеров для движущихся систем в эту схему не вписывается, да его и никто не наблюдал. Но замедление хода часов в зависимости от силы тяготения – уже экспериментально установленный факт. Свет тоже зависит от силы тяготения, и даже Эйнштейн это отмечал в ОТО. Далее выводы делайте сами, а я, с вашего позволения, заканчиваю эту статью.
P.S. Интерпретацию результатов, полученных на основе теории относительности Эйнштейна, можно считать безусловно справедливой, однако... только в тех пределах, в которых справедливы исходные допущения Эйнштейна. Но сколько я ни старался найти в интернете и других источниках анализ вопроса об области применимости ТО, я такого анализа не нашел. Нашел лишь упоминание одного из физиков о том, что противники теории относительности могут принудить сторонников этой теории ограничить область ее применения, но сама теория выстоит.
Одна из нестыковок в бытующей интерпретации специальной теории отновительности – вопрос о так называемом парадоксе Эренфеста, о котором я упоминал и который ни Эйнштейн, ни его последователи не смогли удовлетворительным образом объяснить. Парадокс заключается в том, что быстро вращающийся диск должен по СТО изменить свою конфигурацию, но в реальном эксперименте (его факт обычно замалчивают) этого не произошло.
Далее я привожу выдержку из работы "О влиянии соглашений на лоренцево сокращение" Марка Алескера:
"В работе [4] Варичак (1865–1942) отмечает, что лоренцево сокращение субъективно в связи с произволом в выборе соглашения о «способе сверки часов и измерения длин». В краткой заметке [5] Эйнштейн (1879–1955), во-первых, не соглашается с мнением о субъективности лоренцева сокращения. Он говорит: «Вопрос о том, реально лоренцово сокращение или нет, не имеет смысла». И продолжает: «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» ([5], с. 187)".
Именно такого рода утверждения я и искал в работах Эйнштейна. И это тот вопрос, связанный с теорией относительности, который я пытался для себя прояснить. То, что сторонники ТО придумали интерпретировать ее как собственную или местную реальность в каждой движущейся или покоящейся системах, я знал: на этот счет вы можете найти массу заумной чуши у наших крупнейших философов. Знал, но сомневался, что подобное мог утверждать или способствовать такому утверждению и сам Эйнштейн.
Ну а далее это уже скорее не столько вопрос теории относительности, как ваш личный вопрос. Вы сами делайте вывод считать ли подобное утверждение о локальной реальности научным или религиозным...