Теория Относительности Информация к размышлению Часть 2. Относительная скорость

Каждый понимает, что всякая скорость является относительной.

Пока не указан объект, относительно которого измерена скорость, значение скорости остается не определенным.

Имея дело со скоростью в бытовых ситуациях, каждый непроизвольно соотносит скорость любого объекта с некоторой обобщенной средой, с окружающим физическим пространством. Иногда человек оценивает скорость объекта относительно себя.

Кроме субъективных оценок относительной скорости, существуют объективные её характеристики. От относительной скорости непосредственно зависят параметры многих физических процессов, как локального свойства, так и не локального, например: траектории движения планет, звезд и галактик.

В наше бытовое понимание относительной скорости двух объектов, так или иначе, всё время вмешивается восприятие скорости тел относительно некоторого посредника, окружающей среды. Это вмешательство всегда происходит непроизвольно, практически подсознательно. Так или иначе, но в быту мы пользуемся двойным стандартом по отношению к относительной скорости, и этот двойной стандарт никогда не приводит к конфликтным ситуациям.

Эйнштейну, в его  Теории Относительности (ТО) удалось вызвать такой конфликт.

В ТО Эйнштейна среда отсутствует принципиально. Это значит, что в ТО нет, и не может быть, скорости относительно среды, есть только скорость относительно отдельных объектов. Относительно пустоты скорости быть не может. Но на уровне самообмана её можно представить (и представляют), подменяя идеальную геометрическую пустоту эфемерной идеальной средой.

Отсутствие неподвижной среды в ТО создает проблему при трактовке скорости по инерции. Действительно, при отсутствии внешних воздействий каждое тело сохраняет свое состояние, что, кроме прочего, означает сохранение равномерного, прямолинейного движения.

А каковы критерии этого равномерного, прямолинейного движения в пустоте? Критериев нет. В этих условиях всякое мероприятие, требующее знания величины и направления скорости, должно начинаться с создания искусственной среды, которая в ТО безлико называется инерционной системой отсчета (ИСО). Например, горизонтальные рельсовые пути можно считать специализированной средой движения поездов.

В классической механике скорость по инерции, если не указан конкретный объект отсчета — это скорость относительно неподвижного пространства, которое может быть представлено подходящей неподвижной средой, например, воздухом, эфиром, физическим вакуумом.

А как эта проблема решается в ТО? Чтобы задать скорость избранного тела, в ТО непременно должно рассматриваться еще одно, дополнительное тело – тело, несущее ИСО наблюдателя. Это тело в силу первого постулата Эйнштейна может рассматриваться как неподвижное. Получается, что одиночное тело не может быть объектом ТО, по определению.

 

А два основных постулата Эйнштейна следующие.

  1. Законы, по которым изменяются состояния физических систем, не зависят от того, к которой 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 определённой скоростью V, независимо от того, испускается ли этот луч света покоящимся или движущимся телом» (Собр. научных трудов, т. 1, М., 1965, с. 10)

 

Оба постулата сформулированы весьма расплывчато, и требуют дополняющего толкования. Чего только стоит наделение ИСО термином покоящейся, взятым в кавычки. Но Эйнштейн своими постулатами, смутно похожими на истину, не пользуется. Он пользуется так называемыми леммами, т.е. вспомогательными теоремами, призванными приблизить суть исходных постулатов к существу решаемых проблем. Однако леммы Эйнштейна оказались более странными, чем исходные постулаты.

Первую лемму он позаимствовал у Галилея, объявив невозможность установить лабораторными методами скорость изолированной лабораторной ИСО.

А вторая лемма фактически является вторым постулатом, дополненным еще одним  инвариантом скорости света, по которому скорость света не зависит не только от скорости излучателя, что естественно, а еще не зависит и от скорости приемника, что совсем не естественно.

Наблюдатель в ТО наделен абсолютной свободой перемещения, понимаемого как телепортация. Кроме этого, наблюдатель наделен магической способностью – всякая ИСО, куда перемещается наблюдатель, становится неподвижной.

 

Рассмотрим типовую для ТО систему, состоящую из двух тел. Для её анализа в ТО есть всего две возможности: можно признать неподвижным тело №1, а можно – тело №2.

Вот откуда возникла потребность Эйнштейна в равноправии всех ИСО. По Эйнштейну, любой процесс можно рассматривать из множества ИСО, одна из которых неподвижна относительно процесса, и при этом процесс ни чуть не изменится, т.е. в природе ничего не произойдет в связи с перемещением наблюдателя. Так оно и есть. Это общеизвестный принцип пассивного наблюдателя.

Однако это утверждение не имеет отношения к прогнозам, которые будут произведены с использованием результатов измерений, произведенных в движущихся ИСО. Прогнозы тоже являются принадлежностью реального бытия, и в этом смысле ИСО не могут считаться равноправными, если дают разные прогнозы развития одного и того же процесса.

Кроме того, Эйнштейн мимоходом, не акцентируя данного события, связал ИСО процесса с ИСО наблюдателя, сохранив условие независимости исследуемого процесса от вольных перемещений наблюдателя, т.е. получилось, что от скорости движения процесса. Вот истинный, а ранее туманный, смысл первого постулата. Не существуют в природе локальные процессы, параметры которых зависят от скорости перемещения ИСО. В данной интерпретации скорость может иметь любую природу, как относительно некоторого объекта, так и относительно некоторой среды.

Покажем далее, что существуют системы и развивающиеся в них процессы, параметры которых меняются в зависимости от скорости ИСО, в которой реализуется  исследуемый процесс.

 

Так как в ТО, из-за отсутствия соответствующих критериев, нет возможности для установления неподвижности одиночного объекта, а выбрать неподвижный объект из двух избранных тоже невозможно, то Эйнштейн предоставил это право наблюдателю, тем самым, лишив наблюдателя статуса пассивности, обеспечивающего отсутствие влияния на ход природных процессов. Но только наблюдатель перестает быть пассивным, так учение перестает быть научным, а о фундаментальности ТО не может быть и речи.

Совершенно очевидно, что вероятность неподвижности одного из двух избранных  объектов практически равна нулю. Значит, всегда, назначая одно из тел неподвижным, Эйнштейн изначально искажает картину мира.

 

Вся ТО построена на анализе и описании взаимодействия двух тел. Казалось бы, ничего особенного в этом приеме нет. Однако не будем торопиться с выводами, именно в этом приеме состоит лукавая сущность учения.

Можно ли средствами ТО рассматривать ситуации, в которой оба тела двигаются? Конечно, такая возможность имеется, но она крайне не желательна для автора и для его последователей, и поэтому нигде в ТО не используется. Рассмотрение двух независимых, двигающихся тел требует введения третьего, неподвижного тела, относительно которого будут двигаться два первых тела. А анализ систем ТО, включающих более двух тел, способен вскрыть все неустранимые противоречия ТО, что и будет продемонстрировано ниже.

 

Если неподвижная среда отсутствует, то относительная скорость двух тел может быть выражена только через изменение расстояния между телами, как

V=dL /dt.                                                                                                                  (1)

В этом выражении dL это приращение расстояния до взаимодействующего объекта, измеренного по методике Эйнштейна с применением луча света, и не равна приращению пути dS по траектории движения тела в пространстве. Однако dL и dS совпадут, если наблюдатель будет находиться на траектории движения исследуемого тела. Это обстоятельство,- случайное или умышленное совпадение dL и dS,- позволяет маскировать некоторые недостатки ТО. Поэтому для постоянной реализации этого совпадения все примеры в ТО рассматриваются только для тел, которые двигаются по одной оси. Этим приемом Эйнштейн фактически убрал из ТО введенную им относительную скорость, а точнее скрыл её вместе с её нелепой сущностью. Все рассматриваемые в ТО скорости, формально являясь относительными, тем не менее, являются скоростями относительно неподвижного пространства. Это искусственный прием. Но, убрав из своего ученья неудобные относительные скорости, Эйнштейн не мог убрать их из жизни, в которой они присутствуют, но не играют ни какой роли.

Чтобы проверить себя на верное понимание идеальной относительной скорости в пустоте, раскрутите грузик на короткой веревочке,  и ответьте себе, чему равна скорость грузика относительно вашей, уже неподвижной, руки.

Скорее всего, правильный ответ – равна нулю – вы найдете не сразу.

Но если относительная скорость грузика относительно руки равна нулю, то что за скорость вращения мы наблюдаем? Ответ – скорость относительно пространства.

Но если вы этот вопрос зададите на лекции по ТО, то поучите ответ, что это скорость относительно ИСО наблюдателя. Если вы потребуете более подробного ответа, то лектор приведет косвенное описание движения относительно пространства, называя это движение движением относительно ИСО наблюдателя.

Именно относительная скорость тел, а не всем привычная скорость передвижения тела относительно пространства, должна присутствовать во всех формулах ТО. Именно от относительной скорости  зависит, и местный ритм времени, и относительная масса движущегося тела (одно-то тело всегда неподвижно), и относительные размеры тел. Такая интерпретация взаимного перемещения тел вызывает естественный протест со стороны здравого смысла. Но, приняв в ТО исходные постулаты, пусть они совершенно нелепые, необходимо следовать им неукоснительно. Только так можно установить нелепость созданного учения.

Нелепое учение почти невозможно опровергнуть. Опровергать доступно только ошибочные гипотезы, а нелепость гипотез можно только демонстрировать. Попробуйте опровергнуть любое логическое построение, основанное на постулате «два больше трех».

Удивительным в ТО является не только то, что скорость, т.е. кинетическая энергия, непринужденно может преобразовываться без потерь в массу тела, и обратно. Удивляет способность тел знать для этого скорость каждого из окружающих их в пустоте объектов, и реагировать на скорость удаленных тел одинаковым образом, вне зависимости от расстояния до каждого из объектов.

Исследователь, который руководствуется данной интерпретацией природных отношений, должен иметь чрезвычайно узкий кругозор, чтобы не впасть в водоворот естественных неразрешимых противоречий.

Предлагаемая в ТО зависимость свойств вещественных объектов может быть реализована только непосредственным взаимодействием вещественных объектов с материальным пространством.

Логика преобразований Лоренца тоже такова, что может быть реализована только взаимодействием каждого тела с общим для всех тел неподвижным пространством.

Экспериментально установленная справедливость временных преобразований Лоренца неукоснительно доказывает наличие неподвижного материального пространства.

А неукоснительное постоянство скорости света относительно неподвижного пространства также неукоснительно доказывает квантовую структуру времени и квантовую структуру пространства.

 

Проанализируем средствами ТО ситуацию с системой из трех идентичных тел. Пусть центральное тело М имеет массу М, и неподвижно, а с противоположных сторон к нему со скоростью V приближаются два точно таких же тела, но уже с лоренцевой массой М+ d М.

Теперь оставим всё, как есть, только пересадим наблюдателя с центрального тела на одно из приближающихся. Это тело сразу сделается неподвижным и уменьшит свою массу до величины, равной М. Центральное тело приобретет скорость V  и массу М+ dМ, а третье тело приобретет скорость 2V- dV и массу М+ dМ+d(М+dМ). Все d это приращения, которые получены в результате преобразований Лоренца.

Напомним, что в ТО закон сохранения энергии действует своеобразным образом, попросту – официально не действует.

Как это видно, эффект, произведенный введением третьего тела, оказался ошеломляющим, и явно вызывает скрытый протест. Но это еще не всё.

Человек устроен так, что мыслит с использованием стереотипов. Скорость по инерции воспринимается всеми без исключения, как постоянная скорость по прямой линии. Но в ТО такое поведение реализовать невозможно.

Рассмотрим, например, неподвижное и невесомое тело №1 и пролетающее мимо него на расстоянии L тело №2, которое движется по инерции, т.е. по прямой линии и без ускорения.

Задайтесь любыми параметрами и посчитайте величину относительной скорости тела №2 относительно тела №1, используя строго формулу (1). Вы обнаружите, что относительная скорость тела №2 всё время изменяется во времени и в пространстве, а в момент максимального сближения с телом №1 относительная скорость становится равной нулю. Так какую же скорость необходимо применять в преобразованиях Лоренца, если использовать для расчетов движения тел учение Эйнштейна?

Следуя постулатам и логике ТО, использовать можно только ту относительную скорость, которую вы только что вычисляли. В этой ситуации сложнейшая математика ТО оказывается всего лишь  недопустимым упрощением реальных, еще более сложных уравнений, с переменной скоростью движения по инерции для общего случая.

 

Продемонстрируем при помощи анализа системы из трех тел ошибочность первого, основного постулата Эйнштейна, утверждающего абсолютное равноправие всех ИСО, вне зависимости от скорости их взаимного движения.

Проведем следующий мысленный эксперимент.

Рассмотрим тело №1 (платформу) с находящимся на ней наблюдателем. В состав ИСО наблюдателя включим еще твердую (стальную) плиту (тело №2) с идеально круглым отверстием  радиуса R, в котором может вращаться твердый, идеально круглый диск (тело №3, подшипник скольжения) c радиусом R-dR.

Раскрутим диск до угловой скорости w, при этом его внешние элементы будут двигаться с линейной скоростью   V1= wR. Диск будет свободно вращаться в отверстии в соответствии с законами трения.

Теперь сообщим плите с вращающимся диском линейную скорость  V2, направленную по касательной к плите. В соответствии с преобразованиями Лоренца круглое отверстие в плите превратится в симметричный овал. А вращающийся диск должен превратиться в несимметричный, яйцеобразный овал. Это произойдет в результате сложения и вычитания линейных скоростей V1 и V2 в разных соотношениях в разных частях вращающегося диска. В результате различия характеристик деформаций линейно движущегося отверстия и вращающегося в нем диска  при некотором соотношении скоростей V1 и V2, зависящем кроме того и от величины dR, вращающийся диск должно заклинить.

Таким образом, очевидно, что две ИСО, перемещающаяся и неподвижная, не являются полностью равноправными.

Что и требовалось.

На описанном принципе можно бы разработать измеритель скорости относительно физического вакуума, хотя ТО такую возможность отрицает еще на этапе начального постулирования.

Но не следует напрасно тратить силы на разработку спидометра. Ведь, если первый постулат Эйнштейна является ошибочным, то ошибочно и всё учение, в том числе и вывод из нашего мысленного эксперимента.

Зная, как Эйнштейн объяснял парадокс близнецов, можно предположить, как он объяснил бы предложенный мысленный эксперимент. Объяснение следующее.

Вращающийся диск не может быть отнесен к ИСО именно в силу своего вращения. Следовательно, ТО не может предсказать его поведение, каким бы оно ни было.

С такой аргументацией можно согласиться. Но тогда возникает другой вопрос: где начинается и где кончается область применимости ТО? Ведь, вся наблюдаемая часть Вселенной пребывает во вращательном движении, и таким образом, не может быть объектом ТО.

 

Кроме двух заявленных постулатов, Эйнштейн положил в основу своего учения множество других, не заявленных постулатов, одним из которых является преобразование Лоренца. Дело в том, что преобразование Лоренца не является однородным по своему статусу составных частей.

Если для преобразования времени всё подтверждено экспериментально, то для локального искривления пространства экспериментальных подтверждений не имеется, т.е. пространственное преобразование Лоренца является необоснованным постулатом, т.е. произвольным предположением.

Таким образом, одна часть преобразований Лоренца прикрывает ширмой своего «авторитета» вторую, скорее всего, вздорную, часть преобразований.

 

Рассмотрим еще один мысленный эксперимент с использованием анализа системы, состоящей из более двух тел.

Пусть часы №1 находятся на длинной, неподвижной платформе.

Часы №2 находятся в большой неподвижной ракете, стоящей на платформе.

В большой ракете находится малая ракета с часами №3.

Схитрим немного, и лишим наблюдателя возможности чудесной пересадки из одной ИСО в другую. Для этого поместим наблюдателя в большую, неподвижную ракету, и начнем её реактивный разгон по круговой траектории, чтобы наблюдатель знал, что он перемещается в движущуюся ИСО. В момент, когда ракета с наблюдателем на скорости 0,86С поравняется с платформой, двигатели ракеты отключатся, и одновременно запустятся все часы. Часы на платформе будут идти с нормальной скоростью, а часы №2 в ракете, как нам известно, будут идти в два раза медленнее.

Как только двигатель большой ракеты выключится, наблюдатель на ракете дает старт малой ракете в сторону удаляющейся платформы. Малая ракета быстро набирает скорость 0,86С относительно большой ракеты, и тотчас автоматически выключает двигатель.

Оценим сложившуюся ситуацию. Часы №1 идут с нормальной скоростью. Часы наблюдателя в большой ракете идут в два раза медленнее. Часы №3 в малой ракете должны идти ещё в два раза медленнее часов №2, т.к. они стартовали из ИСО с часами №2. Однако часы №3  остановилась на краю очень длинной нашей платформы, и явно должны идти синхронно с часами №1, т.е. с нормальной скоростью и быстрее в два раза, чем у наблюдателя.

Часы №3 стартовали из ИСО №2, и в соответствии с ТО должны замедлить свой ход относительно часов в большой ракете приблизительно в два раза, т.е. в четыре раза относительно часов №1, с которыми часы №3 уже находятся в одной ИСО и идут синхронно.

Для установления истины в нашем эксперименте предусмотрена контрольная синхронизация часов. Достигнув пункта назначения, расстояние до которого известно, наблюдатель фиксирует показание часов и световым сигналом посылает код времени на платформу. При этом наблюдатель убеждается, что время на его часах свидетельствует, что он потратил на путь время меньшее, чем требуется для этого фотонам, т.е. его ракета двигалась с превышением скорости света, хотя ни один прибор этого эффекта во время пути не обнаружил. Всё время пути платформу можно было наблюдать в телескоп, т.е. фотоны с платформы двигались явно быстрее ракеты.

Получив сигнал от прибывшего наблюдателя, часы на платформе автоматически останавливаются, из их показаний вычитается известное время задержки, и это значение отправляется наблюдателю. Таким способом наблюдатель узнает, что часы на платформе показывают время в два раза большее, чем показывают его часы. Это и есть стороннее время его полета.

Корректный вывод из анализа ситуации только один – во время полета все системы корабля вместе с наблюдателем функционировали (жили) медленнее обычного в два раза. И это всё. Никакого искривления пространства не происходило. Древние мыслители могут спать спокойно. Но наблюдатель из своей ракеты во время движения наблюдал мнимые чудеса искривления пространства, вплоть до смещения звезд.

Получается, что неподвижное пространство является общим для всех ИСО, и взаимодействует с каждой ИСО таким образом, что все процессы в движущейся ИСО замедляются в зависимости от величины её скорости относительно неподвижного пространства в соответствии с временным преобразованием Лоренца. Фотоны же этому эффекту не подвержены, т.к. являются принадлежностью физического, неподвижного пространства, и взаимодействуют с ИСО по закону Доплера, только в момент, когда фотоны сталкиваются с сенсорами приемников.

В таком случае, не производя никаких измерений скорости света, используя только часы и временное преобразование Лоренца, можно установить все параметры движения изолированной лаборатории. Для этого необходимо по шести опорным направлениям с известной скоростью отправить идентичные, прецизионные часы, и получив от них информацию о темпе их хода, вычислить истинную скорость лаборатории относительно абсолютного пространства.

Таким образом, ни какой ТО не требуется. Достаточно корректного обращения с преобразованием Лоренца.

 

В нашем втором мысленном эксперименте встречные и попутные фотоны явно должны перемещаться относительно движущегося наблюдателя со скоростью, отличной от скорости света, но это только если использовать часы наблюдателя, что не допустимо, т.к. часы №2 и фотоны находятся в разных ИСО. Это и является причиной множества парадоксов ТО.

Второй постулат Эйнштейна описанному эффекту и формально, и явно совсем не противоречит, но противоречит тому извращенному смыслу, который вкладывал в него сам Эйнштейн.

Чтобы избежать этого противоречия и создать видимость устранения эффекта превышения скорости света, в рамках ТО Эйнштейн придумал эффект сокращения пространства. Таким методом точная компенсация вариаций скорости света всё равно, принципиально, невозможна, т.к. эффект Ритца линейный, а эффект Лоренца сугубо не линейный. Однако у Эйнштейна выбора не было, и он пошел на уловку поглощения приращения скорости света по Ритцу отрицательным приращением за счет замедления времени по Лоренцу. Уловка удалась, т.к. никто не проводил количественную проверку аргументации Эйнштейна.

Эйнштейн же, как обычно, расчленил единый эксперимент на два отдельных эксперимента, сведя каждый из них их к двум ИСО. Сокращение пространства Эйнштейн применил только в одном из мысленных экспериментов, где было подозрение на превышение скорости света.

С философской точки зрения деформация пространства невозможна.

Но если несуществующий эффект сокращения пространства всё же применить и для случая попутных, и для встречных фотонов, то парадокс все равно неизбежен, и будет очевиден даже без количественных вычислений, т.е. на качественном уровне. Однако желающих проверить Эйнштейна не нашлось.

 

Проблемы кривизны пространства обсудим в следующей части «Информации к размышлению».

 

Нижний Новгород, июнь 2016г.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *