Анализ классической электродинамики и теории относительности (стр. 36 из 54)
"поворачивается" на угол δ = θ - θ' (изменяется направление фронта световой волны) и изменяется частота его колебаний.
10.3 Наблюдаемая и измеряемая форма движущегося объекта
Полученное соотношение можно с успехом использовать для описания видимой формы движущегося объекта. Пусть мимо нас со скоростью v, параллельной оси x, пролетает куб, ориентированный по осям x, y, z или x', y', z'.
Конечно, если куб находится очень далеко от нас, то человеческий глаз увидит плоское изображение. Однако если человек знает, что форма предмета куб, его мозг быстро восстановит "изображение". Наблюдателю будет казаться, что летящий куб "развернут" на угол δ по отношению к своей истинной ориентации.
Рис 10.5.
Оставим в стороне иллюзии, связанные с субъективным человеческим восприятием (оптической иллюзией). Реальная форма объекта может быть получена методами радиолокации или иными объективными методами измерений расстояния с помощью световых лучей (лазер, например) или электромагнитных волн. Однако
Рис 10.6.
нам нет необходимости использовать столь сложные средства, поскольку мы знаем следующие результаты, вытекающие из преобразования Лоренца:
а) закон "преломления" светового луча в СТО;
б) независимость поперечных координат (y = y' и z = z') от выбора инерциальной системы отсчета в СТО. На рис. 10.6 показан принцип построения формы движущегося куба, а на рис. 10.7 приведены визуально наблюдаемые и измеряемые формы движущегося куба для нескольких углов наблюдения θ.
Рис 10.7.
Из рис. 10.7 видно, что объективно движущийся куб имеет отнюдь не кубическую форму.
Он будет иметь форму параллелепипеда со скошенными торцами. При этом наблюдаемая форма куба будет меняться при его движении. Меняется и цвет куба. Поэтому необходимо ответить на следующие вопросы:
1. Форма движущегося куба меняется на самом деле (сущность) или же наблюдаемая форма куба есть явление, обусловленное искажением фронта световой волны, а с кубом на самом деле не происходит никаких изменений?
2. Связано ли изменение формы куба с изменением свойств пространства или же с изменением направления фронта светового луча?
3. 3.Связано ли изменение цвета куба с эффектом Доплера или же с различным темпом времени в двух инерциальных системах отсчета K и K'?
Ответ очевиден, но чтобы правильно разобраться в этих вопросах, не ссылаясь на интуицию и "очевидность", необходимо знать признаки, отличающие сущность от явления, т.е. необходимо понимать и уметь применять теорию познания объективной истины.
10.4 Явление и сущность
Хотя физики не очень почитают философию, нам к ней придется обратиться. Вопрос о взаимосвязи и признаках, отличающих явление от сущности, рассмотрен в [5], [6], [7]. Здесь мы опишем кратко эти признаки. Предположим, что, наблюдая явления, мы можем менять некоторые параметры, влияющие на явление. В рамках СТО есть два таких параметра: относительная скорость движения двух инерциальных систем отсчета v и угол наблюдения движущегося объекта θ. Каждой совокупности этих параметров соответствует свое объективное явление, которое чем-то отличается от других явлений данной совокупности. Сущность есть инвариантное (т.е. не зависящее от θ и v) представление о протекающих процессах и наблюдаемых явлениях. Есть такое правило:
ЯВЛЕНИЕ ЗАВИСИТ ОТ УСЛОВИЙ ЕГО НАБЛЮДЕНИЯ СУЩНОСТЬ ОТ ЭТИХ УСЛОВИЙ НЕ ЗАВИСИТ.
Таким образом, изменяющаяся длина линейки, замедление времени, искажение формы объекта суть объективные явления.
Эйнштейн фактически предложил считать, что при угле наблюдения θ = 90о все явления отображаются из системы K’ в систему K без каких-либо искажений.
При θ = 90о мы видим, что в системе K’ время течет «медленнее», чем в K, а продольные размеры объектов «сокращаются» в 1− (v/c)2 раз.Интересно, что бы он сказал об искажениях формы объекта?
10.5 Пространство и время в преобразовании Лоренца
Чтобы проанализировать проблему связи времен различных инерциальных систем отсчета
(ИСО), обратимся к рис.10.8, на котором представлено взаимное расположение наблюдателей в сопоставляемых системах отсчета А и В. В каждой из систем имеется генератор, задающий световые сигналы через равные промежутки времени Т, и наблюдатель, регистрирующий временные интервалы между импульсами (вспышками).
Будем считать, что при относительной скорости инерциальных систем А и В, равной нулю, выполняется условие ТА = TВ = Т'A = Т'B. Рассмотрим теперь случай, когда относительная скорость движения инерциальных систем А и В отлична от нуля. Очевидно, что значения интервалов ТA и ТB не изменятся, т.к. это характеристики сущности. Преобразование Лоренца это линейное алгебраическое преобразование.
Рис. 10.8 Обозначения: ТА и TВ - интервалы времени, измеренные в собственных ИСО, являющиеся характеристиками сущности; Т'A и Т'B - интервалы времени, наблюдаемые их "чужих" систем (явления).
Оно устанавливает взаимно-однозначную связь между точками xi системы К и точками x'i системы К'. Эта связь не зависит от способа перехода наблюдателя из К в К' и обратно. Иными словами, наблюдатели не увидят изменения частоты собственного генератора, даже испытывая ускорения. Здесь мы имеем в виду «идеальные» часы, точно регистрирующие время в собственной системе отсчета.
Оно устанавливает взаимно-однозначную связь между точками xi системы К и точками x'i системы К'. Эта связь не зависит от способа перехода наблюдателя из К в К' и обратно. Иными словами, наблюдатели не увидят изменения частоты собственного генератора, даже испытывая ускорения. Здесь мы имеем в виду «идеальные» часы, точно регистрирующие время в собственной системе отсчета.
Изменятся наблюдаемые "чужие" интервалы времени Т'A и Т'B (явления). В соответствии с преобразованием Лоренца будем иметь:
I) ТA < Т'B (система А), 2) TB < T'A (система В).
Для полного определения логической связи между 4-мя величинами (ТА ; TВ ; Т'A ;Т'B) двух записанных нами неравенств недостаточно. Необходимы еще два условия.
А.Эйнштейн предложил считать, что Т'A есть собственное время системы А, т.е. ТА, а Т'B есть собственное время системы В, т.е. ТВ. Эта связь не зависит от инерциальной системы отсчета.
3) Т'A= ТA 4) T'B =TB
Так Эйнштейн подошел к своему пониманию и объяснению физического смысла преобразования Лоренца. Очевидно, что система из четырех соотношений оказалась логически противоречивой. Выражения 1) и 2) примут вид:
I) ТA < ТB , 2) TB < TA .
Эйнштейн подобно Птолемею допустил типичную гносеологическую сшибку. Наблюдаемое явление (Т'A и Т'В) он истолковал как сущность (ТA и ТВ).
Птолемей утверждал, что, поскольку мы видим движение солнца по небосводу, это и есть на "самом деле" движение его вокруг Земли. Точно так и Эйнштейн истолковывал явления
"сокращения" масштабов и "замедления" времени. Коль скоро мы "видим" эти изменения
(т.е. они следуют из преобразования Лоренца), это так есть "на самом деле" (такова сущность пространства и времени). Эта гносеологическая ошибка называется: подмена сущности явлением или истолкование явления как сущности.
Ошибочное истолкование породило ряд логических противоречий, например, парадокс близнецов, "сжатие" масштаба и другие.
Единственно возможным вариантом, который не противоречит равноправию инерциальных систем отсчета и логике, является вариант, опирающийся на соотношения:
1) ТА < Т'A; 2)TВ < Т'B; 3) Т'A = Т'B; 4) ТА = TВ Смысл его очевиден.
Собственное время во всех инерциальных системах отсчета едино, т.е. течет в одном ритме, темпе (ТА= TВ).
Явления обладают симметрией (Т'A = Т'B; ТА < Т'A; TВ < T'B). Это и есть реализация принципа равноправия инерциальных систем отсчета.
Именно здесь выявляется различие между эйнштейновской и новой интерпретациями сущности преобразования Лоренца.