Аннотация. В своих работах Эйнштейн только дважды прямо комментировал эффект замедления времени, вытекающий из специальной теории относительности (СТО), как одно из её следствий, который эффектно был представлен Ланжевеном под названием «парадокс близнецов». Первый раз Эйнштейн соглашался с тем, что «парадокс близнецов» это просто красочная иллюстрация одного из эффектов теории относительности. Но через 8 лет, после разгоревшейся дискуссии о том, что указанный парадокс являет собой доказательство наличия внутреннего противоречия его теории, он выступил с его опровержением, с «доказательством» того, что замедление времени «движущихся» часов не зависит от того, в какой системе отсчёта рассматривается данный эффект. В системах отсчёта «движущихся» или «покоящихся» часов эффект замедления времени «движущихся» часов всегда должен быть одним и тем же. Но проделал он это не в рамках специальной теории относительности, в недрах которой возник парадокс, а с привлечением положений общей теории относительности. А само «доказательство» было представлено им только в виде намёка на такую возможность, без привлечения каких-либо вычислений, приводящих к конкретным цифрам, то есть не так, как это делал Ланжевен. С тех пор этот намёк так и вошёл во все монографии по релятивизму и физические справочники. И никто из эпигонов релятивизма так и не удосужился дать конкретику намёку Эйнштейна. Тогда как подробное рассмотрение парадокса, с привлечением положений общей теории относительности, указывает на иное: парадокс так и остаётся яркой нелепостью применения принципа относительности к физическим явлениям.
Этот красочный пример привлёк внимание научной общественности тем, что, если строго придерживаться логики рассуждений СТО, то нет никакой возможности выяснить, какие из двух часов, расположенных в рассматриваемых системах отсчёта (Земля и ракетный корабль), идут медленнее и какому из братьев грозит старость. Действительно, в согласии с принципом относительности все инерциальные системы отсчёта равноправны и движение относительно, а поэтому невозможно определить, какая из систем движется, а какая покоится. В самом деле, относительно планеты в движении находится ракетный корабль, тогда как относительно корабля в движении будет находиться Земля.Именно это обстоятельство не позволяло однозначно установить, а в какой из двух систем отсчёта часы отстают, когда для сравнения показаний часов их помещают рядом друг с другом. Ведь даже самые рьяные приверженцы СТО не станут утверждать, что из двух покоящихся и расположенных друг возле друга часов каждые отстают друг от друга.
А любопытен «парадокс близнецов» ещё и тем, что при разъяснении (трактовке) математических закономерностей СТО Эйнштейну пришлось изменять своё мнение относительно механизма возникновения разности хода часов. Это обстоятельство являет собой яркий пример того, когда математика бессильна в отображении чёткости своих пророчеств и для исключения неточностей и недоразумений нуждается в привлечении описания физических механизмов предсказанных ею явлений. Иными словами, только физические механизмы явлений чётко отражают суть природы в сравнении с безликими формулами метода математического феноменализма.Действительно, первоначально эффект замедления времени был следствием СТО, то есть только относительного движения систем отсчёта. Именно так «старение» одного из близнецов в 1911 году толковал и сам Эйнштейн. [А.Эйнштейн, Собрание трудов, М. 1965. Т.1. С.185.]
Тогда как последующее, «более правильное» объяснение (разъяснение) парадокса, которое было предложено им же в 1918 году, было связано уже не с относительной скоростью движения систем отсчёта, а с их ускорением. Причём, именно ускорение, а не скорость, теперь он считал ответственным за разность в возрасте близнецов. [А.Эйнштейн, Собрание трудов, М. 1965. Т.1. С. 618-620.]Из изложенного видно, что взгляды создателя СТО на механизм действия открытого им нового явление природы явно эволюционировали от объяснения к объяснению. Хотя и здесь, в его новом разъяснении, приверженцы релятивизма грубо нарушают логику своих рассуждений. Формально, современное общепринятое истолкование парадокса, вошедшее во все современные монографии по релятивизму, учебники по физике, а так же физические справочники, состоит в том, что одна из сравниваемых систем отсчёта не инерционна, и это обстоятельство будто бы разрешает как бы «кажущуюся» нелепость (парадокс), связанную с равноправностью инерциальных систем отсчёта.
Но доказав неравноправие рассматриваемых систем отсчёта, они остановились только на этом положении, заявив, что этого одного утверждения уже вполне достаточно для обоснования (или доказательства) образования разности показаний часов. Но как будет показано ниже, это очень далеко от истины. При этом нелепость вывода СТО так и осталась нелепостью под названием «парадокс близнецов».Если сделать небольшой экскурс в историю релятивизма, то выяснится, что прозаичный вывод о замедлении времени в движущейся системе отсчёта, который следует из скучных математических построений СТО, можно более эффектно представить читателю, заменив часы сравниваемых систем отсчёта на братьев-близнецов. Иллюстративная яркость такой замены не подлежит ни какому сомнению.
На это обстоятельство впервые обратил внимание Ланжевен [P.Langevin, Scientia, 10, 1911, 31.]. Он описал ситуацию, когда один из братьев-близнецов остался на Земле, а другой отправился в космическое путешествие, причём передвигался в космосе с очень большой скоростью. Для развлечения Ланжевен взял скорость, которая отличалась от скорости света на 1/20 000, чтобы получить 100 кратное замедление времени, следующее из формул СТО (см. формулу 1). По его расчётам, пробыв в космосе 1 год и вернувшись на Землю путешественник уже не застал здесь своего брата-близнеца, так как на планете, с момента его отъезда, прошло 100 лет. Итак, согласно специальной теории относительности, 1 год путешествия с околосветовой скоростью по длительности равен 100 годам земного времени.Этим броским приёмом, иллюстрирующим тривиальные математические построения СТО, Ланжевен привлёк внимание широкой научной общественности к эффекту замедления времени, возникающему в движущихся системах отсчёта. Вслед за ним и сам Эйнштейна использует этот же приём, когда подробно излагает это необычное следствие из созданной им теории (по заявлениям релятивистов, далеко выходящее за рамки здравого смысла обыкновенного человека). Он сделал это в своём докладе под названием «Теория относительности» на заседании Общества естествоиспытателей в Цюрихе 16 января 1911г. [А.Эйнштейн, Собрание трудов, М. 1965. Т.1. С.185.]
В докладе Эйнштейн утверждал, что (дословно): «Если бы нам удалось сообщить часам скорость света…., то стрелки часов, с точки зрения системы k, двигались бы бесконечно медленно. Положение становиться ещё более поразительным, если представить себе следующее. Пусть часы приобретут очень большую скорость (почти равную с) и будут равномерно двигаться дальше, а потом, когда они пройдут большое расстояние, получат импульс в противоположном направлении, так что снова возвратятся в исходный пункт, откуда они начали движение. Тогда окажется, что положение стрелок этих часов в течении всего их путешествия почти не изменится, тогда как на тождественных часах, оставшихся в состоянии покоя в пункте отправления, положение стрелок за это время изменилось весьма существенно. Следует добавить, что выводы, которые справедливы для этих часов, взятых нами в качестве простой системы, представляющей все физические процессы, остаются в силе и для замкнутой физической системы с каким-либо другим устройством. Например, если бы поместили живой организм в некий футляр и заставили всю эту систему совершать такое же движением вперёд и обратно, как описанные выше часы, то можно было бы достичь того, что этот организм после возвращения в исходный пункт из своего сколь угодно далёкого путешествия изменился бы как угодно мало, в то время как подобные ему организмы, оставленные в пункте отправления в состоянии покоя, давно бы уступили место новым поколениям. Для движущегося организма длительное путешествие будет лишь мгновением, если движение будет происходить со скоростью, близкой к скорости света! Это неизбежное следствие наших принципов, к которым нас приводит опыт».Как следует из приведённого текста, такой приём преподнесения научного материала заставляет обратить на себя пристальное внимание любого слушателя, а не только учёного. Мы же особо отметим, что механизм необычного эффекта СТО – явления замедления времени, автор теории прочно связывает только с движением часов со скоростью близкой к скорости света.
Однако впоследствии выяснилось, что, по логике СТО, равенство инерциальных систем отсчёта (на основании принципа относительности), должно привести к одним и тем же последствиям для обоих братьев (время должно замедляться одинаково для их обоих вследствие относительности любого движения), поскольку невозможно определить, какой из братьев действительно находился в движении. Относительность любого движения есть прямое следствие принципа относительности. К примеру, по приезду в Цюрих, отвечая на вопросы встречающих его любознательных корреспондентов, Эйнштейн разъяснял (красочно иллюстрировал) свою теорию относительности следующим образом: «Это когда не поезд остановился у перрона Цюриха, а Цюрих остановится у этого поезда».Эта шуточная фраза автора СТО есть квинтэссенция его специальной теории относительности. И именно из относительности движения тел возникает «парадокс близнецов». Действительно, здесь два равноправных утверждения. С точки зрения брата, который остался на Земле (в системе отсчёта планеты), его брат-близнец на космическом корабле с огромной скоростью улетел в космос и пробыл там какое-то количество лет. Но с точки зрения брата путешественника, приверженца СТО, его брат-близнец на планете Земля (в системе отсчёта космического корабля) с той же самой скоростью, тоже какое-то количество лет, «летал» на планете в космосе. Так каким же образом (способом) можно сравнить их возраст, поскольку они, в конце теоретического «путешествия» оказались в одном месте? Кто же из них состарился, а кто остался молодым?! А по сути, это вопросы о том, какая из двух рассмотренных систем отсчёта (одна система отсчёта связана с космическим кораблём, а другая с планетой Земля) даёт правильные результаты?
Попытки разрешения «парадокса близнецов» в рамках СТО, или наоборот, его привлечение для доказательства несостоятельности СТО, породили огромный объём статей и даже монографий. В связи с данным обстоятельством, по прошествии 8 лет от момента первой публикации, в 1918 году выходит статья Эйнштейна под названием «Диалог по поводу возражений против критики теории относительности». [А.Эйнштейн, Собрание трудов, М. 1965. Т.1. С.616-626.]Примечательно, что работа начинается словами: «Уже не раз в различных журналах высказывались сомнения по поводу теории относительности, но релятивисты отвечали на них весьма редко. Не будем уточнять, высокомерие ли, слабость или лень лежат в основе этого упущения; возможно даже, что здесь действует смесь этих психологических моментов; возможно даже, что критические замечания нередко делают очевидной слишком малую компетентность критика». Мы же заметим, что даже в то далёкое время Эйнштейн уже отмечал наличие «высокомерия» у «релятивистов», полагавших «очевидной слишком малую компетентность критика», которая вплоть до наших дней становилась непреодолимой преградой для оценки критических работ по основам СТО.
В наше время эта «очевидная некомпетентность критика СТО» считается безусловно доказанной истиной, а сама критика всегда полагается явно антинаучной. И на этом основании возбраняется публикация критических статей по СТО в рейтинговых физических журналах. К примеру, в своё время главный научный идеолог самого авторитетнейшего физического журнала СССР (а теперь и России), «Журнала экспериментальной и теоретической физики», который переводится на английский язык, издаётся за рубежом и пользуется мировым признанием, П.Л.Капица, не скрывая этого, писал в статье, посвящённой 85-летию со дня рождения П. Ланжевена: «… к нам в редакцию «Журнала экспериментальной и теоретической физики» и по сей день поступают статьи с попытками отвергнуть справедливость теории относительности. В наши дни такие статьи даже не рассматриваются как явно антинаучные». Тем самым главный редактор журнала официально подтверждал существовавшее и существующее ныне отрицательное отношение к статьям с критикой СТО. Но здесь уместен вопрос, если статьи «даже не рассматриваются», то тогда как же определялась (устанавливалась) их антинаучность? [П.Л.Капица. Эксперимент. Теория. Практика. М. Наука. 1977г. Стр.289]Добавим: в СССР решения о запрете на критику теорий относительности принимались как минимум трижды. В 1934 году выходит специальное постановление ЦК ВКП(б) по дискуссии о релятивизме, в котором все противники этой теории относились либо к «правым уклонистам», либо к «меньшевиствующим идеалистам», со всеми вытекающими из этого для них последствиями (ссылки на Соловки, Беломорканал, Магадан и т.п.). Второй раз в 1942 году на юбилейной сессии, посвящённой 25-летию революции, Президиум АН СССР принимает специальное постановление по теории относительности: «… действительное научно-философское содержание теории относительности... представляет собой шаг вперёд в деле раскрытия диалектических закономерностей природы». Это постановление было подкреплено устным запретом-указанием всесильного Берии, который в то время руководил атомной «Проблемой № 1». И наконец, в третий раз, в 1964 году Президиум АН СССР издаёт закрытое постановление, запрещающее всем научным советам, журналам, научным кафедрам принимать, рассматривать, обсуждать и публиковать работы, критикующие теорию Эйнштейна. (см. ж. “Молодая гвардия”, № 8/95).
Но вернёмся к сути статьи Эйнштейна, оформленной в виде диалога (своеобразного научного спора) между «некомпетентным критиком» теории относительности и её высокообразованным защитником – «Релятивистом». В этой работе эффект замедления времени в «парадоксе близнецов» объясняется уже не только одними факторами СТО (то есть в нём замедление времени связано уже не исключительно лишь со скоростью относительного перемещения систем отсчёта), которые симметрично «действуют» на обоих братьев-близнецов (поскольку скорость – понятие относительное, определяемое выбранной системой отсчёта), а наличием ускорения, которому подвергается только один близнец-путешественник, поскольку именно он изменяет состояние своего движения (ускоряется), отправляясь в путешествие. Заметим, что ускорение относится к категории абсолютных физических величин и не зависит от выбора систем отсчёта, а её величина и направление чётко регистрируются с помощью прибора под названием «акселерометр». [А.Эйнштейн, Собрание трудов, М. 1965. Т.1. С. 620.]В своей статье автор СТО отмечает, что описание процесса замедления хода часов, которые действительно подверглись ускорению (обозначим их U2), при рассмотрении его в любой из двух обозначенных систем отсчёта (в системе отсчёта покоящихся на Земле часов U1 или в системе отсчёта движущихся часов U2), должно привести к одному и тому же результату, а именно: – часы U2, в любой из рассматриваемых систем отсчёта, отстанут от часов U1.
Поскольку в системе отсчёта Земли, с которой часы U1 жёстко связаны, отставание часов U2 является тривиальной истиной (почему это так, а не иначе Эйнштейн в своей работе не разъясняет), то доказательство сделанного им утверждения, то есть доказательство процесса замедления хода часов U2 он полностью проводит (делает) в системе отсчёта этих же самих часов U2. В этой системе отсчёта всё происходит с точностью до наоборот, в сравнении с системой отсчёта неподвижных часов U1, оставшихся на Земле, то есть и здесь часы U2 отстают от часов U1. А раз это показано, то парадокса вроде бы и нет вовсе.Сам процесс замедления хода часов автор СТО описывает следующим образом. Часы U1 (напомним, что в системе отсчёта часов U2 часы U1 считаются движущимися) ускоряются до скорости v, близкой к скорости света (1 этап процесса), а затем перемещаются в пространстве, двигаясь по инерции длительное время с достигнутой постоянной скоростью v (2 этап процесса). После этого этапа часы U1 замедляются, а затем ускоряются в сторону часов U2 до скорости v, близкой к скорости света (3 этап процесса, в котором ускорение одной и той же величины действует в одну и ту же сторону) и далее передвигаются по инерции длительное время с достигнутой постоянной скоростью v (4 этап процесса). В течении следующего 5 этапа описываемого процесса, часы U1 замедляются и останавливаются возле часов U2 (напомним, что в системе отсчёта часов U2 сами часы U2 считаются покоящимися).
Описав этапы движения часов U1, Эйнштейн разъясняет явление замедления хода часов следующим образом: «… в течении второго и четвёртого этапов рассматриваемого процесса часы U1, движущиеся со скоростью v, идут медленнее покоящихся часов U2. Но это отставание будет с избытком компенсировано быстрым ходом часов U1 во время третьего этапа процесса. В самом деле согласно общей теории относительности, часы идут тем быстрее, чем больше гравитационный потенциал в том месте, где они находятся; часы же U1 на третьем этапе процесса действительно находятся в области бо'льшего гравитационного потенциала, чем часы U2. Расчёт показывает, что это опережение в два раза больше отставания на втором и четвёртом этапах процесса. Это рассуждение полностью объясняет приведённый тобой парадокс». Под местоимением «тобой» автор СТО имеет ввиду «критика СТО». [А.Эйнштейн, Собрание трудов, М. 1965. Т.1. С. 620.]Для чёткого понимания цитируемого абзаца необходимо сделать пояснение, а именно: для разрешения парадокса (доказательства того, что этой нелепицы, то есть противоречия между системами отсчёта, в СТО нет) Эйнштейн в системе отсчёта часов U2 вводит в рассмотрение однородное гравитационное поле, которое является причиной ускоренного движения часов U1. Объяснение этого приёма он даёт на странице 620 цитируемой книги.
Таким образом, из приведённых выше цитат следует, что разъяснение парадокса близнецов возможно сделать только в рамках общей теории относительности (ОТО), но никак не в области действия принципов СТО. Действительно, это разъяснение связано уже не со скоростью относительного движения систем отсчёта, но только с ускорением, то есть с явной асимметрией состояния движения братьев (поскольку ускорения абсолютны).Однако, Эйнштейн лишь указал на эту асимметрию и возможность привлечения ОТО для разъяснения парадокса, то есть сделал это качественно, без необходимых разъяснений и расчётов, твёрдо доказывающих наличие разности в показаниях часов. То есть он не сделал это так, как, в своё время, эту разность в показаниях часов формулами и цифрами иллюстрировал Ланжевен, представляя его ярким феноменом СТО.
Более того, разъяснения касаются только 3 этапа рассматриваемого процесса, хотя аналогичные эффекты с часами происходят и на всех других этапах их движения. Если же рассмотреть подробновсе этапы процесса замедления времени (без каких-либо исключений), который происходит с часами U2 и U1 (в системе отсчёта часов U2), и при этом строго придерживаться положений ОТО, то результат рассмотрения будет разительно отличатся от выводов, сделанных в статье Эйнштейна.Начнём с 1 этапа. Вот как сам автор СТО описывает его: «В отрицательном направлении оси Х возникает гравитационное поле, в котором часы U1 ускоренно падают до тех пор, пока не приобретут скорость v. Удерживающие часы U2 внешние силы, действующие в положительном направлении оси Х, не дают этим часам прийти в движение в гравитационном поле. Когда часы приобретут скорость v, гравитационное поле исчезнет». [А.Эйнштейн, Собрание трудов, М. 1965. Т.1. С. 619.]
В согласии с положениями теории гравитационного поля, для того, чтобы часы U1 начали спешить по сравнению с часами U2, потенциалы поля тяжести, в объёме пространства системы отсчёта часов U2, должны быть разными, а именно: в точке расположения часов U2 потенциал поля должен быть ниже, чем потенциал поля в точке, куда движутся часы U1. Согласно общей теории относительности, часы идут тем быстрее, чем больше гравитационный потенциал в том месте, где они находятся. Следовательно, во время ускорения часы U1 должны спешить, по сравнению с часами U2, поскольку они движутся в область повышенного потенциала, а часы U2 остаются в поле пониженного потенциала.Количественно разницу в ходе часов можно оценить по формуле:
Поскольку l = gt2/2) есть путь, который проходят часы U1 за время своего ускорения, то формула (3) перепишется в виде:
При этом надо учесть то, что часы U1 будут ускоряться до тех пор, пока их скорость не станет близкой к скорости света. Из этого условия может быть определено время t, в течении которого происходило ускорение часов U1.
Если же это время принять равным, например, 1 году, то часы U1, к моменту окончания ускорения, согласно формуле (7) покажут всего 2 года. И это ускорение хода часов U1 (увеличение промежутка времени) никак не сможет компенсировать замедление хода часов U1 (уменьшение промежутка времени), связанное с их движением по инерции со скоростью, близкой к скорости света. Действительно, время движения часов U1 на этом этапе пути (TU2) тоже является произвольной величиной и может быть задано, например, несколькими десятками, а то и сотнями лет. При этом время, измеренное по часам U1, может быть вычислено по формуле СТО (см. формулу 1) и оно всегда меньше времени покоящихся часов.Таким образом, на 1 этапе движения часов U1 они всегда будут отставать от показаний часов U2, что следует из приведённых выше формул. Действительно, согласно расчёта Ланжевена, который базировался на положениях СТО (см. формулу 1), часы U1 будут показывать всего 1 год, тогда как часы U2могут показать, что прошло уже 100 лет (это соответствует 2 этапу движения часов по Эйнштейну). Так что на этом «фоне» ускоренный ход часов U1, под воздействием поля тяготения, который принесёт им всего лишь полгода добавки времени, никак не решит проблемы «парадокса близнецов».
Следует обратить особое внимание (а это обстоятельство позволяет доказать внутреннее противоречие СТО, то есть наличие парадокса близнецов и без формул и цифр), что время ускорения часов U1 и время их движения по инерции, являются произвольными величинами, которые можно изменять волевым порядком (то есть которые никак друг с другом функционально не связаны). А поэтому говорить о какой-то «автоматической» компенсации замедления хода часов, происходящем на участке траектории их движения по инерции, увеличением темпа их хода, на участке траектории при движении с ускорением, просто нелепо. Из этого замечания следует тот же вывод, что был сделан выше, а именно: «парадокса близнецов» ни средствами СТО, ни средствами ОТО не разрешить, эта нелепость СТО так и останется нелепостью.Если же быть формально последовательным, критикуя статью Эйнштейна, то необходимо рассмотреть 3 этап движения часов, на анализе которого им был построен основной вывод статьи, что парадокса часов в СТО не существует.
Отметим, что на 3 этапе движения часов величины потенциалов поля тяжести, в объёме пространства системы отсчёта часов U2, поменяются местами, в сравнении с уже рассмотренным 1 этапом. Теперь, в точке расположения часов U2 потенциал поля будет выше, чем потенциал поля в точке, откуда движутся часы U1. Это следует из теории гравитационного поля. В связи с чем, утверждение Эйнштейна, что «…часы же U1 на третьем этапе процесса действительно находятся в области большого гравитационного потенциала, чем часы U2» противоречит его же собственному утверждению об возникновении однородного поля тяжести, которое приводит в ускоренное движение часы U1. А отсюда следует вывод, что часы U1 пока ещё только будут ускоренно переходить из области низкого значения потенциала поля тяготения в область его более высокого значения, то часы U2 всё это время будут находится в области высокого потенциала поля. Следовательно, за время ускорения часов U1 часы U2 опередят их в своих показаниях (см. формулу 7). Тогда как, в согласии сутверждениями «Релятивиста», всё должно произойти в точности до наоборот, а именно: часы U1 должны были бы опередить часы U2.А за время движения по инерции часов U1 (4 этап движения часов по Эйнштейну), со скоростью близкой к скорости света, они (часы U1), в согласии с СТО (см. формулу 7), ещё больше замедлят свой ход. Таким образом часы U1 значительно отстанут в своих показаниях от часов U2.
Заметим, что 5 этап движения часов U1 полностью повторяет 1 этап их движения в системе отсчёта часов U2, то есть и здесь часы U1 значительно отстанут в своих показаниях от часов U2. Следовательно, в системе отсчёта часов U2 эти часы будут показывать большее время, чем часы U1. Таким образом на всех этапах движения часов U1 они в сумме покажут меньшее время, нежели часы U2, что и является нонсенсом СТО, называемым парадоксом близнецов.Выводом из всех приведённых выше доводов будет утверждение, что опережение или отставание хода сравниваемых часов зависит от того, в какой системе отсчёта рассматривается процесс замедления времени. Таким образом, привлечение ОТО к объяснению парадокса часов, не разрешает противоречивую ситуацию, возникшую в СТО, как в связи с последовательным применением принципа относительности к обоим инерционным системам отсчёта, так и с использованием положений ОТО. В связи с чем парадокс близнецов так и останется ярким доказательством внутреннего противоречия СТО.