Пусть некоторая система координат X' O' Y' движется равномерно и прямолинейно со скоростью v вдоль оси OX другой системы координат XOY, как это показано на рисунке 1.
x' = (x – vt)/(1– v2/c2)1/2 |
(1)
|
y' = y |
(2)
|
z' = z |
(3)
|
t' = (t – vx /c2)/(1– v2/c2)1/2 |
(4)
|
Предположим,
что в системе X' O' Y' покоится стержень AB,расположенный
параллельно оси O' Y' (рис.1). Предположим, что в системе
X'O'Y'
покоится стержень
АВ, расположенный параллельно оси
O'X',
как это изображено на рис.1. Точки А и В этого стержня в
системе X'O'Y' имеют координаты x'1и
x'2.
Соответственно, в системе XOY эти же точки имеют координаты
x1
и x2 .
Длину
стержня AB можно определить как разность координат его концов, измеряемых
в одной и другой системе координат. Тогда на основании (1) можно записать:
Любопытное доказательство! Вначале мы отмечаем, что первое уравнение преобразований Лоренца-Эйнштейна основывается на предположении Лоренца о том, что по направлению x все тела сжимаются. Затем, на основе этого предположения, приходим к выводу, что если такое сокращение длины действительно имеет место, то наблюдатель в системе S должен сказать..., что такое сжатие тел происходит в точном соответствии с уравнением x = x'(1– v2/c2)1/2 + ut, или x' = (x + ut)/(1– v2/c2)1/2, которое и есть первое уравнение из преобразований Лоренца. А если тела не сжимаются? Ведь предположение о сжатии тел основано исключительно на нулевом результате эксперимента Майкельсона-Морли. Однако, как это показано в [3], нулевой результат объясняется совсем другими причинами, исключающими сокращение длины. Следовательно, никакого сокращения длины не существует, и все построения Р. Фейнмана оказываются ошибочными.Р.Фейнман в [2] так объясняет сокращение длины:
«Теперь вернемся к преобразованиям Лоренца и попытаемся лучше понять связь между системами координат (x, y, z, t) и (x', y', z' , t' ). Будем называть их системами S и S', или соответственно системами Джо и Мика. Мы уже отметили, что первое уравнение основывается на предположении Лоренца о том, что по направлению x все тела сжимаются, Как же можно доказать, что такое сокращение действительно бывает? Мы уже понимаем, что в опыте Майкельсона-Морли по принципу относительности поперечное плечо BC не может сократиться; в то же время нулевой результат опыта требует, чтобы времена были равны. Чтобы получился такой результат, приходится допустить, что продольное плечо BE кажется сжатым в отношении (1– v2/c2)1/2. Что означает это сокращение на языке Джо и Мика? Положим, что Мик, двигаясь с системой S' в направлении x', измеряет метровой линейкой координату x' в некоторой точке. Он прикладывает линейку x', раз и думает, что расстояние равно x' метрам. С точки же зрения Джо ( в системе S) линейка у Мика в руках укорочена, а на «самом деле» отмеренное им расстояние равно x'(1– v2/c2)1/2метров. Поэтому, если система S' удалилась от системы S на расстояние ut, то наблюдатель в системе S должен сказать, что эта точка (в его координатах) удалена от начала на x = x'(1– v2/c2)1/2 + ut, или x' = (x + ut)/(1– v2/c2)1/2. Это и есть первое уравнение из преобразований Лоренца».
Имея в виду подобного рода «доказательства», Гегель в своей «Науке логики» написал примерно следующее: «...софистика есть рассуждение из необоснованной предпосылки, принимаемой без критики и необдуманно. Чем богаче определенностью, а тем самым и отношениями становятся мысли, тем... более запутанным и лишенным смысла становится их изображение в таких формах, как числа. Символика является иногда... удобным средством обойтись без того, чтобы охватить, указать, оправдать определения понятий» (подчеркнуто мной, В.П).Предположим теперь, что в движущейся системе координат установлены двое совершенно одинаковых часов таким образом, что маятник одних часов колеблется в плоскости, параллельной направляю движения этой системы, а маятник вторых часов колеблется в плоскости, перпендикулярной движению системы (рис.2):
Рис.2. Часы в движущейся системе координат.
Предположим, тем не менее, что сокращение длины движущихся тел действительно имеет место. Предположим, что Мик в рассмотренном выше мысленном эксперименте пытается измерить скорость света в его системе координат. Он измеряет время t', пройдет в его системе путь l'. Тогда скорость света в системе Мика окажется равной c' = l'/t'. Однако Джо замечает, что «в действительности» импульс света проходит путь l = l'(1– v2/c2)1/2 . Так как согласно СТО скорость света в движущейся и неподвижной системе координат есть величина постоянная и равная c, время, в течение которого импульс света проходит путь l = l'(1– v2/c2)1/2 оказывается равным:
Объясняя «неукам», что такое сокращение длины, лауреат Нобелевской премии по физике Л.Купер в [3] пишет: «Еще более странным оказалось бы измерение расстояний, поскольку наблюдатель в S' вынужден был бы считать, что его измерительные стержни и масштабные линейки сократились в направлении движения в (1– v2/c2)1/2 раз. Если он начнет рисовать окружность, он вынужден рисовать кривую, представленную на рисунке 3:
Посмотрим теперь, как другой лауреат Нобелевской премии Р. Фишер, что такое замедление времени [2]. «Замедление хода часов в движущейся системе – явление весьма своеобразное, и его стоит пояснить. Чтобы понять его, давайте проследим, что бывает с часовым механизмом, когда часы движутся. Пусть это будет стержень (метровой длины) с зеркалами на обоих концах. Если пустить световой сигнал между зеркалами, то он будет без конца бегать туда-сюда, а часы будут тикать каждый раз, как только свет достигнет нижнего конца. Конструкция довольно глупая, но в принципе такие часы возможны. Дадим одни часы космонавту; пусть он возьмет их с собой на межпланетный корабль и поставит поперек направления движения, тогда длина стержня не изменится. Принцип относительности утверждает, что в равномерно движущейся системе в часах никаких изменений не произошло (с точки зрения космонавта, движущегося вместе с часами - В.П.). С другой стороны, когда внешний (выделено мной, В.П.) наблюдатель взглянет на пролетающие мимо часы, он увидит, что свет, перебегая от зеркала к зеркалу, на самом деле движется зигзагами, потому что стержень все время перемещается боком. Мы уже анализировали такое зигзаообразное движение в связи с опытом Майкельсона-Морли. Когда за заданное время стержень сдвинется на расстояние, пропорциональное u (рис.4а), то расстояние, пройденное за то же время светом, будет пропорционально c, и поэтому расстояние по вертикали пропорционально (c2 – u2/)1/2.
Прежде всего, обратим внимание, что в этом эксперименте имеется два наблюдателя: внешний, как его определил Р. Фейнман, относительно которого часы движутся с некоторой скоростью, и второй – космонавт, который движется вместе с часами. Рассмотрим ход лучей в часах с точки зрения каждого из наблюдателей.Как было показано выше, сокращение длины в сочетании с замедлением времени не обеспечивает выполнение принципа постоянства скорости света, поэтому нужно отнестись к «объяснениям» Р. Фейнмана весьма внимательно.
С точки зрения внешнего, неподвижного, наблюдателя за время t2, в течение которого луч света пройдет расстояние от одного зеркала к другому, зеркало-отражатель сместится на некоторое расстояние s = ut. Тогда, чтобы попасть в ту же точку C, в которую этот луч попадает с точки зрения космонавта, движущегося вместе с часами, луч света должен отклониться в направлении движения часов на некоторый угол, как это изображено на рисунке. Однако в устройстве часов нет никакого механизма, обеспечивающего отклонение перпендикулярного луча вслед за движением часов. И все-таки этот луч отклоняется! Почему? – вот в чем вопрос.С точки зрения космонавта, часы неподвижны, поэтому луч света между зеркалами движется строго перпендикулярно движению часов. В этом случае, очевидно, время движения луча от одного зеркала к другому будет равно t1 = D / c. Пусть этот перпендикулярный луч, движущийся от одного из зеркал, попадает в точку C другого зеркала, находящуюся на перпендикуляре между зеркалами.
Очевидно, утверждение, что «пучок света» движется по диагонали, означает, что по диагонали движется каждый отдельно излученный импульс света, из которых и состоит пучок. При объяснении своего эксперимента Майкельсон считал, что отклонение перпендикулярного луча, наблюдаемое неподвижным наблюдателем, обусловлено аберрацией. В действительности, однако, это не так: известно, что аберрация возникает в результате движения приемника света относительно источника, тогда как в этом эксперименте и приемник, и источник неподвижны друг относительно друга. Следовательно, аберрация в данном случае оказывается совершенно не при чем.
Известно, что ход лучей в своем эксперименте Майкельсон рассматривал с точки зрения внешнего, неподвижного наблюдателя, относительно которого интерферометр движется с орбитальной скоростью. По мнению Майкельсона, отклонение светового луча вслед за смещением интерферометра, наблюдаемым неподвижным наблюдателем, обусловлено аберрацией. Однако, аберрация возникает при движении приемника относительно источника света. В эксперименте же Майкельсона источник света – полупрозрачное зеркало – неподвижен относительно приемника – отражателя. Следовательно, аберрация в данном эксперименте оказывается совершенно не при чем. Как показано в [3], и в этом эксперименте отклонение луча вслед за смещением интерферометра, наблюдаемое неподвижным наблюдателем, обусловлено сложением скорости света, движущегося в атмосфере Земли, со скоростью движения самой атмосферы, движущейся с орбитальной скоростью Земли. В этом случае, время движения каждого из лучей, движущихся в интерферометре, оказывается одинаковым равным 2l/ c (где l – расстояние между зеркалами) как с точки зрения земного наблюдателя, неподвижного относительно интерферометра, так и с точки зрения внешнего, неподвижного, наблюдателя, относительно которого интерферометр движется со скоростью орбитального движения Земли. Пусть это не соответствует СТО, но зато соответствует действительности.
Как считает Л. Кларк, «Поразительный пример замедления времени представляет распад мюона» . Посмотрим же, насколько это мнение лауреата Нобелевской премии соответствует действительности.
Как объясняет лауреат Нобелевской премии по физике Л. Купер «Если после образования они (мюоны –В.П.) двигались бы даже со скоростью света, то средний путь, на котором половина из них распадается, равнялся бы произведению их времени жизни 1,5·10-6 на скорость, равную скорости света. На пути в 9·104 см распалось бы три четверти частиц; на пути в 1,35·105 см – семь восьмых и т.д. Поэтому к поверхности Земли, лежащей на 106 ниже уровня образования мюонов, долетело бы очень мало частиц. Тем не менее у поверхности Земли их наблюдают в значительно большем количество, чем можно было бы ожидать исходя из времени полураспада частиц, если частица после своего возникновения в верхней атмосфере движется с большой скоростью относительно нас, отрезок времени между образованием и распадом с нашей точки зрения значительно удлинится. Его точное значение определяется из выражения 1,5·10-6/(1 – v2 / c2)1/2 с. В результате мюоны могут достигать поверхности Земли прежде, чем они распадутся» [5].
Предположим, что распадается мюон с массой, равной 207 массам электрона – это масса мюона «в состоянии покоя», т.е. масса мюона, движущегося с относительно небольшой скоростью, когда «релятивистскими» эффектами можно пренебречь. При распаде такого мюона образуется электрон с массой, равной массе одного электрона.
Таким образом, увеличение количества мюонов, наблюдаемых у поверхности Земли, не связано с изменением периода их полураспада. Период полураспада мюонов, как и любых других частиц, не зависит от состояния их движения. Следовательно, возникновение и распад мюонов не могут служить достоверными доказательствами «релятивистского» замедления времени.
Однако, вопреки здравому смыслу, сторонники СТО утверждают, что наблюдения увеличения массы движущихся тел соответствует именно увеличение их массы. При этом имеется в виду многократно повторенный один и тот же опыт с движением электрически заряженных частиц в электромагнитных полях ускорителей различных конструкций. Известно, что цель этих экспериментов заключалась в увеличении массы (энергии) частиц, движущихся в электромагнитных полях этих ускорителей. Какова же была действительная скорость ускоряемых частиц и насколько величина этой скорости соответствовала формуле (7) заинтересовал только одного человека – Бертоцци, который исследовал движение электронов в электрическом поле линейного ускорителя [7,8]. Бертоцци пришел к выводу, что увеличение энергии ускоряемых электронов происходит при постоянной скорости их движения и что это увеличение зависит исключительно от напряженности электрического поля ускорителя и длины пути, пройденному электронами в этом поле.