М. А. Левин. Эфир ный подход или царский путь в сто icon

М. А. Левин. Эфир ный подход или царский путь в сто



НазваниеМ. А. Левин. Эфир ный подход или царский путь в сто
Дата конвертации13.09.2012
Размер268.01 Kb.
ТипДокументы


М.А. Левин

.

ЭФИР НЫЙ ПОДХОД или ЦАРСКИЙ ПУТЬ В СТО



1. Введение 1

2. Два постулата об эфире. Эффект Доплера 2

3. Событие. Информационное соглашение. Преобразования Лоренца 4

4. Релятивистские эффекты 6

5. Активные преобразования 7

6. Мир Минковского 8

7. Эксперименты 10

8. ИТОГО: В чем разница между ЭПТО И СТО 11


1.Введение


Проблемы специальной теории относительности (СТО). Однако «слухи о смерти СТО сильно преувеличены». СТО изящно объяснила целый ряд экспериментальных фактов и стала толчком для создания ряда новых физических теорий 20-го века. В частности, ее методы дали новое толкование уравнениям электродинамики и динамики материальной точки.

Строгий путь изучения СТО – это «математический путь». Сначала изучаются такие математические объекты как псевдоевклидово пространство, группа преобразований Лоренца, мир Минковского. Затем надо принять, что в нашем мире по законам этих математических объектов действует пространственно-временная машина. На этом «простом» пути, доступном только математикам или физикам-теоретикам противоречий, конечно, нет, но СТО не воспринимается как физическая теория.

Обычно СТО преподносят не столь строго через два известных постулата Эйнштейна. При этом отрицание эфира, как среды распространение света, и постулирование постоянства скорости света лишают «обыденный здравый смысл» наглядности восприятия. И это - две основные причины не умолкающей критики СТО, Теория, лишенная наглядности и материальной основы, - вещь не безобидная. Она порождает у многих мнение о неблагополучии текущего состояния физики и, как следствие, обширную литературу и интернет-информацию с далеко не всегда справедливой критикой СТО. У школьников (и не только!) она порождает комплекс неполноценности в силу логической парадоксальности СТО.

Поэтому не кажется удивительным, что участники 2-ой Международной конференции «Проблемы пространства и времени в естествознании» предложили “отказаться от ее преподавания в средней школе, а преподавание в высшей школе сопровождать критикой и изложением альтернативных подходов”.

Ниже предлагается выход из создавшейся ситуации путем построения СТО на базе эфирного подхода. Эфир здесь выступает в качестве «подсадной утки» СТО. Это объединение может примирить сторонников эфира и строгих релятивистов, хотя каждой из сторон придется незначительно поступиться своими амбициями, но и польза от этого появляется как для сторонников эфира, так и сторонников СТО.

^ Эфирный подход к специальной теории относительности (ЭПТО).
Этот подход обладает необходимой для ОЗС наглядностью, и в определенной степени «демократизирует» СТО (см. далее). Путь к СТО через эфирный подход явится «царским путем в СТО» для всех, кто начинает изучать СТО как физическую теорию. Парадоксы при этом становятся не «кажущимися противоречиями», а понятными, хоть и любопытными свойствами.

При таком подходе внутренняя структура эфира не рассматривается. ЭПТО базируется на нескольких простых постулатах, не опираясь на электродинамические представления. Определяются простые и доступные для ОЗС конструктивные элементы (эфир, свет, событие, замедление часов), а также технологическая процедура измерения координат и момента времени события. Все эти элементы можно мысленно непротиворечиво «пощупать». Эти элементы в несколько иной форме известны из СТО. Однако сразу заметим, что сокращение длины продольного стержня при этом не постулируется.

На этой основе затем выводятся преобразования, связывающие пространственно-временные координаты события разных инерциальных системах отсчета (ИСО). Ими оказываются преобразования Лоренца. Несмотря на то, что в ЭПТО, как и в СТО, преобразования Лоренца имеют фундаментальное значение, трактовка их несколько иная. Тем самым, наглядно демонстрируется, что за преобразованиями Лоренца, может скрываться физически иная картина, чем та, которую рисует СТО своими средствами.

Анализ преобразований Лоренца позволяется, естественным образом, рассмотреть кинематические явления и, в частности, известные в релятивистские эффекты, которые при этом не воспринимаются как парадоксальные. Существенной особенность ЭПТО является то, что преобразования Лоренца истолковываются исключительно как пассивные преобразования (регистрация явлений в одной ИСО из другой). Активные преобразования (физический переход из одной ИСО в другую) рассматриваются отдельно. Показано, что активное преобразование стержня не обязано быть тождественным пассивному. Тем самым, не исключается возможность обнаружить эфирный ветер. Относительность может оказаться ограниченной. Это - важный методологический результат ЭПТО.

Из преобразований Лоренца следуют важные следствия:

  • ограниченное равноправие систем отсчета;

  • инвариантность интервала между событиями;

  • ненаблюдаемость эфира для явлений определенного типа.

На основе этих следствий устанавливается связь эфирного подхода с СТО и осуществляется расширение эфирного подхода на основе следующего ограниченного принципа относительности:

1) для явлений, которые связаны с точечными объектами и событиями, следует предполагать выполнение принципа ковариантности, т.е. форм-инвариантности законов для этих явлений в любой ИСО;

2) для явлений, которые связаны с процессами в вещественных структурах, нельзя исключать отсутствие ковариантности законов.

Раздел, опирающийся на принцип (1), – это и есть современная СТО. Принцип (2) - это разрешение на поиск эфирного ветра, право обоснования ковариантности в сомнительных случаях и др. В этом демократичность ЭПТО. Однако надо понимать, что ЭПТО не «уживется» с теми сторонниками эфира, которые не готовы отказаться от идеи единого времени в пользу замедления часов при наличии у них скорости относительно эфира. С позиций ЭПТО эфирные теории, с ней совместимые, должны обосновать, почему часы замедляют свой ход при движении относительно эфира.


^

2.Два постулата об эфире. Эффект Доплера


1. Постулат об эфире. Существует эфир, с которым будем связывать абсолютную систему отсчета (АСО). Эфир является средой распространения света, скорость которого относительно эфира постоянна, т.е. не зависит от скорости источника. В АСО справедливы евклидова геометрия и классическая кинематика.


^ 2. Постулат о часах. Существует некоторый естественный процесс, который может быть положен в основу стандартных часов, т.е. часов, изготовленных по стандартной технологии. При этом темп хода стандартных часов, движущихся относительно эфира, зависит только от их скорости V, причем он меньше темпа неподвижных в АСО часов в соответствии с коэффициентом

V=(1-V22)1/2. (1)

Физический эффект, отраженный в (1) будем называть хронофизическим. Его следует понимать:

а) в пассивном смысле, т.е. как соотношение показаний одних инерциально движущихся часов, изготовленных в движущейся ИСО по стандартной технологии, с показаниями неподвижных в эфире часов, мимо которых проходят движущиеся часы;

б) в активном смысле, т.е. как изменение темпа хода часов, изготовленных в АСО, после их разгона из АСО в движущуюся ИСО. Если часы перемещались относительно эфира по часам АСО от момента t1 до t2 со скоростью V(t) , то их собственное время определяется интегрированием:

tс21= (1-V22)1/2dt . (2)

(t1, t2)

Существенно, что соотношение (2) означает, что изменение темпа явно не зависит от ускорения, а определяется лишь значениями скорости: dtс =(1-V22)1/2dt

Несмотря на то, что конкретная причина замедления времени здесь не названа, эффект доступен для обыденного здравого смысла: часы обдуваются эфирным ветром. ЭПТО предполагает, что конкретные теории эфира могут прояснить этот вопрос на более конкретном уровне.


^ Эффект Доплера. Рассмотрим одно из основных явлений передачи сигнала в среде – эффект Доплера: период сигнала, воспринимаемого приемником, отличается от периода источника при их относительном движении. Этот эффект интересен тем, что он определяется только двумя постулатами об эфире без процедур измерения координат события.

^ Продольный эффект Доплера. Сначала рассмотрим интересующее нас отношение периодов с позиции АСО для продольного эффекта. Для АСО справедливы акустические формулы для эффекта Доплера. Для случая, когда источник и приемник движутся вдоль одной прямой и источник находится справа, имеем:

TП/TИ=(1+VИ/с)/(1+VП/с)

где Ти и Тп – соответственно период излучения сигнала источником и период принятого сигнала; VИ и VП - скорости источника и приемника относительно эфира.

При VИ=VП эффект отсутствует. При VИVП после встречи источника и приемника период принимаемых сигналов скачком увеличивается. Говоря более общо, видим, что значение TП/TИ зависит от абсолютных значений скоростей VИ и VП и не может быть выражено только через скорость приемника относительно источника. В этом смысле принцип относительности Галилея здесь не выполняется. Т.е. в классическом случае (при V=1) можно по измеренному значению TП/TИ и измеренной относительной скорости источника и приемника вычислить VИ и VП.

Теперь рассмотрим, как соотносятся периоды источника и приемника с учетом хронофизического эффекта (2), т.е. при измерении периодов на источнике Tс И и приемнике TсП по их собственным часам. В этом случае, если источник справа, имеем:

TсП/TсИ=DrVИ*Dr(-VП)=DrVПИ (3а)

Здесь введена функция Drv=[(1+v/c)/ (1-v/c)]1/2, с – скорость света в эфире, а

VПИ=(VИ-VП)/(1-VИVП/c2) (3б)

Соотношение (3б) определяет релятивистскую скорость VПИ приемника относительно источника. Преобразование (3б) образует группу. Это, в частности, означает, что если поместить между источником и приемником движущийся со скоростью VР ретранслятор (он примет и излучит сигнал с периодом TсР), то (3а) и (3б) можно использовать для расчета VРИ и ТсР/ TсИ через VИ и VР, а также VПР и ТсП/ TсР через VР и VП, причем

VПИ=(VПР-VРИ)/(1-VПРVРИ/c2).

Изложенное означает, что хронофизический эффект релятивирует продольный эффект Доплера: никакими измерениями на источнике и приемнике нельзя определить их абсолютные скорости VИ и VП. Эффект связан только с относительными (релятивистскими) скоростями.

^ Поперечный эффект. Если источник вращается вокруг наблюдателя, неподвижного относительно эфира, то период ТП колебаний, воспринимаемых приемником, будет равен периоду ТИ колебаний источника при измерении его по часам АСО: ТИП. Акустический эффект Доплера, таким образом, не существует. Однако в силу хронофизического эффекта: TсИ=TИ(VИ). И, так как TП=TсП, то TсП/TсИ=1/(VИ). Это соотношение характеризует эффект, называемый поперечным эффектом Доплера: период колебаний на приемнике уменьшается (частота сдвигается в красную сторону спектра). Можно сказать, что наблюдается чистое замедление времени на источнике 2-го порядка.

Опыты, которые в СТО считаются подтверждением замедления темпа времени движущегося объекта, подтверждают постулат о часах. В частности, сюда относятся эксперименты на ускорителях. Важный эксперимент 2-го порядка, основанный на эффекте Доплера, был выполнен Г. Айвсом и Д. Стиллуэлом в 1938г и 1941г.
^

3.Событие. Информационное соглашение. Преобразования Лоренца


Информационное соглашение о координатах событий. Системы координат разных ИСО будем, как общепринято, считать согласованными так, что их оси координат параллельны, и скорости относительных движений параллельны осям абсцисс.

Пусть произошло точечное событие S c координатами (x, y, z. t) в АСО. Рассмотрим инерциальную K′-систему, скорость которой относительно эфира, равна V. Координаты события в K′-системе обозначим (x, y, z′, t′). С каждым событием условно можно связать объект-носитель события. В начале координат АСО и в любой ИСО расположен наблюдатель, каковым является активный световой локатор, с которым связаны часы, темп хода которых соответствует скорости ИСО согласно постулату о часах, и вычислитель.

Принимается следующее информационное соглашение (фактически по Эйнштейну): в K′-системе для оценки момента времени t′ и расстояния до события r′ используется оценки, полученные на основе данных активная локация, согласно соотношениям:

t′=(tсИ+tсП)/2, r′=с(tсП tсИ)/2. (4а)

Здесь tсИ – такой момент излучения лоцирующего сигнала локатором K′-системы (по часам локатора), что он достигает объекта-носителя события в момент события; tсП – момент приема локатором отраженного сигнала по его часам. В состав соглашения надо также включить правило измерения углов в К′-системе: угол определяется, как тангенс отношения длин катетов прямоугольного треугольника, на гипотенузу которого опирается труба локатора. Длины этих катетов оцениваются также с помощью данных локатора и второго из соотношений (4а).

Для АСО правомочность информационного соглашения не вызывает сомнения. Для движущейся K′-системы оно по «здравому смыслу» некорректно. Если бы скорость K′-системы могла быть измерена, то нетрудно было бы выписать соотношения, которые по данным tсИ и tсП локатора и скорости V вычисляли бы такие координаты события в K′-системе, которые связаны с его координатами в АСО преобразованиями, обеспечивающими универсальные пространство и время. Но, если скорость V измерить не удастся, а именно это предполагает СТО, то ничего лучшего, чем приведенное выше информационное соглашение, по-видимому, придумать нельзя (далее будут тому подтверждения). Так или иначе, ясно, что принимается информационное соглашение, которое в рамках постулата об эфире логически некорректно, и, тем самым, может породить различные иллюзии и парадоксы. И они уже рядом.

Из (3а) непосредственно следует, что

tсП=t′+r′/c (4б)

Это соотношение означает, что скорость света будет казаться наблюдателю равной с независимо от того, есть эфир или нет, с каким темпом идут часы у наблюдателя, движется ли он инерциально или с ускорением. Иногда в СТО предлагают (4б) в роли правила синхронизации часов, не утруждая пояснением того, как измеряется r′. Часто в роли правила синхронизации часов используют первое соотношение (4а), обходя вопрос о том, как процедурно измеряется расстояние. Это, наверно для того, чтобы согласительный характер постоянства скорости света сразу не бросался в глаза.

^ Вывод преобразований Лоренца. Анализ процесса локации с позиций АСО выполняется в полном соответствии с классической кинематикой. При этом определяются моменты локации tИ и приема tП отраженного сигнала по часам АСО. Затем для перехода к K′-системе необходимо перейти к собственному времени локатора tсИ=tИV и tсП=tПV, вычислить оценки t′ и r′ и перейти к оценкам x, y, z′ координат в K-системе. Наиболее просто это сделать для случая, когда событие происходит на оси абсцисс. В общем случае, когда событие имеет ненулевую ординату, выкладки усложняются, но метод тот же. После соответствующих выкладок получим преобразование для перехода от АСО к K′-системе, совпадающие по форме с преобразованиями Лоренца:

х=(х-vt); t′=(t-vх2); y=y; z′=z, где =(1-V2/c2)-1/2 (5)

В силу групповых свойств преобразований Лоренца соотношение (5) будет иметь силу также в том случае, когда (x,y,z,t) обозначают координаты события в инерциальной K-системе, движущейся относительно АСО. При этом v будет обозначать релятивистскую относительную скорость K′-системы относительно K-системы.

Эфир оказывается релятивированным на уровне координат событий.


^ Закон сложения скоростей. Если скорость K'-системы относительно K-системы равна V', а скорость K''-системы относительно K′-системы равна V'', то переход от K′-системы к K'′-системе осуществляется по преобразованиям Лоренца, в котором

v=(V′′-V′)/(1-V′′V′/c2),

т.е. имеет место то же правило сложения (вычитания) скоростей, которое ранее выявлено при анализе эффекта Доплера.

Из преобразований Лоренца (5) путем дифференцирования по t координате можно найти выражение для компонент скорости V′ в K'-системе через ее компоненты V в K-системе. Для движения вдоль оси абсцисс получим соотношение: V′=(V-v)/(1-Vv/c2). Это - тот же закон сложения (вычитания) скоростей. Важно обратить внимание на следующее. Это правило не зависит от того, каков коэффициент V в постулате о часах. И это естественно, так как при вычислении скорости измеряется отношение расстояния к времени, а измерение расстояний локатор, по существу, выполняет часами.


Таким образом, закон сложения скоростей можно получить из трех источников:

а) как следствие эффекта Доплера, т.е. двух постулатов о часах;

б) как следствие первого постулата об эфире и информационного соглашения;

в) как формулу для пересчета параметра v в группе преобразований Лоренца.

Это говорит о том, информационным соглашение как бы принято так, чтобы оно было адекватно двум постулатам об эфире. Их сочленение приводит к тому, что абсолютное движение на уровне локационных измерений оказывается ненаблюдаемым.


^

4.Релятивистские эффекты


Относительность одновременности. Из преобразований Лоренца следует, что пара часов А и Б в K′-системе имеют сдвиг относительно соответствующих им часов в K-системе. Этот сдвиг тем больше, чем больше расстояние между часами. В ЭПТО это истолковывается следующим образом. Если за истинное время принимать время в АСО, то в движущейся ИСО информационное соглашение порождает эффект (=дефект, =иллюзию) пространственно-временной неоднородности. Она заключается в том, что пространство внутри ИСО как бы однородно, время тоже однородно (темпы всех часов внутри ИСО одинаковы), но эти часы по отношению к часам АСО не сфазированы, причем в каждой точке пространства имеют разный сдвиг, который называют сдвигом местного времени.

^ Иллюзия постоянства скорости света. Эта иллюзия, являющаяся следствием лишь информационного соглашения, становится физически более понятной как следствие пространственно-временной неоднородности в движущейся системе. Хотя точки фронта волны за одно и тоже время (с позиции АСО) оказываются в ИСО на разных расстояниях от источника излучения, но соответствующим образом в этих точках движущейся ИСО показания часов сдвинуты так, что отношение пути к скорости равно с.

^ Сокращение времени и длины. Из преобразований Лоренца непосредственно следует, что собственный темп хода часов, движущихся относительно K-системы, меньше, чем его значение, измеренное в этой K-системе: tc=vt.

Аналогичным образом, длина продольного стержня, измеренная в системе отсчета, относительно которой он движется, меньше, чем его собственная длина (длина, измеренная в системе, где он неподвижен). Длина поперечного стержня не изменяется.

Оба этих преобразования определяют пассивные преобразования, т.е. результат сопоставления измерений, произведенных в двух системах отсчета.

Аберрация. Аберрация заключается в том, что угол ', под которым видит луч света движущейся наблюдатель, не равен углу , под которым его видит неподвижный в АСО наблюдатель, расположенный в момент наблюдения в той же точке пространства, что и движущийся. Формулы для пересчета угла ' через  и скорость V наблюдателя можно получить из преобразований проекций скорости на оси Х и Y, которые следуют из преобразований Лоренца. Однако анализ этого явления средствами ЭПТО вносит в него бОльшую ясность.

Вычислим сначала брадлеевский угол П, наблюдаемый движущимся наблюдателем с позиции АСО. Это чисто кинематическая задача, в которой классическим образом суммируются вектор скорости наблюдателя и вектор скорости света. Получим: tgП=csin/(ccos+V). Заметим, что если рассматривать не луч света, а локацию события, то угол И, определяющий положение трубы локатора при излучении сигнала, равен углу П ее положения при приеме сигнала, т.е. сопоставление этих углов не позволяет выявить движение относительно эфира даже в классическом случае.

Чтобы перейти от П к ' надо учесть, как искажается угол П в силу релятивистских эффектов. Угол ' можно определить через значение его тангенса, которое определяется как отношение катетов прямоугольного треугольника, на гипотенузе которого лежит труба локатора. Сами же длины катетов должны определяться путем их локации в соответствие с информационным соглашением. Из этих соображений имеем соотношение:

tg′=tgП·(1-V22).

Этот эффект назовем межсистемной аберрацией. Кстати, он не зависит от хронофизического эффекта, т.е. является только следствием постулата об эфире и информационного соглашения. Тем самым, получим релятивистскую формулу для аберрации:

tg′=sin·(1-V22)/(cos-V/с). (6)

Аберрация является следствием движения наблюдателя относительно эфира, причем движение источника относительно эфира не имеет значение. В определенный период развития СТО в работах серьезных ученых фигурировали неверные утверждения, что аберрация зависит от относительной скорости источника и приемника. Причиной заблуждения было то, что сам истинный угол  для луча, принимаемого наблюдателем, наблюдать нельзя. Можно только сравнивать угол ′ при разных скоростях относительно эфира, например, в случае звездной аберраций - это изменение угла наблюдения звезды при разных направлениях скорости Земли относительно эфира. Относительность здесь проявляется в том, что любую ИСО можно считать покоящейся, а для ИСО, движущейся относительно первой, имеет силу формула (5), в которой V- относительная релятивистская скорость этих ИСО. Другими словами, информационное соглашение релятивирует классическую аберрацию.

^ Равноправие систем. Из преобразований Лоренца следует, что переход от K′-системы к K-системе описывается теми же соотношениями, что и переход от K-системы к K′-системе, если вместо v подставить –v. Следовательно, эффекты явлений, происходящих в K′-системе, для K-наблюдателя, подчиняются тем же правилам/соотношениям, что и эффекты явлений, происходящих в K-системе, для K′-наблюдателя. Это в СТО и ЭПТО истолковывается как специфическое равноправие систем. Только на такую форму равноправие опирается в СТО при выводе преобразований Лоренца.

В ЭПТО исходная точка зрения иная. Две движущиеся относительно друг друга ИСО не одинаковы. Во-первых, у них разный темп хода часов, во- вторых они имеют разный пространственно-временную неоднородность относительно АСО. Но эти два эффекта так складываются, что создают взаимно-идентичные иллюзии (заблуждения) у K и K′-наблюдателей. В ЭПТО равноправие систем – это в определенной степени иллюзия.

Этот вид равноправия (назовем его узкой относительностью), можно принять в качестве постулата, тогда в постулате о часах можно не фиксировать выражение для V. Это выражение конкретизируется, опираясь, на постулат узкой относительности.


^

5.Активные преобразования


Замедление времени. Вопрос о том, как изменится темп хода часов при изменении их скорости, - это вопрос об активном преобразовании. В ЭПТО ответ дает постулат о часах. В СТО показано, что собственный темп часов не зависит от наблюдателя, т.е. формула (2) имеет силу в системе отсчета любого инерциального наблюдателя, а не только для АСО. Информационное соглашение, таким образом, релятивирует постулат о часах и в плане активного преобразования.

В отношении замедления времени пассивное и активное преобразования адекватны друг другу по отношению к любой паре ИСО.

Существенно, однако, что две ИСО, движущиеся друг относительно друга, не одинаковы: темп хода в них объективно различен. Это справедливо и в СТО, но явно не произносится, что порождает парадокс близнецов.

^ Парадокс близнецов. Если дом братьев неподвижен в АСО, то эффект молодости брата путешественника (П-брат) по отношению к брату домоседу (Д-брат) в ЭПТО является прямым следствием постулата о часах. Если же дом братьев движется относительно эфира, то П-брат будет при возврате домой моложе Д-брата в силу того, что его скорость относительно эфира согласно (2) интегрально выше, чем у Д-брата. Никакого парадокса нет.

В СТО парадокс возникает из-за туманного толкования равноправия инерциальных систем. На участках полета, когда скорость П-брата постоянна, его ИСО и ИСО Д-брата не тождественны друг другу: темпы хода часов в них различны. Однако СТО стесняется признать их объективное различие. Поэтому СТО апеллирует к ускорениям при разгоне, торможении и развороте. С другой стороны, в СТО, как правило, отмечают, что для справедливости (2) надо принять, что темп хода часов не зависит от ускорения. Это «экспериментально подтверждено, по крайней мере, для нормального ускорения» [Матвеев А.Н., 1986, стр. 99]. К тому же величина эффекта зависит от продолжительности путешествия при одной и той же структуре ускорений/торможений и скоростей на участках «каботажного плавания».

^ Синхронизация часов путем их переноса. Перенос часов с предельно малой скоростью приводит к точно такому же эффекту относительности одновременности, как и информационное соглашение, т.е. сдвигу показаний разнесенных в пространстве часов по отношению к часам внешней системы, в которой наблюдаются сдвиги часов.

^ Разгон стержня. Процедура вывода преобразования Лоренца в ЭПТО не опирается на какие-либо предположения об изменении длины стержня при его разгоне. Эффект сокращения длины, который следует из этих преобразований, определяет лишь соотношение для оценок длины, которые дают наблюдатели разных ИСО в сложившейся ситуации. Поэтому можно вводить различные дополнительные гипотезы относительно активного преобразования, например:

1) гипотеза Эйнштейна: собственная длина стержня при изменении его скорости относительно эфира не меняется. Эта гипотеза эквивалентна гипотезе Фиджеральда-Лоренца о сокращении длины стержня в продольном направлении. В этом случае эфир оказывается ненаблюдаемым в экспериментах со стержнем;

2) гипотеза Майкельсона: истинная длина стержня (длина в АСО) при изменении его скорости относительно эфира не изменяется. В этом случае опыты по измерению длины стержня при его повороте позволяют измерить абсолютную скорость ИСО. Это означает, что опыты с интерферометрами типа Майкельсона-Морли могут дать положительный результат.

Таким образом, преобразования Лоренца для своего вывода не нуждаются в какой-либо гипотезе об активном преобразовании длины стержня и не определяют его. Тем самым, они, в принципе, не исключают возможность обнаружить эфирный ветер.

^ Электродинамика и длина стержня. Лоренцем показано, что в предположении, что структура вещественного тела определяется электродинамическими силами, должно иметь место сокращение Фиджеральда-Лоренца. Однако это показано в предположении, что такое сокращение имеет место для электрона. Поэтому такое доказательство не является строгим.

^ Часы Ланжевена. Отказываясь от безоговорочного признания сокращения длины продольного стержня при изменении его скорости, ЭПТО оказывается в ситуации, при которой «световые часы» Ланжевена не могут служить часами (таковыми могут служить «часы» Ланжевена, автоматически ориентирующиеся нормально к скорости относительно эфира). Тем самым, СТО должно считать, что часами могут быть только устройства, которые построены на основе движения вещественных объектов.

^

6.Мир Минковского


Мир летучих мышей. Любопытно, что следующие релятивистские эффекты определяются только первым постулатом об эфире и информационным соглашением:

  • постоянство скорости света;

  • правила сложения скоростей;

  • аберрация.

Это означает, что если средой является воздух и с - скорость звука, то эти релятивистские эффекты «имеют силу» в мире летучих мышей, использующих ультразвуковые локаторы. Но в силу того, что постулат о часах у них не действует, они обделены эффектом Доплера в релятивистской форме и сверкающим четырехмерным миром Минковского (см. ниже). Однако для того чтобы жить, как люди, в мире Минковского, не исключено, что их внутренние часы автоматически настраиваются на темп хода в соответствии с постулатом о часах, поскольку измерение скорости относительно воздушной среды для них не проблема.

^ Мир Минковского. Рассмотрим два события S1 и S2, координаты которых в K′-системе соответственно равны (x′1, y1, z1, t1) и (x2, y′2, z2, t2). Пространственно-временным интервалом между событиями называется величина s′12, которая определяется из соотношения:

s122=c2t212-(x212+y212+z212),

где t21=t2-t1, x21=x2-x1, y21=y2-y1, z21=z2-z1,

Из преобразований Лоренца следует, что величина s′12 для каждых конкретных двух событий имеет одно и тоже значение во всех системах отсчета: s122=inv.

Это позволяет ввести четырехмерное пространство-время с метрикой s212, в котором пространство и время взаимосвязаны. Само пространство называется псевдоэвклидовым. Событие можно представить в виде точки (вектора) в этом 4-пространстве. Пространство-время и события в 4-мире в СТО называют миром Минковского. В этом пространстве вводятся также векторы, отличные от событий, у которых три координаты считаются пространственными, а четвертая – временной, причем для них должно выполняться условие инвариантности пространственно-временного интервала. Вводятся также тензоры и другие геометрические объекты.

^ Принцип относительности. СТО равноправие ИСО толкует в форме принципа относительности, более широкого, чем рассмотренный принцип равноправия систем, т.е. более широко, чем это можно извлечь из преобразований Лоренца, а именно:

  • СТО требует, чтобы законы природы выражались через объекты мира Минковского, т.е. были ковариантны (форм-инвариантны относительно преобразований Лоренца);

  • как невозможность средствами внутри ИСО обнаружить ее абсолютное движение.

При этом СТО накопило целый ряд доводов в пользу своих позиций. СТО, в частности, показало, что уравнения электродинамики этому требованию удовлетворяют.

Для ЭПТО ковариантность закона природы, косвенно подтверждает постулат о часах.

Поэтому ЭПТО, с одной стороны, должно идти по пути расширения принципа равноправия систем, а с другой стороны, считать, что эти принципы ограничены. И для этого тоже есть основания. Другими словами, ЭПТО должно признать, что описание законов многих явлений целесообразно искать в форме, инвариантной по отношению к преобразованиям Лоренца. Эфир в этих явлениях окажется ненаблюдаемым, а движение относительно него нельзя обнаружить. По-видимому, это всегда должно иметь место в тех случаях, когда в исследуемом явлении фигурируют только точечные события и объекты. Но при этом ЭПТО сохраняет убеждение, что не обязательно такая форм-инвариантность должна иметь место для всех явлений (законов) в природе. И это нисколько не порочит ЭПТО. Вопрос об активном преобразовании стержня тому порукой.

По отношению к динамике материальной точки имеется ряд критических замечаний. Выражение для силы, по существу, является определением, а сам способ измерения ньютоновой силы не определен. Форм-инвариантность уравнений обеспечивается по отношению к другому уравнению, в котором фигурирует не ньютонова сила, а сила Минковского, смысл которой не ясен. Парадокс рычага фактически не парадокс, а противоречие. Его можно объяснить существенно проще, если не зашориваться на формуле преобразования силы. На взгляд автора, формула преобразования силы справедлива по отношению к ней, как причине ускорения. При рассмотрении равновесия рычага мы имеем дело со статическим проявлением силы, а оно иное, чем ее появление в уравнении динамики, в котором принято определенное выражение для эффективной массы, а ускорение в разных ИСО не одно и то же. В статике сила естественным образом измеряется по длине пружины динамометра, а эта длина при переходе от одной ИСО к другой изменяется так же, как длина стержня. Тем самым, момент сил ни в какой системе отсчета не возникает.

7.Эксперименты


Ограничимся рассмотрением 4-х экспериментов: Миллера, Галаева, Маринова и Глушко. По мнению их авторов эти эксперименты доказали существование эфира. Все они не признаны официальной наукой, но взяты на вооружение противниками СТО. Рассмотрим их результаты с позиций ЭПТО. Критика этих опытов со стороны сторонников СТО, грубо говоря, что они «по определению» должны дать нулевой результат, и, тем самым, ненулевой результат характеризует их недостаточную точность.

Опыты, выполненные Д. Миллером и его сотрудниками с 1921-1926г. на высоте 1860м следует считать наиболее полными опытами с интерферометром. В этих опытах произведены сотни тысяч отсчетов, в результате обработки которых получено значение эфирного ветра около 9-10 км/сек. Это, пожалуй, единственное исследование, в процессе которого детально изучалось влияние разных мешающих факторов. Ни в одном из других экспериментов не были проведены наблюдения такой длительности и такой непрерывности, которые требуются для выявления суточных и сезонных изменений. Существенно то, что кривая измеряемой скорости в течение суток оказалась привязана к звездному времени, что повышает уверенность в том, что не ненулевой результат опыта не является следствием ошибок измерений. Тем не менее, мнение академика В.И. Вавилова таково: «…интерферометр Миллера столь чувствителен, что многие трудно учитываемые местные влияния могут оказаться причиной систематического смещения полос».

По современным представлениям измеренная скорость эфирного ветра должна быть сопоставимой со скоростью Земли относительно реликтового излучения. Если признать положительным результат опыта Д. Миллера, то надо объяснить, почему измеренная скорость эфирного ветра была более чем в 20 раз меньше предполагаемой. Причину этого можно усмотреть в следующем:

1) имеет место фиджеральдово сокращение, близкое, но не равное 100%;

2) Земля в своем движении в мировом пространстве увлекает за собой эфир.

Опыт Гелаева как бы подтверждает именно второю возможность, так как в этом опыте 1-го порядка фиджеральдово сокращение не принципиально.

Что касается эксперимента Маринова со связанными затворами, то его количественный результат явно противоречит идее увлечения эфира движущейся Землей. По опыту С. Маринова также высказываются мнения, что с позиции СТО он должен дать отрицательный результат из-за кручения вала двигателя и/или замкнутости механической и электрической части установки, а также (как всегда) к точности эксперимента.


Тем самым, результаты всех трех опытов противоречат друг другу. Если из трех опытов попытаться один отвергнуть, чтобы избежать противоречия, то есть две возможности:

1) считать опыт С. Маринова ошибочным, а опыты Гелаева и Миллера совместимыми в рамках концепции увлечения эфира Землей;

2) считать опыт Гелаева ошибочным, а опыты Маринова и Миллера - достоверными. При этом во избежание противоречия надо считать, что опыт Маринова, будучи опытом первого порядка, измеряет скорость эфирного ветра, близкую к реальной скорости Земли в эфирном пространстве, а опыты с интерферометрами дают близкий к нулю результат по причине имеющего место фиджеральдового сокращения, близкого к 100%.

Если, как говорится, «прикажут» сделать выбор, то автор предпочел бы вторую возможность, так как приятней надеяться, что эфирный ветер можно обнаружить в его полновесной величине на поверхности Земли. Кроме того, Миллер в своем обширном отчете 1933г склонялся к тому, что имеет место фиджеральдово сокращение, а скорость эфирного ветра не зависит от высоты. Да и как-то было бы странно, что эфир оказался настолько вязким, что эфирный ветер, ожидаемая скорость которого выше 300 км/сек, на высоте 2 км не разглядишь. Этот вариант также устраняет известную проблему, касающуюся аберрации, в модели увлечения эфира Землей.

В опыте Глушко (http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/8573.html) с помощью точных часов многократно в течение суток измерялось фазометром изменение времени прохождения сигналом фиксированного пути. Вследствие вращения Земли этот путь оказывается ориентированным различным образом относительно возможного направления эфирного ветра, и это приводить к изменению показаний фазометра. Опыт проводился для путей 300 м, 700 м и 1500м. По максимальному сдвигу времени в течение суток получено значение эфирного ветра 70050 км/сек. С позиций ЭПТО/СТО результат этого опыта должен бы быть отрицательным. Ведь надо учесть сдвиг часов при их перемещении из положения «впереди по движению в эфире» к положению «позади по движению в эфире». Если же предположить, что вопреки этому соображению опыт законно обнаружил эфирный ветер, то это означало бы отсутствие замедления часов, т.е. конец как СТО, так и ЭПТО.

В целом можно сказать, что имеющиеся данные по эфирному ветру, по-видимому, недостаточны для того, чтобы убедить ортодоксальных сторонников СТО.


^

8.ИТОГО: В чем разница между ЭПТО И СТО


Напомним, что под ЭПТО подразумевается объединение эфирного подхода и СТО.

Опираясь на изложенное выше, можно подытожить сопоставление ЭПТО и СТО.

1. Постулаты эфирного подхода просты и наглядны. Опора на постулат о часах принципиально отличает ЭПТО от тех эфирных представлений, которые ориентируются на абсолютное время. И это сближает ЭПТО с СТО. ЭПТО ориентирован на то, чтобы сделать саму СТО более доступной.

В ЭПТО преобразования Лоренца строго следуют из постулатов ЭПТО. ЭПТО дает без противоречий модель пространства событий на физической основе. Опора же в СТО на постоянство скорости света, строго говоря, неправомерна для вывода преобразований Лоренца: из инвариантности пространственно-временного интервала на световом конусе (s12=0) не следует его инвариантность для любого s12 (А.А. Логунов). Поэтому строгое построение СТО опирается на псевдоевклидово пространство, группу преобразований Лоренца, мир Минковского. Однако при этом модель пространства событий является чисто математической.


2. СТО успешно развило соответствующий математический аппарат. С позиций мира Минковского «…в явлениях нам дается только четырехмерный в пространстве и времени мир». С позиции ЭПТО сущность природы другая. Как говорил сам А.Эйнштейн, «...нет ничего банальнее утверждения, что окружающий нас мир представляет собой четырехмерный пространственно-временной континуум».

Тем не менее, математический аппарат СТО полностью может быть включен в ЭПТО как единую концепцию.

3. Преобразования Лоренца и мир Минковского – это, строго говоря, описание пассивного преобразования координат события. СТО, как правило, предполагает неявно, что активные преобразования адекватны пассивным. Но активные преобразования длины стержня не обязаны быть такими же, как пассивные. Это означает, что в ЭПТО их адекватность требует отдельного экспериментального или специального теоретического обоснования. Например, можно принять (или не принять) результат Лоренца, показавшего, что сокращение фиджеральда-Лоренца должно иметь место (для этого ведь предполагается, что такому сокращению подвержены электроны). Так или иначе, СТО и ЭПТО здесь стоят, в принципе, на разных позициях: СТО утверждает, ЭПТО требует обоснование.

В этом отношении мудро звучат часто цитируемые слова В. Паули: «...Эйнштейн сделал теорию независимой от специальных предположений о строении материи. Следует ли на этом основании вообще отбросить стремление к атомистическому обоснованию лоренцева сокращения? На наш взгляд, это - не так. Сокращение масштаба является не простым, а напротив, крайне сложным процессом. Оно не имело бы места, если бы не только основные уравнения электронной теории, но и еще неизвестные законы строения электрона, не были ковариантными относительно группы преобразований Лоренца. Мы можем только постулировать это предположение, зная, что когда указанные законы станут известными, теория будет в состоянии дать атомистическое поведение движущихся масштабов и часов. При этом нужно, конечно, сознавать равноправие обеих движущихся друг относительно друга систем».

4. ЭПТО, не стесняясь, признает, что релятивистские эффекты – это, в определенном смысле, иллюзия, порожденная принятым информационным соглашением. И основным свойством этой иллюзии является то, что наблюдатели двух ИСО одинаково взаимно заблуждаются. СТО настаивает на объективности такого равноправия ИСО. Отсюда в СТО практически неразрешимый (без использования формул) парадокс близнецов, из-за того, что инерциальные участки полета брата-путешественника в СТО предполагаются равнозначными соответствуют периодам брата-домоседа.

Релятивистские эффекты, естественно, объективны, как явление, но это с позиции ЭПТО - не сущность. Сущность в том, что разные ИСО различны, а их кажущееся равноправие является артефактом фактического различия.

5. К настоящему времени имеющиеся отдельные положительные результаты (по мнению сторонников эфирных представлений) не перепроверены «официальными научными инстанциями». Не исключая обнаружение эфирного ветра в опытах первого порядка (измерение скорости света в одном направлении), ЭПТО в тоже время требует, чтобы эти опыты не противоречили постулату о часах, чего не требуют другие эфирные представления. Если замедление времени не будет опровергнуто экспериментально, то даже в случае обнаружения эфира опытами первого или опытами с интерферометрами, СТО будет существовать как теория, справедливая для широкого круга явлений.

6. 5. Принцип относительности в СТО значительно шире такого «равноправия на заблуждения». За пределами преобразований Лоренца в СТО утверждается, что:

1) никакими средствами внутри ИСО нельзя обнаружить ее абсолютное движение;

  1. законы Природы являются ковариантными, т.е. форм инвариантными относительно преобразований Лоренца.

ЭПТО с (1), конечно, не может согласиться. Возможность обнаружения «эфирного ветра» - символ веры ЭПТО, как бы эфирный подход не слился с СТО. В этом плане пока, единственным достаточно убедительным и признанным (не опровергаемым релятивистами) явлением существования абсолютного движения является движение относительно реликтового излучения. Однако это явление не демонстрирует возможность обнаружения абсолютного движения внутренними средствами ИСО.

В отношении принципа ковариантности в ЭПТО позиция более сложная. ЭПТО включает в себя СТО, но предпочитает держать дверь открытыми или, грубо говоря, «хочет сидеть на двух стульях» и «держать фигу в кармане». А именно: если в отношении каких-то процессов доказана форм-инвариантность, то это не противоречит ЭПТО, а лишь подтверждает, что для этих процессов постулат о часах имеет силу. Если же оказалось, что для некоторых явлений форм-инвариантности нет, то это тоже интересно, так как, скорее всего, означает возможность обнаружить эфирный ветер. В идеале, хорошо было бы знать, в каких случаях она должна иметь место.

7. ЭПТО может себе позволить строить гипотезы объяснения явления там, где СТО фактически приходит к тупику. Например, при истолковании парадокса рычага (независимо от того, принимается такое объяснение или нет).

ЭПТО поощряет теории эфира. Эти теории, в идеале, должны обосновать постулат о часах.

В целом, автор полагает, что лучший путь постижения СТО (кроме крутых математиков) - это путь через ЭПТО. «Царский путь». ЭПТО – это демократия, ортодоксальное СТО – это диктатура.


Литература. Левин М.А. Теория относительности. Эфирный подход.-М,: КомКнига, 2005





Похожие:

М. А. Левин. Эфир ный подход или царский путь в сто iconДокументы
1. /Царский путь (Размышления о канонизации царской семьи).txt
М. А. Левин. Эфир ный подход или царский путь в сто iconСто, мировой эфир, или реально существующее поле?
Леонардо да Винчи: “Там где кричат, там истиной науки нет, ибо истина имеет одно-единственное решение, и когда оно оглашено, спор...
М. А. Левин. Эфир ный подход или царский путь в сто icon3. Глицирретиновая кислота, ее производные и препараты
Ветеринарная композиция для местного применения включает в себя глицирретиновую кислоту или соль или сложный эфир растворенных или...
М. А. Левин. Эфир ный подход или царский путь в сто iconГосподи! Если это Ты, повели мне придти к Тебе по воде (Мф. 14, 28)
Него: "Повели мне". Да, и мы имеем Его повеление жить по духу. Приняли ли мы решимость его исполнить и вступить на этот путь? Вот...
М. А. Левин. Эфир ный подход или царский путь в сто icon2 эфир
...
М. А. Левин. Эфир ный подход или царский путь в сто icon9 Правописание -н- и -нн- в суффиксах прилагательных
В прилагательных, образо­ванных от существительных с основой на -н, например: цен­ный (цена), старинный (ста­рина), каменный (камень),...
М. А. Левин. Эфир ный подход или царский путь в сто iconМ*А*s media Accountability Systems Системы ответственности сми
Наиболее очевидная классификация M*A*S1 предполагает их разделение на три категории в соответствии с их природой: документы (печатные...
М. А. Левин. Эфир ный подход или царский путь в сто iconА. Е. Зимбули духовно-нравственное воспитание: что бы это значило?
Три пути ведут к знанию: путь размышления – это путь самый благородный, путь подражания – это пусть самый лёгкий, и путь опыта –...
М. А. Левин. Эфир ный подход или царский путь в сто iconЭфир и диалектический материализм Глава
Методология эфиродинамики и свойства эфира Введение. Эфир и диалектический материализм
М. А. Левин. Эфир ный подход или царский путь в сто iconВ. М. Эфир русская теория
Предложена эфирная модель мира, согласно которой единственным веществом Вселенной является эфир; элементарная частица эфира — идеальный...
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©podelise.ru 2000-2014
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы

Разработка сайта — Веб студия Адаманов