Виктор Кулигин, Галина Кулигина, Мария Корнева , исследовательская группа «Анализ»
Введение
По мнению классиков материализма, пространство и время не простые свойства материи, а коренные формы бытия материи. От того, как решается проблема пространственно-временных отношений в физике, зависит, пойдет ли физика по материалистическому пути развития или же утонет в болоте схоластики, догматизма и околонаучной фантастики.
Занимаясь многими проблемами физики, мы накопили богатый научный материал, в частности, по Специальной теории относительности. Мы не любители по каждому недоразумению в физических теориях высказывать альтернативную гипотезу. Но этот «гнойник» уже давно назрел и его необходимо вскрыть.
Мы установили, что вывод формулы Лоренца содержит физическую ошибку. Исправление этой ошибки с одновременным удалением серии гносеологических ошибок коренным образом меняет интерпретацию релятивистских явлений. Но, главное, физика вновь возвращается к общему для всех инерциальных систем евклидовому пространству и единому для всех систем времени. Это позволяет сохранить в физике сверхсветовые скорости частиц и мгновенное взаимодействие.
Опубликовать такую работу в «толстых журналах» невозможно. Апологеты СТО занимают ключевые посты в научных учреждениях и организациях, в редакциях физических журналов. Судьба подобных статей «запрограммирована»: работа будет лежать в редакции год, два, а затем она будет отклонена, на основе высокомерной и безответственной рецензии. Такова судьба многих новых работ.
Наша статья адресована широкому кругу читателей, интересующихся проблемами теории относительности, от тех, кто только начинает знакомиться с релятивистскими явлениями, до тех, кто глубоко познал теорию и ее проблемы. В ней нет сложных формул и длинных математических доказательств, понятных только специалистам. Математическая сторона существует, и она будет изложена отдельно. Мы надеемся, что статья поможет немного разобраться в хитросплетении научных ошибок и убережет многие молодые умы от застарелых догм и предрассудков современной физики. За этими умами будущее физики.
1. Становление теории относительности
До появления уравнений Максвелла (1864г.) законы механики и электродинамики (законы Ньютона, Кулона, Ампера и др.) удовлетворяли принципу относительности Галилея:
«Механический эксперимент дает одинаковые результаты в неподвижной лаборатории (системе отсчета) и в любой лаборатории, которая движется равномерно и прямолинейно относительно первой».
Иными словами, законы природы и уравнения, описывающие их, не должны меняться при преобразованиях Галилея:
| x' = x – Vt; y' = y; z' = z; t' = t. | (1.1) |
где V – относительная скорость движения двух инерциальных систем отсчета (лабораторий), направленная вдоль оси x, т.е. галилеевская скорость относительного движения.
Уравнения Максвелла «нарушали» этот фундаментальный принцип. Форма уравнений Максвелла уже не сохранялась при преобразованиях Галилея.
Лоренц в 1904 году окончательно установил, что уравнения Максвелла остаются инвариантными относительно другого преобразования, которое стало носить в последствии его имя:
| x' = (x – vt)/(1 – v2/c2)1/2; y' = y; z' = z; t' = (t – xv/c2)/(1 – v2/c2)1/2 | (1.2) |
где v – лоренцевская скорость относительного движения двух инерциальных систем. Различие между v и V мы установим позже.
Ранние попытки сохранить преобразование Галилея для электродинамики путем ссылки на возможное существование эфира в то время были неубедительны. Лоренц и Пуанкаре длительное время в переписке обсуждали эту проблему между собой. В результате Пуанкаре приходит к выводу о необходимости обобщения принципа относительности Галилея и распространения его на электродинамику. Он следующим образом формулирует принцип, который позже стал одним из важных принципов теории познания [1]:
«Законы физических явлений должны быть одинаковыми как для неподвижного наблюдателя, так и для наблюдателя, движущегося прямолинейно и равномерно, поскольку у нас нет возможности убедиться в том, участвуем ли мы в таком движении или нет».
Несмотря на то, что этот принцип опирался, главным образом, на негативные результаты по обнаружению эфира, существовавшие тогда, он и по сей день играет большую эвристическую и критериальную ценность. Он ограничивает или отсекает от физики те фундаментальные теории, которые не удовлетворяют этому принципу, который мы назовем принципом Галилея – Пуанкаре. Обратим внимание, что здесь нет «привязки» к какому-либо конкретному преобразованию пространственно-временной системы отсчета.
Во многих учебниках этот принцип незаконно отдается А.Эйнштейну. Так, например, В.Г.Левич пишет [2]: «В основу теории относительности положены два постулата: 1. Принцип относительности А.Эйнштейна ... Согласно принципу относительности Эйнштейна, равномерное и прямолинейное движение тел не оказывает влияния на происходящие в них процессы». Приоритет Пуанкаре приписывается Эйнштейну. Это, видимо, не случайно, если принять во внимание работы [1, 3, 4, 5, 16]. Хотя эти проблемы должны решать историки науки, мы рекомендовали бы читателям ознакомиться с указанными работами и составить собственное мнение.
Принцип Галилея – Пуанкаре носит, как говорилось, философский характер, поскольку в нем нет указаний на характер преобразований, которым должны удовлетворять физические законы. Он обязателен для любых законов и теорий, даже, если они учитывают эфир как некую среду, и он не накладывает ограничения на вид преобразований.
Но как правильно реализовать этот принцип для механики и электродинамики одновременно? От такой реализации зависела судьба последующего развития физики. Драматизм поисков правильного решения осложнялся тем, что на переломе веков (XIX...XX века) философия естествознания была уже в глубоком кризисе (который продолжается и сейчас). Эйнштейн высказал следующую гипотезу, которая легла в основу Специальной теории относительности [6]:
«Все законы природы должны быть инвариантными относительно преобразований Лоренца, а не Галилея. Преобразование Галилея должно вытекать из преобразования Лоренца при v/c<<1".
Для нас важны не постулаты Эйнштейна. Ту же теорию относительности можно было бы построить на других принципах, и в ней эти постулаты могли оказаться лишь следствием. Для нас важно то, как в рамках Специальной теории относительности рассматривается пространство и время. Это фундаментальный вопрос материалистической теории познания объективной научной истины. От содержания и интерпретации пространственно-временных отношений зависит само развитие физики и теории познания.
В современной Специальной теории относительности объяснение этих отношений вызывает трудности понимания у новичков, только начинающих знакомство с основами этой теории, и у многих специалистов, досконально изучивших теорию относительности.
Это непонимание начинается сразу же с объяснения двух парадоксов (или, если хотите, противоречий): «замедление» времени в движущейся системе отсчета и «сжатие» масштаба вдоль оси, параллельной вектору скорости относительного движения этих систем, в движущейся системе отсчета. По своей сути и структуре оба парадокса подобны, поэтому мы рассмотрим один из них.
Парадокс часов. Пусть два наблюдателя находятся в одной инерциальной системе отсчета и устанавливают свои часы с абсолютной точностью, т.е. так, чтобы показания часов в любой момент времени всегда совпадали.
Затем один из наблюдателей или же оба одновременно переходят в разные инерциальные системы отсчета и сравнивают показания часов. Первый наблюдатель, покоящийся в своей системе отсчета, заметит, что часы движущегося наблюдателя идут медленнее в (1–v2/c2)1/2 раз. Второй наблюдатель в своей системе отсчета обнаружит обратную картину. Показания его часов опережают показания первого наблюдателя ровно во столько же раз. Кто прав? У кого из наблюдателей часы идут медленнее? Как разрешить это противоречие?
Суть разрешения парадокса не в том, сможем мы или нет «синхронизировать» часы наблюдателей, покоящихся в разных инерциальных системах отсчета. Суть в более простом, но более принципиальном вопросе: «замедление» времени реально, т.е. действительно имеет место, или же время в двух этих системах течет одинаково, а «замедление» времени в движущейся системе (как явление) обусловлено, например, эффектом Доплера?
Сам Эйнштейн писал [6]:
«Если в А находятся двое синхронно идущих часов и мы перемещаем одни из них по замкнутой кривой с постоянной скоростью до тех пор, пока они не вернутся в А (на что требуется, скажем, t сек.), то эти часы по прибытии в А будут отставать по сравнению с часами, оставшимися неподвижными, на t(v2/c2)/2 сек. Отсюда можно заключить, что часы с балансиром, находящиеся на земном экваторе, должны идти медленнее, чем такие же часы, помещенные на полюсе, но в остальном поставленные в одинаковые условия».
Как мы видим, Эйнштейн нисколько не сомневался в реальности отставания движущихся часов. И, заметим, это было написано практически за 10 лет до создания Общей теории относительности! Так, что ссылки на влияние ускорения на движущиеся часы совершенно излишни. Специальная теория относительности есть замкнутая теория и в гипотезе об эквивалентности инерциальной и гравитационной масс не нуждается.
Принцип логической непротиворечивости запрещает считать научными те теории, в которых имеются неразрешимые внутренние противоречия. Чтобы разрешить этот парадокс (у кого часы идут быстрее) мы должны выбрать один из двух взаимоисключающих вариантов.
Время в движущейся системе отсчета действительно течет медленнее, чем в неподвижной. Если мы будем исходить из равноправия инерциальных систем отсчета (принцип Галилея – Пуанкаре), тогда мы столкнемся с логическим противоречием. Каждый наблюдатель покоится в своей системе отсчета. И каждый будет утверждать, что именно у него время течет быстрее. Это приводит к нарушению логики, а, как известно, теории с подобными противоречиями не могут считаться научными. Чтобы устранить логические противоречия, мы должны признать существование единственной привилегированной системы отсчета, которая абсолютно неподвижна. По отношению к ней во всех иных системах отсчета время всегда должно течь медленнее. Только так мы можем избавиться от логических противоречий. Но это достигается дорогой ценой – отречением от принципа равноправия инерциальных систем отсчета (принципа Галилея – Пуанкаре). Те же рассуждения остаются справедливыми и для «сокращения» отрезка. Итак, при действительном сокращении длины отрезка и замедлении времени возникают неразрешимые противоречия.