Постоянство скорости света, принцип постоянства скорости света, постулат постоянства скорости света – такие словосочетания постоянно циркулируют в разного рода публикациях, в особенности на сайтах в интернете, и создают впечатление чего-то само собой разумеющегося, утвердившегося благодаря непогрешимости теории относительности. Но постоянна ли скорость света в действительности. Та же теория относительности и ее многочисленные интерпретаторы, включая сторонников ТО, неоднозначно отвечают на этот вопрос.
Я не являюсь сторонником ТО. Точнее, не являюсь сторонником широко распространенной интерпретации теории относительности Эйнштейна в смысле проповедования комбинаторики подбора исходных допущений и результатов математических манипуляций в качестве реальности, а математическая часть этой теории существует уже безотносительно к тому, кто и как ее интерпретирует. Вот об интерпретации теории относительности и ее постулатов и поговорим.
Но сначала небольшое, но существенное отступление от темы. Не надо идеализировать интеллект физиков-теоретиков. Как раз они, согласно исследованиям психологов, больше всех совершают логических ошибок среди представителей других научных областей. Соответственно и с интерпретацией событий, в том числе касающихся оценок постоянства скорости света, у физиков-теоретиков, мягко говоря, не все гладко.
В этом плане, мне представляется весьма показательной статья "Три ошибки Анти-СТО" http://quantmagic.narod.ru/volumes/VOL842011/p4101.html
Все парадоксальные выводы специальной теории относительности, согласно автору этой статьи, являются следствием всего лишь двух постулатов, один из которых – постулат о постоянстве скорости света. Мы, как утверждает уважаемый автор – Путенихин П.В. – принимаем эти постулаты за истинные утверждения, поэтому и все выводы, полученные корректными логическими и математическими преобразованиями, мы обязаны признать такими же истинными.
Для меня в этом утверждении безусловно только то, что лишь тот, кто принимает эти постулаты за истинные положения, должен признать такими же истинными и выводы ТО, вытекающие из исходных постулатов, да и то лишь при корректной интерпретации полученных результатов.
Эйнштейн, как сообщает нам уважаемый Путенихин, в своей основополагающей работе так сформулировал эти постулаты (он называл их принципами):
«Дальнейшие соображения опираются на принцип относительности и на принцип постоянства скорости света. Мы формулируем оба принципа следующим образом.
1. Законы, по которым изменяются состояния физических систем, не зависят от того, к какой из двух координатных систем, движущихся относительно друг друга равномерно и прямолинейно, эти изменения состояния относятся.
2. Каждый луч света движется в «покоящейся» системе координат с определенной скоростью V, независимо от того, испускается ли этот луч света покоящимся или движущимся телом».
Здесь у меня есть некоторые дополнительные соображения касательно интерпретации теории относительности – конкретнее специальной теории относительности СТО – в части корректности ее исходных постулатов. Во-первых, состояния физических систем зависят от скорости их равномерного прямолинейного движения согласно самой СТО – вспомним о лоренцевом сокращении тела в направлении ее движения. Но при этом в СТО также утверждается, что для двух движущихся систем подобное сокращение, как и скорость света, также взаимны: тело А сокращается по отношению к телу Б и, разом с этим, тело Б сокращается по отношению к телу А, а скорость луча света даже относительно движущейся навстречу лучу системы остается постоянной, не аддитивной. Здравомыслящий человек не согласится с этим мистическим тезисом, а не здравомыслящий может принять его на веру лишь потому, что так считает кто-то авторитетный для него.
Во-вторых, под «покоящейся» (в кавычках) системой можно понимать все, что угодно. Например, "покоящейся" относительно выбранной точки на поверхности Земли, или "покоящейся" относительно наблюдателя, находящегося в этой системе, или "покоящейся" относительно некоторой точки в космическом пространстве.
Тем самым, вышеупомянутые "принципы" – это лишь некоторые высказывания по части природы вещей без указания их конкретного смысла и границ, в которых эти принципы могут быть справедливы. Такое, вот, тесто получается с этими "принципами" и с постулатом о постоянстве скорости света, из которого будут выпечены пироги СТО.
Впрочем, далее эти принципы, согласно Путенихину, подверглись корректировке:
"Со временем эти принципы стали формулировать иначе, коротко:
1. Все физические законы имеют одинаковый вид во всех инерциальных системах отсчёта.
2. Скорость света является максимальной скоростью, и она одинакова во всех инерциальных системах отсчёта.
В самих постулатах (принципах) никаких противоречий со здравым смыслом не видно..."
Этот фрагмент весьма показателен в качестве иллюстрации стиля мышления физиков-теоретиков и приверженцев ТО: смотреть и не видеть. В том числе и не видеть противоречий со здравым смыслом.
Однако продолжим по порядку. Первый принцип относится к инерционным системам, под которыми физики-теоретики понимают системы, на которые не действуют какие-либо внешние силы. То есть, утверждение относится лишь к виртуальным или неким идеальным системам, которых в реальности нет.
Второй принцип лишь на взгляд сторонника ТО не может иметь каких-либо противоречий со здравым смыслом. В этом принципе как раз и скрыт, замаскирован опасный для здравого смысла софизм. Действительно, интуитивно этот принцип теории относительности обычно воспринимается в узком понимании, т.е. в пределах, не противоречащих здравому смыслу. Скажем, есть инерциальная система отсчета на Земле и где-то на Луне и эти две системы существуют в нашем представлении как бы автономно, не пересекаясь между собой. Но, ведь, фактическое применение этого принципа в математическом плане совершенно иное. Здесь уже все инерциальные системы включают в себя друг друга, а скорость света, постоянная в одной системе, одновременно является постоянной и в другой системе отсчета. То есть, скорость света в системе А плюс скорость системы А равна просто скорости света в системе Б и, аналогично, скорость света в системе Б плюс скорость системы Б равна просто скорости света в системе А. Эта формальная математическая манипуляция в теории относительности Эйнштейна и приводит, в частности, к таким следствиям, что система А якобы сокращается относительно системы Б и система Б тоже сокращается относительно системы А.
Лоренц создал свою теорию относительности, в математическом плане эквивалентную специальной теории относительности Эйнштейна. Но он подошел к построению теории так сказать с другого конца. Постоянство скорости света, якобы обнаруженное в опыте Майкельсона-Морли, Лоренц объяснил сокращением тел в направлении движения поверхности Земли. То есть, все мы согласно Лоренцу сплющиваемся и с переду и с боку, в зависимости от того как мы поворачиваемся относительно движения находящейся под нашими ногами поверхности Земли. Но реально в опыте Майкельсона-Морли замерялась не скорость света, а фиксировался интерференционный эффект отсутствия смещения интерференционных полос при наложении лучей света, направленных вдоль и перпендикулярно движению поверхности Земли. Этот эффект интерпретировался как постоянство скорости света.
Однако указанный эффект можно объяснить, не прибегая к гипотезе о постоянстве скорости света, и такое объяснение, опубликованное профессионалом-оптиком, действительно есть. Но здесь важно не частное объяснение эффекта, а сам факт того, что в опытах, подобных эксперименту Майкельсона-Морли, мы по факту имеем не подтверждение постоянства скорости света, а лишь результат, который в частности можно интерпретировать и как подтверждение тезиса о постоянстве скорости света.
Более того, скорость света даже в теоретическом плане не является постоянной, однако согласно не специальной теории относительности, т.е. СТО, а более поздним работам Эйнштейна в области общей теории относительности. Об этом же говорит и так называемый эффект Шапиро – гравитационная задержка сигнала. Из-за этого эффекта в поле тяготения электромагнитные сигналы идут дольше, чем в отсутствие этого поля. Данное явление было обнаружено при радиолокации планет Солнечной системы и космических кораблей, проходящих позади Солнца, а также при наблюдении сигналов от двойных пульсаров.
Однако, как считает Эйнштейн, отсюда не следует ошибочность его первоначальной теории: "Правильно только заключение, что специальная теория относительности не может требовать неограниченной области своего применения: ее выводы действительны постольку, поскольку можно отвлечься от влияний полей тяготения на исследуемые явления (например, световые)".
Итак. Постулат постоянства скорости света не имеет прямого экспериментального подтверждения. Есть только результаты опытов, интерпретируемые как постоянство скорости света, однако такая интерпретация не является единственно возможной. Есть также математическая часть теории относительности, и есть интерпретация теории относительности или ее математической части. Результаты, полученные на основе этой теории, при определенной их интерпретации подтверждаются рядом экспериментов. Что касается первой версии ТО – специальной теории относительности (СТО), вызывающей недоумение своими постулатами, расходящимися со здравым смыслом и рассудком, – то границы ее применимости определил ее автор, т.е. Эйнштейн. Выводы СТО, согласно Эйнштейну, справедливы только для систем, не подверженных влиянию полей тяготения на исследуемые явления. То есть, выводы СТО справедливы для некоторых идеализированных систем, которых в реальности нет.
Постулаты ОТО (общей теории относительности) отличны от постулатов СТО, но некоторые интерпретации полученных в ней результатов не менее экзотичны, чем в СТО.
P.S. С точки зрения критического мышления мы имеем дело не со скоростью света, а с замерами, связанными со скоростью света. В этом плане "постоянство" скорости света возможно так же, как и "постоянство" скорости звука. Движущийся в воздухе объект увлекает с собой пристенный слой воздуха, неподвижный относительно этого объекта. В этом пристенном слое скорость звука будет постоянной в том плане, в какой скорость звука внутри летящего самолета не зависит от скорости движения этого самолета. Наличие подобного "пристенного" слоя для света никто не проверял. Однако опыты с замерами характеристик, связанных со скоростью света – например, в опыте Майкельсона-Морли, проводились в земных условиях, а экстраполировались на весь внешний мир. "Высокий" ученый мир физиков, он, на самом деле, вовсе не критичен, вопреки легендам, сочиняемым для обычных граждан.