полная версия

Леонид Михайлович Мерцалов
Природа и свойства физического времени

Полная версия

Необходимо еще раз отметить, что все сказанное принципиально не выходит за пределы теории относительности, оставаясь в ее рамках и не затрагивая способов доказательства ее положений. Кроме того, рассматриваемые случаи также описываются в терминах этой теории и исключительно с помощью приемов, в ней применяемых.

Правильность сделанных выводов подтверждается тем, что с представленной точки зрения устраняются практически все так называемые парадоксы теории относительности, так как каждому из них можно найти вполне рациональное объяснение, что хорошо видно на примере наиболее часто рассматриваемого парадокса, известного как «парадокс близнецов». В реальности никакого парадоксального взаимного омоложения близнецов не происходит, оба они старятся одинаково, но информация о состоянии каждого, будучи передана как от подвижного близнеца к неподвижному, так и от неподвижного к подвижному, с помощью распространения электромагнитных волн искажается в одинаковой степени, поэтому каждый из них считает другого состарившимся в меньшей степени. И если после путешествия они встретятся, то не найдут никакой разницы в своих состояниях. О том же вполне определённо сказано у М.В.Корнеевой и В.А. Кулигина на sciteclibrary.ru/texsts/rus/stat/st1687.htm .

3. Физический смысл полученных уравнений для движущихся твердых тел и движущихся часов

Посмотрим теперь, используя уже доказанное объяснение о свойстве преобразований Лоренца, устраняются ли этим объяснением остальные парадоксальные и сенсационные результаты кинематики теории относительности.

Применяя далее выведенные им преобразования к конкретным случаям движения, Эйнштейн пытается делать выводы относительно изменяющихся параметров движущихся тел.

Он пишет:

«Рассмотрим твердый шар радиуса R, находящийся в покое относительно движущейся системы k, причем центр шара совпадает с началом координат системы k. Уравнение поверхности этого шара, движущегося относительно системы K со скоростью v, имеет вид:

Уравнение этой поверхности, выраженное через x, y, z, в момент времени будет:

Следовательно, твердое тело, которое в покоящемся состоянии имеет форму шара, в движущемся состоянии – при наблюдении из покоящейся системы – принимает форму эллипсоида вращения с полуосями

В то время как размеры шара (а, следовательно, и всякого другого твердого тела любой формы) по осям Y и Z от движения не изменяются, размеры по оси X сокращаются в отношении

и тем сильнее, чем больше v. При все движущиеся объекты, наблюдаемые из „покоящейся“ системы, сплющиваются и превращаются в плоские фигуры. Для скоростей, превышающих скорость света, наши рассуждения теряют смысл…». [5]

Из приведенных здесь подлинных рассуждений Эйнштейна отчетливо видно, что и в этом случае речь здесь идет вовсе не о реальных, физически существующих изменениях размеров материальных объектов, а исключительно о наблюдаемых из неподвижной системы изменениях. В коротком отрывке он дважды подчеркивает, что речь идет об изменениях «при наблюдении из покоящейся системы». В ином смысле приведенные выкладки понять невозможно, и считать, что движущиеся тела реально, физически сокращают свои размеры, есть сугубое искажение смысла самих рассуждений Эйнштейна. Т.е. всякий раз, когда он пишет: «…при наблюдении из покоящейся системы…», – речь идёт о передаче параметра с помощью распространения света или электромагнитных волн другого диапазона наблюдателю. Следовательно, физический смысл приведенных уравнений заключается в том, что если мы при наблюдении из покоящейся системы видим движущийся эллипсоид вращения и можем каким-либо образом зафиксировать (измерить) его параметры, то для нахождения истинной (физически реальной) формы этого эллипсоида нужно разделить наблюдаемые значения параметров, измеренные вдоль направления движения, на релятивистский радикал.

То есть при наблюдении движущихся тел видимая (кажущаяся) длина их действительно уменьшается, но это уменьшение ни в коем случае нельзя считать физически реальным и относить к самому движущемуся телу. Оно будет лишь наблюдаемым (фиктивным) и будет фиксироваться только у наблюдателя в неподвижной системе.

Рассмотрим теперь, как Эйнштейн описывает поведение движущихся часов:

«Представим себе далее, что часы, находясь в покое относительно покоящейся системы, показывают время t, а находясь в покое относительно движущейся системы, показывают время τ. Пусть они помещены в начале координат системы k. Как быстро идут эти часы при рассмотрении из покоящейся системы? Величины относящиеся к месту, в котором находятся эти часы, очевидно, связаны соотношениями:

и

Таким образом,

откуда следует, что показание часов (наблюдаемое из покоящейся системы) отстаёт в секунду на

И в этом случае из подлинных рассуждений Эйнштейна следует, что отставание часов суть «наблюдаемое из покоящейся системы». Это Эйнштейн специально отмечает в приведенном отрывке. Между тем процедура наблюдения движущихся часов у него не прописана. Но поскольку первоначальную синхронизацию их он предполагает проводить с помощью световых сигналов, а для вычислений употреблять преобразования Лоренца, то и наблюдение за их поведением он тоже должен осуществлять с помощью распространения света. Способ одновременного непосредственного наблюдения циферблата неподвижных и движущихся часов требует что не соответствует действительности, поэтому в реальности приходится выбирать всего лишь из двух возможностей: либо вести из неподвижной системы наблюдение циферблата движущихся часов с помощью оптических инструментов, либо передавать их показания с помощью электромагнитных волн другого диапазона. И в том и в другом случае из-за конечности скорости распространения света или электромагнитных волн другого диапазона пока сообщение достигнет наблюдателя, его неподвижные часы, с показаниями которых он будет сравнивать полученные показания движущихся часов, «уйдут» вперед и движущиеся часы действительно будут отставать на вычисленное Эйнштейном время. Однако из его рассуждений видно, и он специально об этом предупреждает, что это отставание лишь «наблюдаемое из покоящейся системы».

Продолжим анализ положений теории относительности.

Эйнштейн пишет:

«Если в точках A и B системы K помещены покоящиеся синхронно идущие часы, наблюдаемые в покоящейся системе, и если часы из точки A двигать по линии, соединяющей ее с B, в сторону последней со скоростью v, то по прибытии этих часов в B они уже не будут более идти синхронно с часами в B». [7]

Здесь в полном противоречии со здравым смыслом и всеми предыдущими собственными рассуждениями, Эйнштейн заявляет, что «ход» движущихся часов замедляется реально, физически.

То есть, постоянно отмечая во всех предыдущих разделах, что относительность одновременности, так же, как и сокращение длины движущегося стержня, суть «наблюдаемые из покоящейся системы», здесь совершенно произвольно, без малейшего обоснования, он утверждает, что замедление «хода» часов можно зафиксировать по прибытии.

Это заявление и есть та критическая точка в создании теории относительности, от которой ведут свое происхождение все ее «парадоксы» и недоразумения.

Скрытно используя доказанное в настоящей работе свойство преобразований Лоренца, Эйнштейн без всяких упоминаний о нем произвольным образом ввел в физическую науку изменение «хода» времени при равномерном движении.

Для полноты картины необходимо выяснить, имело ли здесь место неосознанное заблуждение, либо Эйнштейн допустил сознательное отступление от истины.

В начале «Сущности теории относительности», а именно в главе второй, он делает по поводу полученных результатов специальное заявление: «Из всего изложенного выше следует, что пространственные и временные данные имеют не фиктивное, а физически реальное значение». [8]

Откуда становится понятным, что отступление от истины, предпринятое им в статье «К электродинамике движущихся тел», сделано им вполне сознательно. Во-первых, если бы Эйнштейн сделал в статье логическую ошибку, то впоследствии он не отмечал бы специально различие между фиктивными и физически реальными значениями параметров. То есть если бы он логически смешал понятия «наблюдаемый» и «физически реальный», то и далее он продолжал бы в том же духе, и не было бы необходимости позже упоминать о фиктивности данных. Во-вторых, из этого заявления видна важность для него констатации физической реальности наблюдаемых издалека (кажущихся) явлений. Тем самым он дополнительно подтверждает сознательный переход на позицию признания реального изменения свойств пространства и времени, поскольку в этом случае теория относительности давала возможность сконструировать необычную, парадоксальную реальность. Кроме того, на вопрос, реально ли лоренцево сокращение или нет, Эйнштейн дал весьма уклончивый ответ, что также не свидетельствует в его пользу. Тем не менее, его объяснения, при всей их сомнительности, в официальной науке до сих пор принимались без критики. Но сейчас, когда найден истинный смысл изменения параметров движущихся физических тел, описанного в специальной теории относительности, появилась возможность прояснить, наконец, и содержание высказывания Эйнштейна по этому поводу: «Вопрос о том, реально лоренцево сокращение или нет, не имеет смысла. Сокращение не является реальным, поскольку оно не существует для наблюдателя, движущегося вместе с телом; однако оно реально, так как оно может быть принципиально доказано физическими средствами для наблюдателя, не движущегося вместе с телом». [9]

Из этого заявления можно вывести, что Эйнштейн прекрасно понимал суть объясняемого явления, т.е. признавал лоренцево сокращение фиктивным (кажущимся), наблюдаемым лишь отдаленным неподвижным наблюдателем, но ему во что бы то ни стало необходимо было наблюдаемую иллюзию объявить реально существующей; для этого в дальнейшем изложении своего взгляда он сознательно не учитывает, что наблюдатель, не движущийся вместе с телом, должен находиться на некотором расстоянии от наблюдаемого объекта и поэтому при наблюдении движения тела может использовать для такого наблюдения из физических средств исключительно лишь те, которые воспринимают параметры, переносимые светом либо электромагнитными волнами другого диапазона.

Если не учитывать этого обстоятельства и попытаться, например, с помощью объяснения Эйнштейна сделать заключение о том, какая система строения Солнечной системы – Коперника или Птолемея – правильна, то придется принять, что, безусловно, верна именно система Птолемея и что вопрос об истинности движения Солнца вокруг Земли тоже не имеет смысла, – для наблюдателя, движущегося вместе с Солнцем, его движение вокруг Земли не является реальным, «однако оно может быть доказано физическими средствами для наблюдателя», движущегося вместе с Землей.

Из всего сказанного понятно, что Эйнштейн осознавал ошибочность своего истолкования построений созданной им теории, но по причинам, известным только ему, продолжал придерживаться точки зрения, противоречащей реальности. Однако, оставаясь на ложной позиции, он продолжает далее неизбежно делать один ошибочный вывод за другим.

«Если в точке А находятся двое синхронно идущих часов и мы перемещаем одни из них по замкнутой кривой с постоянной скоростью до тех пор, пока они не вернутся в A (на что потребуется, скажем, t сек.), то эти часы по прибытии в A будут отставать по сравнению с часами, остававшимися неподвижными…». [10]

Поскольку отставание часов лишь кажущееся, то при сравнении показаний неподвижных часов с показаниями движущихся, совершивших путешествие по замкнутой кривой из A в A, наблюдатель не обнаружит никакого расхождения в пределах соответствия движения по этой траектории равномерному прямолинейному движению. Если такое расхождение на практике обнаруживается, то оно имеет причины, не связанные с равномерным прямолинейным движением.

И далее: «Отсюда можно заключить, что часы с балансиром, находящимся на земном экваторе, должны идти несколько медленнее, чем точно такие же часы, помещенные на полюсе, но в остальном поставленные в одинаковые условия». [11]

Период колебания балансира, как известно, определяется свойствами самого балансира и свойствами приводящей его в равновесие пружины, т. е. чисто механическими параметрами. Поскольку эти параметры, как уже выяснено, не меняются при равномерном прямолинейном движении, никакого изменения скорости хода балансирных часов от помещения их на полюс или на экватор в пределах соответствия движения точки на поверхности Земли равномерному прямолинейному движению не обнаружится. Маятниковые же часы в этих условиях действительно должны изменять скорость хода, но эти изменения не имеют никакого отношения к теории относительности.

4. Теорема сложения скоростей

Так как противоречие в рассуждениях Эйнштейна, породившее парадоксы его теории, найдено, необходимо также выяснить физический смысл еще одного важного следствия из положений теории относительности, а именно теоремы о сложении скоростей. По Эйнштейну:

«Если w тоже имеет направление оси X (оси Ξ), то формула для U принимает следующий вид:

Из этого уравнения следует, что результирующая скорость, получающаяся при сложении двух скоростей, которые меньше V, всегда меньше V». [12]

И далее: «…скорость света V от сложения со скоростью, которая меньше скорости света, не может быть изменена. Для этого случая получается:

Парадоксальное заключение теории относительности о том, что при сложении любых скоростей скорость света не может быть превзойдена, соответствует выявленному содержанию теории и объясняется весьма просто. Скорость света – это в нашем случае скорость передачи сигнала. Поскольку передача параметров движущихся тел в теории относительности производится исключительно с помощью распространения света, то вполне естественно, что отдаленный наблюдатель в неподвижной системе не может непосредственно наблюдать движения тел со скоростями, превышающими скорость распространения сигнала, переносящего информацию об этих движениях, в той среде, в которой этот сигнал распространяется.

То есть сигнал, переносящий параметры движения тел, не может превзойти скорость света в среде потому, что сам является светом либо электромагнитным излучением другого диапазона.

Для вакуума предел скорости движения тел, при котором мы можем это движение наблюдать, – это скорость света в нем, в прозрачной среде – скорость света в среде. При приближении скорости тела к скорости распространения сигнала (скорости света) для наблюдателя оно, как замечает Эйнштейн, будет представляться все более сплющенным, потом превратившимся в плоскую фигуру, а при равенстве скоростей вообще выпадет из поля зрения.

Движения, имеющие скорости, превышающие скорость света в среде распространения сигнала, существующие в природе, при наблюдении за ними могут регистрироваться лишь по косвенным признакам, не связанным с распространением света. То есть скорость света не является предельной скоростью движения тел, существующей в природе, она является лишь их предельной наблюдаемой скоростью. Скоростью, до которой эти движения ещё можно наблюдать.

5. Общие замечания о преобразованиях Лоренца и их теории инвариантов

Из «Сущности теории относительности»: «Вся теория инвариантов специальной теории относительности связана с инвариантом S²». [14]

Поскольку здесь после короткого обзора свойств пространства и времени Эйнштейн переходит на язык тензорного исчисления и не возвращается более к своим первичным построениям, анализ теории относительности в этом случае является сложным и бесперспективным делом. А если учесть, что произвольные построения делаются в самом начале теории и весь дальнейший математический аппарат выстраивается именно на них, то для определения правомерности конструирования пространства-времени необходимо вернуться к началу изложения теории относительности и выяснить свойства интервала Минковского – Эйнштейна, поскольку Эйнштейн настаивает на важности их для всех дальнейших выводов из своей теории.

Из «Сущности теории относительности»:

где

Здесь, во-первых, при выводе выражения для этого интервала Эйнштейн вполне мог бы взять для преобразований обратный порядок членов уравнения:

а именно:

отчего суть доказательства не изменилась бы. Но тогда ему трудно было бы объяснить появление мнимой единицы перед членом и фиктивность выстроенного интервала Минковского – Эйнштейна стала бы очевидной.

Если принять ось собственного времени как то впечатление от теории будет солидным и основательным, а если попытаться приписать вполне действительному члену уравнения мнимое значение, то искусственный характер такой операции, а, стало быть, и всего интервала Минковского – Эйнштейна, выявится с предельной отчетливостью. Вследствие этого Эйнштейн был вынужден использовать противоположный порядок членов уравнения.

Во-вторых, из равенства нулю уравнения

которое использует Эйнштейн для формирования интервала, следует, конечно, но из произвольного предположения, что квадрат отличен от нуля, вовсе не следует, что выражение

тоже может быть отлично от нуля, поскольку в исходном уравнении

правая и левая его части имеют строго одну и ту же величину, а при заданной величине

То есть уравнение, использованное Эйнштейном, тождественно равно нулю в любом случае, а, стало быть, сконструированный на его основе интервал также тождественно равен нулю и также в любом случае:

Привлечение инвариантности по отношению к преобразованиям Лоренца для объяснения реальной значимости тождественно равного нулю выражения есть математическая спекуляция, совершенная Эйнштейном ради конструирования необычной, сенсационной реальности (с деталями этой спекуляции можно познакомиться у Л.Г. Крейдика на сайте www.matdial.narod.ru/j1/F1_18/f1_18.htm).

Многочисленные необычные свойства сконструированной на основании этой спекуляции псевдоевклидовой геометрии пространства-времени появились из-за пренебрежения физическим смыслом происходящих в реальности явлений и из-за неверного истолкования принадлежности членов математического выражения для пространственно-временного интервала.

Сначала путем псевдологических математических ухищрений Эйнштейн выводит выражение, не имеющее никакого отношения к реальному эксперименту, который можно было бы провести, а затем, анализируя само это искусственное выражение, приходит к ложному выводу, что пространство и время есть физически зависимые друг от друга сущности.

Ранее было отмечено, что S^' – расстояние, проходимое светом второй вспышки по часам подвижной системы. У него есть существенное отличие от расстояния, проходимого светом первой вспышки. Это отличие заключается в пути, проходимом самой подвижной системой за время, пока сигнал от первой вспышки достигнет наблюдателя. Оно равно

То есть, пока сигнал от первой вспышки распространится до наблюдателя, сама подвижная система сместится при этом на такое расстояние. Вычитая из расстояния, пройденного первым сигналом, расстояние, пройденное подвижной системой, мы сами строим интервал так, чтобы он был инвариантен преобразованиям Лоренца. Между тем этот интервал, хотя и является динамическим параметром, представляет собой в каждый момент времени просто разность физически разнородных, несовпадающих расстояний. Одно расстояние характеризует распространение электромагнитной волны, второе принадлежит движению физического тела. Интервал искусственно строится таким образом, чтобы обеспечить инвариантность интервала по отношению к преобразованиям Лоренца.

Отсюда видно, что конструирование на его основе псевдоевклидова пространства-времени является лишь математическим приемом, рационализирующим произвольно сконструированные вычисления, но не имеющим реального физического аналога. Интервал физически является вычисляемым по результатам двух разнородных измерений, выполненных в реальном трехмерном пространстве. Таким образом, физическое пространство в специальной теории относительности при движении тела остается трехмерным, евклидовым, не претерпевающим никаких изменений, а конструкция пространства-времени Минковского – Эйнштейна вводится лишь для рационализации математических преобразований и не несет в себе того физического смысла, который вкладывает в него Эйнштейн. То есть в данном случае не реальная физическая картина служит исходным пунктом для описания ее в виде пространства-времени, а, напротив, компактная математическая абстракция без должной критики принимается за реальную физическую картину.

Итак, из всего до сих пор сказанного следует, что, принципиально не выходя за рамки положений теории относительности, не меняя ее логики, оставляя неизменными ее построения и начальные условия (постулаты), по поводу ее свойств можно сделать следующие адекватные ей и соответствующие ее содержанию, но неожиданные заключения:

1. Истинный физический смысл теории относительности заключается в том, что она описывает передачу информации о процессах, а не описывает процессы сами по себе. А преобразования Лоренца описывают лишь кажущиеся изменения параметров, возникающие вследствие переноса их значений из движущейся системы отсчета в неподвижную с помощью распространения света. При этом свет, переносящий информацию о наблюдаемых явлениях, испускается движущимся объектом или отражается от него.

То есть теория относительности есть теория, описывающая радиооптические иллюзии, возникающие при движении материальных тел, наблюдаемых неподвижным наблюдателем.

2. Из положений теории относительности не следует, что время в движущейся системе физически замедляется. Время (продолжительность одинаковых процессов) в подвижной и неподвижной системах остается одним и тем же, но при передаче временных параметров отдаленному наблюдателю с помощью распространения света или электромагнитных волн другого диапазона длительности временных промежутков искажаются из-за собственного движения системы, что и регистрируется им (наблюдателем) как относительность одновременности.

3. Из положений теории относительности не следует, что длина физических тел при движении реально сокращается. Кажущееся их сокращение также регистрируется лишь у отдаленного наблюдателя.

4. Из положений теории относительности не следует, что в природе физически существует предельная скорость движения тел, но из неё следует, что наблюдать эти движения можно только до тех пор, пока скорость движения тела не превысит скорость света.

5. Пространство-время Минковского – Эйнштейна есть лишь абстрактная математическая конструкция и не существует как физическая реальность.

6. Для устранения парадоксов теории относительности нет необходимости менять ее начальные условия и последующие построения, достаточно изменить точку зрения на ее свойства, признав все изменения параметров, описываемые в ней, регистрируемыми (кажущимися), обнаруживаемыми лишь наблюдателем или приборами, регистрирующими свет, испускаемый движущимся объектом или отражающийся от него. При этом соответственно, отпадает необходимость в дополнительном определении истинности или ложности положений теории и постулатов, принятых за основу, исчезает парадоксальность теории, а определение свойств распространения света становится частной задачей физического эксперимента.

7. Для отыскания истинных закономерностей многочисленных явлений, объясняемых в настоящее время с помощью теории относительности, необходимо устранить искажения их, вносимые распространением электромагнитных волн при регистрации этих явлений, что потребует их пересмотра либо переосмысления.