Специальная теория относительности Эйнштейна (далее по тексту эта теория будет обозначаться только аббревиатурой СТО) – это сугубо математическая теория, как по способу постановки задачи и формулировке начальных условий, так и по методам её решения. Единственным физическим аспектом в её начальных условиях, который хорошо видим со стороны практики, является принцип относительности Галилея-Эйнштейна (далее в тексте он будет называться одним словом – принцип, пока не будет оговорено другое). Ставится вопрос: – могут ли условия формулировки указанной математической задачи соответствовать реалиям физической задачи?

Вопрос возникает в связи с тем, что вспышка света может произойти только от реального, а не виртуального (некоего внесистемного, существующего только в воображении) источника света. Более того, источник должен быть один и обязательно принадлежать одной из систем отсчёта. К тому же сделанное утверждение подразумевает, что системы отсчёта это всё же только материальные линейки и часы, возле которых находятся свои реальные наблюдатели, и они все (как материальные тела) обособлены от пространства вселенной. Системы расположены в одном и том же для них обоих реальном пустом космическом пространстве и в этом же самом пространстве распространяется световая волна. Поскольку системы находятся в относительном движении, то им присущи все реальные физические эффекты, связанные с движением источников и приёмников света (например, эффект Доплера).

Если эти положения считать верным и соответствующими условиям постановки проблемы в СТО, то, с целью конкретизации условий задачи, будем считать, что источник света закреплён в центре пересечения осей координат«неподвижной» системы отсчёта. Источник, через равные промежутки времени, производит вспышки света, а в момент времени, когда центры систем совместятся, произойдёт очередная вспышка света. Иными словами, перемещение «движущейся» системы будет восприниматься её наблюдателями по наличию эффекта Доплера.

Необходимо добавить, что эффект Доплера строго доказан (экспериментально обнаружен и имеет общепризнанный кинематический механизм своего объяснения) только для сплошных материальных сред (твёрдых, жидких, газообразных и в плазменном состоянии), где основой эффекта является движение источника и приёмника волн относительно среды распространения волнового процесса. Он обнаружен и для световых волн, распространяющихся сквозь пустое космическое пространство. Несмотря на этот факт (отсутствие общепризнанной среды волнового процесса), общепринятый механизм его действия (как и в релятивистской физике) мало отличается от описанного выше (т.е. от кинематических закономерностей классической физики). Различие заключено в использовании понятия относительной скорости перемещения объектов по отношению друг к другу, а не скорости движения относительно среды распространения волнового процесса (это обстоятельство будет подробно обсуждаться ниже). Но, тем не менее, в решаемой нами проблеме важным обстоятельством является только то, что (в самом общем случае) величина эффекта Доплера, как в классической, так и в релятивистской физике, находится в прямой зависимости от относительной скорости движения источника и приёмника волн, что, в конечном счёте, приводит к кинематическим закономерностям его объяснения, и, как следствие, к асимметрии световой сферы относительно их.

Можно предположить и обратное, когда уже в «движущейся» системе отсчёта указанный фронт световой волны, относительно её центра, будет иметь форму сферы. В этом случае, в «неподвижной» системе отсчёта, эта же световая сфера будет эксцентрично расположена относительно источника волн. И здесь доказательство будет то же самое – реальность эффекта Доплера для движущегося источника волн. Примеров здесь даже по более, чем в первом случае, и главный из них так же космического происхождения – наличие космологического красного смещения линий в спектрах далёких галактик, общепризнанное объяснение которого базируется на признании движения источников волн.

Резюмируя изложенное выше можно утверждать, что той математической задаче, как она сформулирована в СТО, невозможно сопоставить реальные условия физической задачи. Таким образом СТО представляет собой математическую (абстрактную) теорию.
В этой части статьи считаем необходимым отметить ещё одно важное обстоятельство, на которое другие исследователи СТО ранее не обращали внимание. Формальное выполнение всех начальных условий математической задачи, как они сформулированы в СТО, позволяет выяснить следующее: как надо изменить масштабы измерительных линеек «движущейся» системы отсчёта; в каких местах в ней расположить часы и в какое первоначальное положение установить их стрелки (синхронизировать), чтобы уравнение точек, описывающее в ней фронт световой волны, было тоже уравнением сферы. Математика позволяет это сделать. И если всё выполнить с учётом вычисленных рекомендаций, то в «движущейся» системе отсчёта фронт световой волны тоже будет представлять собой «сферу».

Тест будет заключаться в следующем. Часы «движущейся» системы отсчёта синхронизируются между собой при строго определённой ориентировке её осей, относительно её вектора скорости в любой «неподвижной» системе отсчёта. Например, относительно реликтового излучения. А затем эта синхронизация проверяется при другой ориентировке системы. Не сохранение синхронизации при переориентировании системы будет означать несоответствие принципа реалиям природы. Вполне понятно то, что опыт Майкельсона-Морли для этой цели не годится. Как указывалось выше, сам принцип, как таковой, это только эвристическая догадка Галилея о свойствах (законах) природы,то есть это всё же гипотеза и не более этого. И как каждая гипотеза, т.е. вероятностное знание(а не достоверное),он подлежит всестороннему обоснованию. Насколько же точно принцип отражает собой физическую реальность, находясь вне рамок математической абстракции СТО?

Состояние движения материальных тел в пространстве определяются двумя принципами относительности: «Птолемея – Коперника» и «Галилея – Эйнштейна» (см. также Демиург № 1 2010). Принцип Птолемея-Коперника математический, его используют тогда, когда одно и то же явление природы может изучаться в разных системах отсчёта. Например, движение планет Солнечной системы можно рассматривать в системе отсчёта, связанной с Землёй (система Птолемея), а можно и в системе, связанной с Солнцем (система Коперника). Заметим, что можно подобрать такую систему отсчёта, в которой наглядное представление любого природного явления выглядит наиболее просто (как и математическая запись его отображения). Например, движение планет в системе отсчёта связанной с Солнцем выглядит достаточно просто, тогда как в системе отсчёта Луны представить его будет невообразимо сложно. В практике астрономических наблюдений применяется несколько систем отсчёта. Общеизвестны такие системы, как горизонтальная, экваториальная, эклиптическая, галактическая. Выведены уравнения преобразования координат астрономических объектов при переходе из одной системы наблюдения в другую. Суть принципа Птолемея – Коперника заключается в утверждении, что природа является объективной реальностью, и её явления не зависят от наличия наблюдателя и, тем более, от состояния его движения.

Нетрудно заметить, что этим свойством принцип Галилея – Эйнштейна разительно отличается от принципа Птолемея-Коперника, у которого одно и то же явление, наблюдаемое из разных систем отсчёта, выглядит по-разному. Указанное различие является основанием для получения ответа на вопрос: – дополняют ли принципы друг друга, или, наоборот, находятся ли они в противоречии друг к другу?
Принцип Птолемея-Коперника описывает природные явления так, как они есть в действительности (он созерцательный). Тогда как принцип Галилея – Эйнштейна регламентирует движение тел в пространстве. Повторимся, этот принцип возник в результате догадки Галилея, а поскольку это не обобщение наблюдаемых фактов, а всё же только вероятное знание, то он нуждается в логическом и экспериментальном подтверждении своей истинности.

1. В существующей трактовке принципа Галилея – Эйнштейна говорится о сравнении однотипных природных явлений, реализующихся как в движении, так и в покое. А зачастую (в его различных интерпретациях) прямо указывается, что сравниваются характеристики одного и того же природного явления, которое изменило состояние своего движения. При этом упускается из виду одно важное обстоятельство – это способ перевода материальных тел (участвующих в явлении) из состояния покоя в состояние равномерного прямолинейного движения. В формулировке принципа об этом ничего не говорится. Делается ли это посредством реального ускорения, изменяющего скорость движения тел?! Или переводом наблюдателя из системы, где происходит явление, в движущуюся систему отсчёта, как это математически (или виртуально) делается в принципе Птолемея-Коперника?! В последнем случае – это просто смена места наблюдения и, вследствие этого факта, все утверждения принципа Галилея – Эйнштейна теряют всякий смысл. Действительно, смена места наблюдения не может никак повлиять на состояние движения всех тел системы и их свойства. И именно в этом случае положения принципа Галилея – Эйнштейна прямо противоречат всему опыту астрономических наблюдений, выраженному в принципе Птолемея-Коперника.

Например. Этот принцип определяет отношение между любыми материальными телами и физическими процессами, происходящими в космическом корабле, когда он ещё находился на космодроме. К этим же самым материальным телам и явлениям, когда корабль стартовал и теперь движется в космосе с постоянной скоростью, относительно планеты (то есть после его ускорения). В этом понимании, в согласии с принципом Галилея-Эйнштейна, сразу же после прекращения действия ускорения материальные тела (участвующие в явлении) должны мгновенно возвратиться в то своё начальное (исходное) состояние, в каком они были до ускорения (до старта корабля). Выполнение этого условия обязательно, чтобы само явление продолжалось реализовываться с сохранением прежних своих характеристик и особенностей. Необходимость в данном пояснении вполне понятна, поскольку в процессе силового воздействия на тела, они не только изменяют скорость своего движения, но могут приходить во вращение, а так же изменять своё внутренние состояние: деформироваться, нагреваться, намагничиваться и т.п. Если же принцип Галилея-Эйнштейна верен, то после ускорения никаких изменений в материальных телах, участвующих в природных явлениях, быть не должно.

С учётом выше изложенного обстоятельства, истинность указанного принципа уже совсем не очевидна (как это представлялось Галилею, а затем и Эйнштейну) и требует определённых доказательств. Действительно, как показывает практика, под действием сторонней силы изменения в материальных телах всё же происходят и их проявление прямо зависит от величины ускорения тел, что непременно должно сказываться на физических явлениях, в которых они участвуют. Например: хорошо известно из механики, что любое материальное тело, при достаточно большой величине ускорения, может механически разрушиться под действием сил инерции. Вследствие этой причины природное явление, с его участием (после такого ускорения), может и не продолжиться дальше. То же самое может произойти, если тела, сложные по элементному составу, находящиеся в фазе жидкого или газообразного состояния, попали под действием ускорения и пространственно разделились на составляющие его компоненты (как это происходит в процессе центрифугирования), что прекратит любые химические реакции. Биологические процессы так же возможны только до строго определённых значений величин ускорений, превышение которых их прекращает и т.д. Перечисленное выше указывает на то, что после ускорения материальных объектов процесс протекания механических, химических или биологических явлений, в которых они участвуют, может существенно измениться и даже стать невозможным (к биологическим объектам не вернётся жизнь, разрушенные тела сами по себе не восстановятся и т.д.). Так что, с представленной выше позиции, принцип Галилея-Эйнштейна требует определённых уточнений физических условий его применения. Это необходимо сделать хотя бы с точки зрения учёта величины ускорения, предшествующего наступлению постоянной скорости движения тел.

2. Принцип относительности математически был развит Эйнштейном в СТО, в которой обнаружились физические эффекты, присущие материальным телам, находящимся в движении. Иными словами, указанные эффекты являются прямым следствием относительного движения тел. К ним относится: уменьшение линейных размеров движущихся объектов, увеличение их массы, замедление времени, и т.п.

2.1.В свете положений, изложенных в первой части настоящей работы, указанные эффекты напрямую касаются только тех тел, которые подверглись действию сторонней силы и были ускорены. Однако, в согласии с принципом (в силу математической симметрии относительного движения), все остальные тела во вселенной (на которые не действовали сторонние силы), по отношению к этой «движущейся» инерциальной системе отсчёта (связанной только с ускоренными телами), теперь будут считаться находящимися в движении. А поскольку это так по самой сути принципа, то возникает вопрос, а будут ли им присущи те же самые эффекты (явления) СТО, что и в первом случае?!

Вопрос относительности движения связан не с кажущимся неравноправием утверждения, что относительно чего движется – малое тело относительно большого или наоборот. В соответствии с математической логикой (кинематическими закономерностями) здесь всё ясно – с каким телом связана система отсчёта (так называемая сопутствующая система отсчёта), относительно него и происходит движение.
Заметим, что проблема решалась бы совершенно иначе, если было бы возможно определять движение тел относительно пространства, поскольку оно является общим для всех тел, которые в нём расположены. Только в этом случае можно было бы точно определить, что относительно чего движется и с какой скоростью, а что покоится. Движение относительно пустого пространства в физике получило название «абсолютного движения».

Но в данном случае, вопрос связан только с эффектами относительного движения, вытекающими из СТО.А именно: будут ли они присущи всем телам вселенной(как реальные явления), которые теперь будут считаться движущимися, относительно ускоренных тел?! При ответе на этот вопрос замечаем, что из начальных условий рассматриваемой проблемы ясно, что со всеми телами вселенной (как и с её пространством), ничего в действительности не происходило. На них не действовали никакие силы, то есть не было причин, способных изменить их состояние. Следовательно, можно утверждать, что нет никаких оснований даже для предположения, что приведение в движение небольшого количества тел во вселенной может как-то повлиять на свойства и состояние движения, как всех других её материальных тел, так и её пространства в целом. Иными словами, если принять указанные эффекты за реальность, то их следует связывать только со свойствами измерительных приборов, находящихся в системе отсчёта ускоренных тел.

С целью обобщения вывода укажем, что в бесконечной вселенной можно найти подходящие материальные тела и разогнать их до необходимых скоростей и тем самым перекрыть весь мыслимый диапазон относительных скоростей, которые возможны между ними и не ускоренными объектами вселенной. С этими телами можно связать системы координат и часы и, тем самым, образовать равное им количество инерциальных систем отсчёта. Особо подчеркнём, что у всех этих систем отсчёта одно и тоже пространство и одни и те же тела, которые в нём расположены. А поскольку эффекты СТО зависят от величины относительной скорости, то каждая физическая характеристика любого не ускоренного материального тела, находящегося в пространстве вселенной (например, время жизни мю-мезона) должна будет иметь такое количество значений, которое будет равно числу инерциальных систем. Для реального материального тела это нонсенс, поскольку не может одна и та же характеристика одного и того же тела иметь бесконечное множество взаимоисключающих друг друга значений. Следовательно, ответ на вопрос будет отрицательный: – эффекты СТО не присущи не ускоренным объектам вселенной.
Как указывалось выше, возможен иной ответ, если множество значений величины одной и той же характеристики любого из не ускоренных тел, находящихся в пространстве вселенной, связать только с процессом её измерения в разных системах отсчёта. В этом случае полученные значения будут опосредованно отражать уже свойства самих систем измерения, а не свойства измеряемого тела. Напомним, что эти системы измерения отличаются друг от друга только величиной относительной скорости движения и, в соответствие с СТО, относительными масштабами эталонов измерения.

Если это принять, то вслед за поставленным вопросом поднимется другой – вопрос о наличии сопутствующей системы отсчёта, где это материальное тело неподвижно и в которой её измеряемая характеристика соответствует базовому значению. Такая система не что иное, как «абсолютная система» отсчёта. А это, в свою очередь поднимет вопрос об «абсолютном движении», то есть о реальности движения тел относительно её.

2.2. Поясним сделанное выше обобщение. Проблема возникает даже не в связи с понятием «абсолютного движения» (как с движением относительно некой глобальной космической системы отсчёта и с каким физическим телом эта система связана), как это часто преподносят в специальной физической литературе. Вопрос напрямую касается движения тела относительно именно пустого космического пространства, с которым невозможно какое-либо физическое взаимодействие, а, следовательно, определение движения относительно его.
Инструментальная астрономия выявила, что соотнесение пространственного положения огромного количества материальных объектов вселенной выявляет в ней определённую иерархическую структуру, что позволяет однозначно различать на её «фоне» движение любого космического тела, но не наоборот. И это связано не с логикой восприятия наблюдаемого (не может бесконечная вселенная двигаться относительно одного из её тел), а с инструментальными измерениями изменения положения объектов вселенной во времени (всё зависит от точности измерения).

 Можно было бы упомянуть и о гравитационных полях вселенной, с которыми тоже можно связать глобальную систему отсчёта. Но, тем не менее, наличие указанных «вселенских» систем отсчёта не решает вопрос об «абсолютном движении» так, как он формулируется в СТО. В СТО понятие «абсолютность движения» связывают именно с возможностью измерения движения относительно пустого космического пространства, причём точно так, как если бы оно (пространство) было материальным телом. Или, что одно и то же, с возможностью взаимодействия материальных тел с космическим пространством. То есть с существованием в природе соответствующих физических эффектов, подтверждающих материальность пространства(отрицание которых является основным, безапелляционным положением принципа).

Отметим, что этот вопрос находится в стадии жесточайших дискуссий в современной науке, особенно после создания Эйнштейном общей теории относительности (по сути теории гравитационного поля), которая всё же приписывает пространству материальные качества – кривизну пространства.

2.3. Так, в согласии с выводами СТО, масштабы линеек координатных осей сопутствующей системы отсчёта (связанной с ускоренными телом) и системы отсчёта (связанной с «горизонтом» неподвижных звёзд), будут соотноситься друг с другом в соответствии с преобразованиями Лоренца, поскольку находятся в относительном движении. Иными словами – масштабы сравниваемых линеек указанных систем будут разные. Следовательно, в этих инерциальных системах будут разными и расстояния между одними теми же космическими объектами, расположенными в пространстве одной и той же вселенной. И, как следствие, у одного и того же пространства будет разная метрика. А метрика – это основная физическая характеристика космического пространства, определяющая её протяжённость (т.е. время распространения света между объектами вселенной). Заметим, что протяжённость – это характеристика только материального тела, тогда как виртуальный (нематериальный) объект такой характеристики не имеет. В реальной природе одна и та же характеристика одного и того же материального тела не может иметь разные величины. Вследствие чего возникает вопрос: – имеют ли линейки систем отсчёта вообще какое-либо отношение (значение, смысл) к пространству вселенной? Всё же линейки – это не более чем приборы измерения, то есть объекты, обособленные от объектов измерения. Тогда, как в СТО соотношения между движущимися и неподвижными приборами транслируется (распространяется) на всё пространство вселенной в целом.

А. Из астрономических наблюдений явствует, что свет от звёздных объектов (галактик и квазаров) движется к Земле миллионы, а то и миллиарды лет, то есть он был испущен тогда, когда земного наблюдателя не было ещё и в помине! Приведённые конкретные промежутки времени указывают на то, что свет движется не относительно виртуальных координатных осей инерциальных несуществующих систем отсчёта, а относительно реальной протяжённости пространства. Безотносительного движения или движения вообще, как такового, в физической механике просто не бывает.

В. В астрофизике хорошо известно явление межгалактического красного смещения, то есть смещение спектра света, идущего от далёких звёздных объектов, в сторону более длинных волн. Смещение спектров как в СТО, так и в нерелятивистских теориях, объясняется эффектом Доплера. В нерелятивистских теориях (в классическом эффекте Доплера) во внимание берутся скорости движения источника и приёмника волн относительно среды распространения волнового процесса. Причём в этом случае, величина изменения частоты волны, при движении источника волн, отличается от аналогичной ей величины, связанной с движением приёмника волн. Тогда как в СТО используется понятие относительной скорости движения источника и приёмника (тождественное понятию «лучевой скорости», поскольку скорость света относительно приёмника и источника волн всегда одна и та же).

Формально (в кинематике) под относительной скоростью понимается «мгновенная» скорость между приёмником и источником волн, то есть та конкретная величина скорости (как величина изменения расстояния в единицу времени), которая будет между ними на момент «излучения-приёма» волны. Именно эта скорость входит в формулы эффекта Доплера в СТО. Однако между актами излучения и приёма света имеется промежуток времени. Это означает, что излучение (испускание) света может происходить при одной величине их относительной скорости, а приём излучения происходит через некоторое время, когда указанная скорость может измениться. Таким образом, неясно то, какую именно конкретную величину скорости, из приведённых двух, подставлять в формулу эффекта Доплера.

Однако явление красного смещения спектров существует. Заметим, что измерение величин скоростей разбегания галактик (гипотеза расширения вселенной) довольно трудновыполнимая задача, поскольку эта скорость является одной из компонент в величине случайных пекулярных скоростей звёздных объектов. Пекулярная скорость — это скорость галактик относительно космической системы отсчёта, о которой говорилось выше. Но поскольку измеряются как пекулярные скорости, так и скорости разбегания галактик, то это означает, что состояние движения источника волн всё же сказывается на излучённой им частоте, то есть испущенный когда-то свет «несёт на себе информацию» о том далёком во времени событии. А если это так, тогда процессы излучения света и его регистрации функционально друг с другом не связаны. Это разные события, каждое из которых по-своему трансформирует изначальную частоту источника волн.

А поскольку свет преодолевает протяжённость пространства (находится в пути миллиарды лет), которая не зависит ни от наличия света в нём, ни от состояний источника и приёмника волн, то свет движется относительно пространства, как среды волнового процесса.
Выводы: Из всего изложенного выше следует, что принцип относительности Галилея-Эйнштейна, в его современной формулировке, представляет собой некую абстракцию очень далёкую от реалий природы. Более того он фрагментарен: приписывая материи свойство сохранять неизменным процесс протекания любых природных явлений, как в состоянии покоя, так и в движении, в нём «обходится стороной» вопрос о том, а как эти два состояния достигаются. Всё, что происходит с материей между этими двумя состояниями, принципом игнорируется, будто бы переходного процесса между ними нет вовсе. Хотя есть промежутки времени, в течение которых эти состояния изменяются; есть реальные силы, приложенные к телам, участвующим в природном явлении; есть реакция пространства на ускорения тел, которая проявляет себя в виде сил инерции и т.д. Всё это указывает на то, что формулировка принципа ещё до конца не определена. По сути, он представляет собой ещё только первый штрих к постановке задачи выявления различия свойств у материи, находящейся в движении и в покое.

Поскольку принцип (в современной формулировке) представляет собой один из самых общих законов природы, то его реализация должна обеспечивается только силами природы и её внутренним устройством. Тогда как даже в сугубо абстрактных условиях задачи, как она сформулирована в СТО, уже необходимо участие человека для реализации его положений (например, синхронизации часов). Искусственность этой процедуры очевидна, а без подобных действий, выполненных человеком, выводы теории теряют всякий смысл. Хотя процесс измерения – это искусственный процесс и он без участия человека невозможен, но опосредованно укладывать его в основание мироздания, привнося волю человека на этот уровень организации материи, есть глубокое заблуждение. «Механизм» природы – это самодвижущийся процесс, а человек – его производная.

Использование математического формализма при одновременном волюнтаристском отождествлении математических гипотез с основными законами природы (без каких-либо на то экспериментальных оснований), оторвали «ведущие» теории от физической реальности. В результате этого в физике стали использоваться виртуальные свойства материи и пространства, удовлетворяющие математическому формализму и именно абстрактной (математической) формулировке решаемых проблем и её начальных условий. Для этого достаточно вспомнить хотя бы положение о виртуальных фотонах, с помощью которых осуществляется взаимодействие реальных электрических токов. Или о имманентных свойствах волновых функций квантовой механики, имеющих основу где-то в самых глубинных уровнях организации материи и проявляющих себя в наблюдаемых свойствах элементарных частиц.

Это очень трудно понять (тем более, что весь учёный мир твердит обратное), пока сам не решишься разобраться в этой проблеме и не потратишь на её решение своё личное время. И здесь уместно вспомнить высказывание Джеральда Мэсси: «Ложь не перестаёт быть ложью, даже если в неё верят миллионы людей».