Рисунок 1.
Предисловие редакции. Предлагаемой вниманию читателя статьёй мы намерены закончить публикацию сообщений на тему Специальной и Общей теорий относительности и относящихся к ним материалов, так как дискуссия по этому поводу всё более уподобляется дискуссии средневековых схоластов о количестве демонов, способных уместиться на кончике иглы. То есть речь зачастую идёт не о физике явлений, а о математических моделях чисто умозрительных миров, возможно, не имеющих никакого отношения к реальности и существующих только в головах теоретиков (и в их компьютерах). Поскольку в такой дискуссии главными становятся вопросы веры в постулаты очередной теории, то споры становятся беспредметными. Поэтому впредь редакция намерена публиковать по этой тематике только новые экспериментальные данные. Что же касается самих СТО и ОТО, редакция полагает, что эти теории канут в Лету после вымирания «ТОистов» столь же успешно, как и пришли в физику в начале прошлого века после вымирания «аТОистов».
В качестве доказательства утверждения, вынесенного в заголовок данной работы, укажем на логическую цепочку рассуждений, состоящую из последовательного применения положений принципа относительности к физическим явлениям, которые совершаются в инерциальных системах отсчёта. Анализ взаимосвязей между полученными следствиями принципа и реальным миром природы выявляет противоречие между ними и самим принципом.Действительно, в согласии с основным положением принципа относительности Галилея – Эйнштейна (полное наименование принципа), все физические явления протекают (происходят) одинаковым образом во всех инерциальных системах отсчёта, которые находятся в движении по отношению друг к другу. Это положение распространяется и на электромагнитные явления. В частности, на процессы образования и распространения электромагнитных волн в пространстве (в том числе и света). Следовательно, в согласии с данным положением (логикой принципа), скорость света (как основная характеристика любого волнового явления) должна быть одной и той же во всех инерциальных системах отсчёта. Однако, это очевидное следствие принципа, автор СТО вынужден был выделить в отдельный постулат, названный им «принципом постоянства скорости света». Несомненно, что это было сделано под влиянием следующего неоспоримого астрономического факта.
Свет, распространяясь от далёких звёзд к нашей планете, проходит области космического пространства, которые являются общим пространством, как для него самого (света), так и для множества инерциальных систем отсчёта, находящихся в этом пространстве. Это обстоятельство является прямым основанием к утверждению, что движение объектов в пространстве будет происходить с соблюдением всех кинематических закономерностей относительного движения.Именно это обстоятельство, то есть общность пространства, как для материальных тел, так и для света (как самодостаточных объектов, характеристики которых не зависят от наличия в пространстве других объектов), а по сути, и объективность существования самого пространства, которые в своей общей совокупности, являются атрибутами относительного движения предметов реального мира, приводит к противоречию принципа относительности с фактами практической классической механики и астрономии (астрофизики).
Практика астрономических наблюдений и выводы из неё показывают, что свет, независимо от того, представляет ли он собой корпускулы Ньютона, фотоны Эйнштейна или электромагнитную волну, имеет различные скорости в системах отсчёта, находящихся в относительном движении. Этот факт подтверждается, например, результатами астрономических наблюдений, выполненными в системе отсчёта, связанной с горизонтом далёких звёзд. «Горизонт звёзд» представляет собой своеобразную абсолютную систему отсчёта, в которой совершается всё многообразие относительного движения тел бесконечной вселенной. На закономерностях относительного движения тел базируются исследования К. Рёмера, следившего за затмениями спутников Юпитера. Работы Дж. Брадлея, изучавшего явление аберрации света звёзд, имеют отношение к тем же кинематическим закономерностям относительного движения тел. Опыт Майкельсона, основанный на эффекте Саньяка, определивший вращение Земли вокруг своей оси, так же опирается на законы кинематики относительного движения. Как и многие другие астрономические и астрофизические явления.Напомним, что инерциальные системы отсчёта могут быть образованы часами и линейками координатных систем отсчёта, которые жёстко связаны с любыми материальными телами, движущимися по инерции в этом пространстве. При этом, скорость движения материальных тел, по отношению друг к другу, может быть самой различной, вплоть до скорости света. С математической точки зрения, алогизм между положениями принципа и наблюдательной астрономией состоит в том, что один и тот же физический объект – свет, который движется в том же самом физическом пространстве, что и координатные оси инерциальных систем отсчёта, которые движутся с разными скоростями по отношению друг к другу, тем не менее, по отношению к каждой из них (осей) имеет не различные скорости относительного движения, а одну и ту же. Это утверждение принципа предлагается принять как данность (постулат), не взирая на наблюдательные факты практической механики, которые отображены в кинематических соотношениях хорошо известных классических законов механики. Из закономерностей явствует,что скорость движения материального тела, по отношению к любым наблюдателям, движущимся относительно друг друга, всегда имеет различные значения.
Указанное противоречие автор СТО назвал «кажущимся». Но «кажущимся» теперь только по отношению к принципу постоянства скорости света, который как бы заменил собой астрономические и астрофизические наблюдения (факты).Замена одного противоречия другим было сделано с одной единственной целью, а именно: математически доказать их совместность (непротиворечивость) в рамках единой теории. Именно математически, поскольку необходимо было найти такое теоретическое объяснение очевидной несуразице, которое позволяло бы рассматривать факты практической астрономии с позиции реальности существования принципа относительности.
И объяснение было найдено. Разрешение возникшего противоречия принципа относительности с предшествующим физическим знанием автор СТО, в рамках своей теории, связывает с положением об «относительности одновременных событий», которое основано на методике синхронизации часов, расположенных в инерциальных системах отсчёта. Доказательство непротиворечивости указанных выше двух принципов, полученное с позиции «относительности одновременных событий», как бы объединяет их в единое целое, а, по своей сути, математически подтверждает мысль, что принцип постоянства скорости света есть прямое следствие принципа относительности.Но не это обстоятельство было главной целью в доказательстве их совместности. Самым важным здесь было то, что факты практической астрономии теперь можно было толковать по-иному, приписывая отрицательное гносеологическое (эпистемологическое) значение понятиям «очевидность наблюдения» и «здравый смысл», которые вытекали (следовали) с позиции наглядного представления физического механизма рассматриваемого природного явления. Наглядность представления механизма природного явления теперь становилась несопоставимой с безусловной истинностью математического феноменализма, не требующего физического объяснения получения своих выводов (теорем). Появился лозунг: «Природа, как таковая, не обязана быть нам понятна».
Более того, чтобы запретить критику СТО, адепты теории в среде широкой научной общественности стали культивировать мысль, что понимание сути релятивизма доступно не всем, а только учёным с не зашоренными взглядами на новые научные идеи, которые достаточно далеки от «здравого смысла» архаического физического знания «старой классической механики». В связи с чем на критику СТО решался далеко не каждый учёный, поскольку всем хотелось показать себя смышлёным человеком, хорошо видевшим все нюансы «прекрасного платья новой науки».Доказательство наличия эффекта «относительности одновременных событий» для различных инерциальных систем отсчёта автором СТО даётся согласно методике синхронизации часов, предложенной Пуанкаре. Методика основывается на предположении, что в инерциальных системах отсчёта скорость света, в любом направлении распространения, всегда одна и та же, то есть пространство в них изотропно. (А. Пуанкаре. Измерение времени. “Revue de Metaphysiqueet de Morale”, 1898, t. 6, p. 1…13. Пер. с франц. В сб. «Принцип относительности» под ред. А.А. Тяпкина, Атомиздат, 1973).
Синхронизация часов, расположенных в каждой из инерциальных систем отсчёта, должна удовлетворять именно этому требованию, положению изотропности скорости света. Например, для часов, расположенных на концах стержня (как это рассматривается в СТО), скорость света всегда должна быть одной и той же, как при его распространении вдоль стержня в прямом (от первых часов ко вторым), так ив обратном направлениях (от вторых часов к первым).Напомним, синхронизация часов производится при строго параллельной ориентации продольной оси стержня вектору скорости движения «движущейся» инерциальной системы отсчёта, движение которой происходит относительно «покоящейся» системы отсчёта. Часы считаются синхронизированными, если время движения света в прямом направлении (например, от первых часов ко вторым, т.е. от начала стержня к его концу), равно времени движения света в обратном направлении (от вторых часов к первым, т.е. от конца стержня к его началу). В своё время Пуанкаре (как и Максвелл) считал, что в эксперименте проверить это утверждение нельзя, в виду очень большой величины скорости света.
Согласно принципа относительности, все часы, как «движущейся» системы отсчёта, так и «покоящейся», которые синхронизированы по методике Пуанкаре, в этих системах отсчёта (и только в них) считаются идущими синхронно. Данное положение принимается априори и оно полагается бесспорно истинным для любой иной инерциальной системы отсчёта.Тогда как при наблюдении из «покоящейся» системы отсчёта, за уже синхронизированными часами «движущейся» системы отсчёта, выясняется, что эти часы идут несинхронно (асинхронно), то есть они показывают разное время начала одного и того же события (показания одних часов не соответствуют показаниям других часов). Это обстоятельство (математический факт) в СТО получил название «относительность одновременных событий».
Этот «эффект» асинхронного хода часов, который хорошо «видим» из другой системы отсчёта, можно легко понять в СТО, если базироваться на положении о независимости скорости распространения света от скорости источника и приёмника световых волн и постоянстве её величины в любой инерциальной системе отсчёта. И более того, при этом можно точно вычислить (математически рассчитать) величину разности в показаниях часов (несовпадение положений стрелок часов на их циферблатах). Для этого необходимо учесть лишь только то, что, в «покоящейся» системе отсчёта, стержень вместе с часами, находится в движении (как объекты, принадлежащие «движущейся» системе отсчёта). А скорость волнового процесса (скорость света) не зависит от скорости движения источника и приёмника света.При конкретном рассмотрении процесса синхронизации движущихся часов заметим, что свет, испущенный у «первых» часов (расположенных в начале стержня), догоняет «вторые» часы (расположенные в конце стержня), то есть при подсчёте скорости света относительно стержня, из скорости света вычитается скорость движения стержня (часов). А в другом случае, свет, отражённый у «вторых» часов стержня, движется навстречу«первым» часам, то есть при подсчёте скорости света относительно стержня к скорости света приплюсовывается скорость движения стержня (часов). Иными словами, при наблюдении из «покоящейся» системы отсчёта за процессом распространения света вдоль стержня выясняется, что относительно стержня скорость света разная, при его распространении в прямом и обратном направлениях. В этом факте и заключается вся суть положения об относительности одновременных событий.
При вычислении величины «эффекта асинхронного хода часов» оказывается, что показания часов на стержне, со стороны которых посылался синхронизирующий световой импульс, будут опережать показания часов на другом конце стержня или отставать от них, в зависимости от ориентации стержня в момент их синхронизации, относительно вектора скорости «подвижной» системы отсчёта. Но в любом случае, разность в показаниях часов (асинхронный ход) будет такой, что скорость света, вычисленная для обоих случаев, как величина от деления длины стержня на измеренный промежуток времени (то есть при его распространении вдоль стержня в прямом и обратном направлениях), будет иметь одно и то же значение.Отметим, что равенство скоростей света определяется не непосредственно, а по равенству промежутков времени, которые затрачивает свет при движении между часами в прямом и обратном направлении. Поскольку относительные скорости движения света между часами в прямом и обратном направлении имеют различное значение, то равенство промежутков времени обеспечивается только асинхронным ходом часов, помещённых на концах стержня, то есть несовпадением мест расположения стрелок часов на их циферблатах.
При этом особо отметим, что отношение измеренных промежутков времени распространения света между часами, размещённых в любой из систем отсчёта (отношение промежутка времени распространения света в прямом направлении к промежутку времени распространения света в обратном направлении), является инвариантом для всех других систем отсчёта. Это обстоятельство следует из факта, что отношение любых однотипных физических величин само по себе есть безразмерная величина, то есть является просто числом. Напомним, что в СТО, для инерциальных систем отсчёта, это число, то есть отношение промежутков времени распространения света между пунктами в прямом и обратном направлении, берётся (постулируется) равным единице и символизирует собой постулат постоянства скорости света (или изотропность пространства системы отсчёта).Как следует из вышеизложенного, постулат постоянства скорости света физически обеспечивается только описанным способом синхронизации часов, который реализуется с помощью светового сигнала. Естественно, если синхронизацию часов можно произвести с помощью сигнала другой физической природы (например, с помощью звука, распространяющегося вдоль стержня), то, в этом случае, постулат постоянства скорости света будет не соблюдаться, конечно же в пределах точности хода используемых часов.
Однако, если стержень, с уже синхронизированными часами, развернуть так, чтобы часы поменялись местами (развернуть на 180 градусов), но не производить новой синхронизации часов (показания одних из часов будут, как и прежде, отставать от показаний других часов) и снова произвести замер скорости света в прямом и обратном направлениях, то измеренная (вычисленная) скорость света окажется различной, а их отношение уже не будет равно единице. Это связано с тем, что прежняя синхронизация часов уже не будет соответствовать их новому положению в «подвижной» системе отсчёта, зависящей от ориентации стержня относительно вектора скорости её движения, а поэтому измеренные промежутки времени будут разными. Это обстоятельство хорошо различается (понимается), а промежутки времени достаточно просто вычисляются, если за «движущимися» часами наблюдать из «покоящейся» системы отсчёта.Если же снова развернуть стержень на 180 градусов, то есть вернуть часы в прежнее положение, при котором производилась их синхронизация, то измеренная (вычисленная) скорость света в прямом и обратном направлении окажется вновь равной друг другу (измеренные промежутки времени будут равными).
Внутреннее противоречие принципа относительности заключается в несовпадении отношений измеренных промежутков времени при движении света в прямом и обратном направлении для разной ориентации стержня с закреплёнными на его концах часами. Именно внутреннее, потому что положение об «относительности одновременных событий» было призвано доказать наличие изотропности скорости света (а по сути – изотропности свойств пространства) для двух инерциальных систем отсчёта, находящихся в относительном движении. Тогда как в итоге оно явилось основанием для прямого доказательства анизотропии скорости света (анизотропии пространства) в «движущейся» системе отсчёта. Нарушение изотропности скорости света приводит к противоречию с принципом относительности, поскольку изотропность скорости света декларируется им во всех инерциальных системах отсчёта.Действительно, указанное несовпадение отношений промежутков времени, чётко следует из рассмотрения процесса наблюдения (вычисления)за ними во время разворотов стержня на 180 градусов. Слежение за движущимися часами производится из «покоящейся» системы отсчёта. Не вызывает сомнений, что это же самое несовпадение отношений промежутков времени будет непосредственно измеряться в «движущейся» системе отсчёта, поскольку отношение однотипных физических величин есть инвариант. Приведённое выше логическое противоречие есть нонсенс теории относительности и относится к тому же разряду её несуразностей, что и «парадокс близнецов». Описанный выше новый парадокс СТО, парадокс «относительности одновременных событий» в релятивистской физике установлен впервые.
Для конкретности доказательство наличия указанного внутреннего противоречия в СТО приведём в виде численного эксперимента, суть которого заключается в следующем. Берём две инерциальные системы отсчёта, которые находятся в относительном движении. Для определённости одну из них назовём «покоящейся», а другую «движущейся». Одноимённые координатные оси «покоящейся» и «движущейся» систем отсчёта строго параллельны. Перемещение «движущейся» системы отсчёта относительно «покоящейся» осуществляется с постоянной скоростью вдоль одной из её осей, например, оси ОХ. Изложенные выше условия проведения планируемого численного эксперимента указывают на то, что он находится в области применения принципа относительности и всех положений СТО. Все дальнейшие рассуждения будут так же по возможности приближены к построениям СТО (или даже скопированы) с целью предотвращения их выхода за пределы действия положений принципа относительности.Поскольку системы равноправны (основное положение принципа относительности), а скорость света в них имеет одно и то же значение и она изотропна (принцип постоянства скорости света), то наблюдатели этих систем вправе применить к своим часам методику синхронизации часов, предложенную автором СТО и изложенную им в § 1 стр. 9. [(Эйнштейн. А. Собрание научных трудов. М.1965. том 1. Стр. 9.)1].
Критерий синхронности хода двух часов, расположенных в одной системе отсчёта, например, часов А и В, состоит в следующем (цитируем часть текста из первого параграфа СТО): «Пусть в момент времени tа из А по «А-времени» луч света выходит из А в В, отражается в момент tb по «В-времени» от В к А и возвращается назад в А в момент ta' по «А-времени». Часы в А и В будут идти, согласно определению, синхронно, еслиИными словами, автор СТО утверждает, что синхронность хода часов (точное совпадение мест расположения стрелок часов на их циферблатах) определяется равенством промежутков времени распространения света в прямом и обратном направлениях. А равенство указанных промежутков времени означает, что скорость света в инерциальных системах отсчёта не зависит от направления его распространения, то есть она изотропна.tb – ta= ta'– tb». (1)
Заметим, что в СТО изотропность скорости света, в пространстве инерциальной системы отсчёта, означает изотропность самого пространства этой системы отсчёта. Это следует из принципа относительности. Иными словами, ответ на вопрос, а может ли быть пространство не изотропным по каким-либо другим параметрам, если её изотропность установлена с помощью измерения только скорости света, в СТО ответ всегда отрицательный.Описанная синхронизация часов производится для всех часов, расположенных только в своих системах отсчёта. При этом очевидно, что синхронно идущие часы одной системы отсчёта, при наблюдении за ними из другой системы отсчёта, будут считаться идущими не синхронно, поскольку будет изменяться время распространения света между ними (системы движутся друг относительно друга с различными скоростями). Приведём полностью доказательство этого положения, изложенное в работе Эйнштейна, поскольку его выводы понадобятся нам в дальнейшем.
«Представим себе, что к обоим концам стержня (А и В) прикреплены часы, которые синхронны с часами покоящейся системы, т.е. показания их соответствуют времени покоящейся системы в тех местах, в которых эти часы как раз находятся; следовательно, эти часы синхронны в покоящейся системе. Представим себе далее, что у каждых часов находится движущийся с ними наблюдатель и что эти наблюдатели применяют к обоим часам установленный в § 1 критерий синхронности хода двух часов. Пусть в момент времени ta (см. сноску: Здесь «время» означает «время покоящейся системы» и вместе с тем «положение стрелки движущихся часов, которые находятся в том месте, о котором идёт речь») из А выходит луч света, отражаясь в В в момент времени tb и возвращается назад в А в момент времени ta'. Принимая во внимание принцип постоянства скорости света, находимУказанное обстоятельство хорошо видно из рисунка 1. На рисунке 1 изображён стержень Эйнштейна, концы которого обозначены буквами А и В. В этих точках находятся часы. Положение стрелок на циферблатах часов отображают моменты времени, которые были описаны в тексте, расположенном выше. «Движущаяся» система отсчёта перемещается относительно «покоящейся» системы с постоянной скоростью V вдоль оси OX (показанной на рисунке вектором V). Вектором (c – n) изображено направление распространения света от часов А к часам В, а вектором (c + n) передано направление распространения света от часов В к часам А.tb –ta = rab /(c –n) (2) и Итак, наблюдатели, движущиеся вместе со стержнем, найдут, что часы в точках А и В не идут синхронно, в то время как наблюдатели, находящиеся в покоящейся системе, объявят эти часы синхронными. Итак, мы видим, что не следует придавать абсолютного значения понятию одновременности. Два события, одновременные при наблюдении из одной координатной системы, уже не воспринимаются как одновременные при рассмотрении из системы, движущейся относительно данной системы». [см. Эйнштейн. А. Собрание научных трудов. М.1965. том 1. Стр. 12 и 13 ].
ta'–tb = rab /(c +n) (3)
где rab– длина движущегося стержня, измеренная в покоящейся системе, с – скорость света, n– скорость движущейся системы отсчёта относительно покоящейся.
В согласии с методикой синхронизации, в момент времени ta , часов А, возле них производится вспышка света, которая, достигая месторасположения часов В, запускает их и отражается в сторону часов А. Отражённая вспышка света возвращается к часам А в момент времени ta по часам А. При этом полагается, что момент возвращения света к часам А будет соответствовать моменту времени tb часов В, который равен времени распространения света от В к часам А, то естьМоменту времени tb, часов В, в согласии с методикой синхронизации часов, ставится в соответствие показания часов А, равное ta1, вычисленное по формуле:tb = rab /(c +n) = rab (c – n)/(c2–n2) (4)
Примечание. Заметим, что конкретная разница асинхронного хода одних и тех же часов, возникает при смене места наблюдения за часами. Это может произойти в случае перехода наблюдателя в другую инерциальную систему отсчёта, находящуюся в движении по отношению к предыдущей (принцип относительности любого движения).При этом напомним, что в теоретической физике действует принцип относительности Птолемея-Коперника, который утверждает, что смена места наблюдения за явлением никак не сказывается (отражается) на процессе его протекания. То есть наблюдаемое явление будет иметь те же самые характеристики-инварианты, которые были выявлены у него с прежнего места наблюдения за ним. Однако, переход наблюдателя из «движущейся» системы отсчёта в «покоящуюся» приводит к обнаружению им не синхронного хода часов «движущейся» системы отсчёта. Асинхронизация часов как раз и вычисляется по формуле (7).
Представленный строгий математический вывод формулы (7), является прямым продолжением выкладок Эйнштейна по доказательству положения об «относительности одновременных событий», и, по сути, конечным результатом его вычислений. Он (как и доводы автора СТО) базируется только на принципе относительности и постоянстве скорости света во всех инерциальных системах отсчёта. При этом полагается (утверждается), что в системе отсчёта самих часов, эти же самые часы идут синхронно, то есть указанный «асинхронизм» явление относительное, зависящее только от выбора системы отсчёта. Таким образом, формула (7) есть прямое следствие СТО, которое базируется на её положение об «относительности одновременных событий».Из формулы (7) следует, что величина асинхронного хода часов зависит от величины скорости относительного движения систем отсчёта. При этом интервал скоростей движения систем отсчёта в СТО ничем не ограничен (вплоть до скорости света), как и количество самих систем отсчёта. И если за процедурой синхронизации часов «движущейся» системы отсчёта, одновременно наблюдать из разных движущихся инерциальных систем, то непонятно, в какое место на циферблате часов должны быть установлены их стрелки, поскольку все эти системы движутся с разными относительными скоростями, а стержень с часами для всех их один и тот же. Это обстоятельство (неопределённость, а по сути прямое нарушение логики положений СТО) является первой частью выявленного парадокса «относительности одновременных событий».
В связи с вышеизложенным (то есть наличия строго определённой величины несинхронного хода часов, возникающей вследствие смены места наблюдения за часами) возникает вопрос: явление «относительности одновременных событий» является кажущимся эффектом СТО, который связан только с выбором системы отсчёта и интерпретацией результата синхронизации, или величина несинхронного хода часов представляет из себя реальный природный факт, который может быть обнаружен в эксперименте?Вопрос возникает не случайно, поскольку: часы, вспышка света, пространство, стрелки часов и их установка в определённое положение на циферблате наблюдателями «движущейся» системы отсчёта – это реальные объекты и натуральные события. За ними одновременно могут наблюдать из различных инерциальных систем отсчёта, то есть они для всех этих систем одни и те же, других просто нет. А поскольку это так, то они могут быть включены в состав реальных объектов любой инерциальной системы отсчёта. Поэтому:
а) устанавливая стрелки часов в то или иное положение на их циферблате, делая это согласно выбранной (или разработанной) методике, мы вправе согласиться с тем, что методика синхронизации часов соответствует сущности природы и часы идут синхронно в системе отсчёта самих часов и не синхронно в любой другой инерционной системе отсчёта.Но тогда не ясно (чётко не определено в СТО), а для какой именно из систем отсчёта (а количество их неограниченно) установлен конкретный сдвиг стрелок часов?! Напомним, что конкретный сдвиг стрелок часов «движущейся» системы отсчёта зависит от величины относительной скорости её движения. При этом систем наблюдения много (интервал скоростей их движения огромен), а система отсчёта, где производится процедура синхронизации часов, для них всех одна и та же.
Конечно же, в системе отсчёта самих часов указанный интервал их асинхронизации для её наблюдателей «не виден», его можно «заметить» только из другой системы отсчёта. Но величины относительных скоростей систем отсчёта конкретны, как и конкретно положение стрелок часов на их циферблатах. А если это так, то конкретная разность установки стрелок часов на их циферблатах может соответствовать только одной скорости движения системы. А эта конкретность есть прямой антагонист принципа относительности. Вот и возникла в СТО эта нелепость. В основании которой лежит сам принцип относительности!в) или можно не соглашаться с этим положением и полагать, что природа устроена иначе. Но тогда как именно она устроена? При этом полагается, что истинность соглашения (её соответствие природным реалиям) о синхронизации часов проверить нельзя ни теоретически (обнаруживается только в мысленных экспериментах), а, тем более, экспериментально, поскольку у нас нет часов, показывающих абсолютное время. Эти утверждения касаются только наблюдателей системы отсчёта, где происходит синхронизация часов.
Это с одной стороны, а с другой стороны, хорошо известно, что отношение однотипных физических величин есть инвариант, то есть безразмерная величина (просто число). И это число в любой инерциальной системе отсчёта (согласно положений СТО) должно иметь одно и то же значение в силу изотропности скорости света (пространства). Однако, в мысленных экспериментах, отношение интервалов времени движения света в прямом и обратном направлении, измеренных одними и теми же часами в «покоящейся» системе отсчёта и наблюдаемой из всевозможных «движущихся» системах отсчёта, есть разные числа в силу разных величин скоростей их движения (см. формулу 7) и этот факт является нонсенсом СТО (см. так же формулы 2 и 3).Действительно, интервалы времени движения света между часами в прямом и обратном направлениях соответствуют положению стрелок часов на их циферблатах, а смена места наблюдения за часами не сможет сдвинуть стрелки этих часов, поскольку нет соответствующих силовых механизмов, которые неизвестны ни теоретически, ни практически (физически). Напомним, что в рамках СТО для всевозможных инерциальных систем отсчёта это отношение имеет различные значения. При этом информацию, как о положении стрелок часов на их циферблатах, так и числа, характеризующие отношение измеренных промежутках времени, (см. формулы 2,3 и 7) можно передать по каналам радиосвязи. То есть с релятивистских позиций не представляется возможным «урегулировать» этот вопрос, например, выведя его за область применимости положений СТО или с помощью преобразований Лоренца (как это обычно делается в релятивизме)
На этом основании (а, по сути, на положении о безусловной истинности принципа относительности) полагалось, что и утверждение об асинхронном ходе часов в системе отсчёта самих часов, проверить (обнаружить) нельзя. Однако, на основании вскрывшихся обстоятельств, это положение можно так же оспорить, то есть положение об «относительности одновременных событий» можно проверить в реальном эксперименте. И сделать это необходимо уже только потому, что такого подхода к проверке принципа относительности (а, следовательно, СТО) ранее ещё никто не предлагал.Вначале укажем на эту возможность теоретически. Эта возможность так же следует из положения СТО об «относительности одновременных событий», то есть оно само вступает в противоречие с принципом относительности, являясь как бы основанием его отрицания. Именно в этом факте и заключена вторая часть парадокса «относительности одновременных событий». Докажем это.
Для вычисления времени движения света в прямом и обратном направлении (от часов А к часам В и назад, от часов В к часам А) проводим численный эксперимент, суть которого заключается в следующем.Оба наблюдателя, находящиеся у уже синхронизированных часов «движущейся» системы отсчёта, в одно и то же время (например, в 10 часов утра), по своим часам, производят вспышки света. Этот момент является для них началом отсчёта времени. А затем фиксируют момент прихода света от вспышки, произведённой у противоположных часов. Промежуток времени прошедший между 10 часами утра и моментом прихода света от вспышки, произведённой у противоположных часов, является измеряемым промежутком времени для часов А и В. Для часов В он является временем движения света в прямом направлении (по ходу движения «движущейся» системы), а для часов А – временем движения света в обратном направлении (против хода движения «движущейся» системы). Затем эти промежутки времени сравнивают между собой по длительности (берётся их отношение). Процедуру сравнения можно проделать следующим образом. Для этого, например, наблюдатель, который располагается возле часов В, по каналу радиосвязи, передаст данные об измеренном им интервале времени, наблюдателю часов А.
После этой процедуры, стержень с закреплёнными на его концах часами А и В разворачивают так, чтобы часы А и В поменялись местами (стержень поворачивают на 180 градусов). И вновь, например, в 11 часов утра, производят аналогичные вспышки света и фиксируют момент прихода света от вспышки, произведённой у противоположных часов. Затем эти промежутки времени сравнивают между собой по длительности (берётся их отношение).Величины отношений интервалов времени от замеров, произведённых в 10 и 11 часов и измеренных каждым наблюдателем по своим часам, сравнивают друг с другом. В согласии с принципом относительности (то есть положениям СТО) эти отношения, в системе отсчёта самих часов, должны быть равны друг другу и равны единице. А в реальности (при практических измерениях) эти отношения могут быть и разными. И этому утверждению есть веские основания.
Действительно, интервалы времени между описанными выше событиями, происходящими в «движущейся» системе, могут быть вычислены при наблюдении за ними из «покоящейся» системы отсчёта. Напомним, что, в согласии с методикой автора СТО, часы «движущейся» системы показывают время той точки «покоящейся» системы, в которой они находятся в данный момент времени. В связи с чем учитывается, что часы в «движущейся» системе идут не синхронно (смотри формулу 7) и скорость света в ней, в прямом и обратном направлениях, будет различна (смотри формулы 2 и 3).Вычислим интервал времени, измеренный часами А, для эксперимента проведённого в 10 часов утра. Указанное обстоятельство иллюстрируется рисунком 2.
«Движущаяся» система отсчёта перемещается относительно «покоящейся» системы с постоянной скоростью V вдоль оси OX (показанной на рисунке вектором V). Вектором (c – n) изображено направление распространения света от часов А к часам В, а вектором (c + n) передано направление распространения света от часов В к часам А.Поскольку часы В отстают на величину D, относительно часов А, то вспышка света по часам А была произведена не в tа10 = 10 часов утра, а с опозданием на величину D (см. формулу 7), в ta1.
В качестве вывода из сделанного сравнения укажем на то, что интервалы времени (а, следовательно, вычисленные скорости света) будут одинаковы в обои системах отсчёта. То есть их отношение, равное единице, представляет собой инвариант в «покоящейся» системе отсчёта (то есть там, где он был получен). А, следовательно, это отношение равно единице так же будет получено и в «движущейся» системе отсчёта (здесь он постулировался). Данное обстоятельство означает, что скорость движения света в прямом и обратном направлении в «движущейся» системе будет полагаться одной и той же.После первой части эксперимента, стержень, с закреплёнными на его концах часами А и В, разворачивают так, чтобы часы А и В поменялись местами (стержень поворачивают на 180 градусов). И вновь, например, в 11 часов утра, в месте расположения каждых часов производят аналогичные вспышки света и фиксируют момент прихода света от вспышки, произведённой у противоположных часов. Величины замеров интервалов времени, измеренных каждым наблюдателем по своим часам, между 11 часами и временем регистрации вспышки света, произведённой у противоположных часов, сравнивают друг с другом.
При расчётах учитывается, что часы в «движущейся» системе идут не синхронно. Напомним, что, согласно условиям опыта, полагается, чтобы часы «движущейся» системы отсчёта шли синхронно с часами «покоящейся» системы, а вычисления велись в «покоящейся» системе, то есть эти условия эксперимента остаются такими же, как и в первой части опыта. При этом полагается, что процесс разворота стержня не повлиял на прежнюю синхронизацию часов А и В и часы В по-прежнему отстают от показаний часов А, на величину D, как это следует из формулы (7). И скорость света в «движущейся» системе отсчёта, в прямом и обратном направлениях, как и в первой части опыта, будет так же различна (смотри формулы 2 и 3).Вычислим интервал времени, измеренный часами В, для эксперимента проведённого в 11 часов утра. Указанное обстоятельство иллюстрируется рисунком 3.
«Движущаяся» система отсчёта перемещается относительно «покоящейся» системы с постоянной скоростью V вдоль оси OX (показанной на рисунке вектором V). Вектором (c – n) изображено направление распространения света от часов А к часам В, а вектором (c + n) передано направление распространения света от часов В к часам А.Поскольку часы В отстают на величину D, относительно часов А, то вспышка света, произведённая у часов А, была произведена не в 11 часов утра, по часам В, а раньше, на интервал времени равный величине D (см. формулу 7). Обозначим момент вспышки света через tb1, по часам В.
Не имеет смысла доказывать, что разворот стержня ещё один раз на 180 градусов, возвратит часы А и В в их исходное положение, при котором производилась их синхронизация. Выполнение этого действия сделает интервалы времени, распространения света в прямом и обратном направлениях, одинаковыми.Таким образом, расчёты выявили зависимость величины промежутков времени распространения света между одними и теми же пунктами от ориентировки прямой, соединяющей эти пункты, относительно вектора скорости «движущейся» системы отсчёта при условии сохранения первоначальной синхронизации часов. А это нонсенс принципа относительности, поскольку именно на его основании было выявлено данное противоречие.
Указанное следствие мысленного числового эксперимента возможно проверить экспериментальным путём, что позволяет уже перед самой природой поставить вопрос о соответствии принципа относительности природным реалиям (свойствам природы).Действительно, если разворот часов на 180 градусов не повлияет на величину промежутков времени распространения света между ними в прямом и обратном направлениях, то принцип относительности представляет собой один из важнейших законов природы. При этом будет верна и теория относительности Эйнштейна (не может же разворот одного измерительного прибора повлиять на изотропные свойства пространства любой инерциальной системы отсчёта).
Но если такое не произойдёт, а это следует из приведённых выше расчётов, то принцип относительности, на котором базируется специальная теория относительности Эйнштейна, не соответствует реалиям природы. При этом СТО получит статус математического упражнения, связанного с выявлением особенностей систем преобразования независимых переменных, находящихся в уравнениях математической физики, при их переводе из одной системы отсчёта в другую, при условии сохранения формы их записи (ковариантности).Описанный выше возможный (мысленный) эксперимент принципиально отличается от известных ранее опосредованных экспериментов по проверке оснований СТО. Действительно, предшествующие опыты заключались в проверке выводов (теорем) СТО, например, установление функциональной зависимости массы, времени, длины и т.п. от скорости движения материальных объектов. Тогда как описываемый выше напрямую связан с проверкой логики построения самой теории.
Проверка реальности существования в природе положения об «относительности одновременных событий», которое, как известно, в своей основе так же базируется на принципе относительности Галилея-Эйнштейна, но это проверка СТО уже совершенно иного качества. Это ничто иное, как проверка внутренней логики физической теории, то есть проверка соответствия используемой математики, описывающей механизмы физических явлений, самим природным реалиям.Установленный факт основан на предположении, что вращение стержня, приводящее к смене положений часов (это положение можно перенести и на сами системы отсчёта), не сказывается на величине их синхронизации и не изменяет темп их хода, что возможно соблюсти при условии малых значений величины центробежного ускорения. При этом необходимо отметить, что возможное ужесточение требований к условиям опыта (а обобщение на инерциальную систему в целом, которое вращение системы делает её как бы «внутренне» не инерционной), то есть исключение каких-либо ускорений вообще, как основы разрешения данной проблемы в рамках СТО (а такие действия релятивистов вполне могут предполагаться), может поставить под сомнение состоятельность (безупречность) всех известных опытов по определению скорости движения нашей планеты («эфирного ветра»). Например, опыта Майкельсона, Морли, Сидерхольма и многих других, которые, как известно, до сего времени служили в качестве экспериментального монолита, положенного в основание СТО.
Действительно, в соответствии с методикой проведения эксперимента Майкельсона и аналогичных ему, в них производится разворот измерительного устройства (интерферометра), что указывает на возникновение центробежных ускорений, которые могут деформировать элементы конструкции интерферометра и приводить к возможным ошибкам измерения. Но вращение одного из приборов инерциальной системы отсчёта не может сказываться на всей системе в целом, на её инерционных свойствах, а, тем более, трактоваться как нарушение условий применимости положений СТО. На это обстоятельство (вращение измерительного прибора), как причину несоответствия методике экспериментов (которые были перечислены выше) условиям применимости положений СТО, никто, даже из самых ретивых антирелятивистов, никогда не ссылался. В связи с чем сами опыты ранее всегда трактовались и трактуются теперь как экспериментальное основание СТО.Разрешение внутреннего противоречия принципа относительности, связанного с синхронизацией часов, возможно только с помощью эксперимента, то есть при постановке вопроса перед самой природой. Заметим, что методика описанных выше опытов может быть реализована при измерении абсолютной скорости движения нашей планеты. А описанный эффект представляет собой научное обоснование для постановки принципиально новых экспериментов по обнаружению абсолютного движения Земли (см. формулу 24). Действительно, атомные часы, имеющие относительную точность хода 10-12, которая сохраняется в течении длительного времени, позволяют довольно просто осуществить подобные опыты.
В
оглавление