Сергей Александрович Гурин
Как А. Эйнштейн электрон разгонял
На тему справедливости Специальной Теории Относительности (СТО) А. Эйнштейна споры так или иначе разгораются снова и снова. Что само по себе не позволяет окончательно закрыть данный вопрос. Не может теория, полностью соответствующая реальности бытия, постоянно подвергаться сомнениям. Даже если научное сообщество уже и приняло ее существование как данность и признало ее в качестве фундаментальной основы мироздания.
В любом спорном вопросе для установления истины, необходимо обратиться к первоисточнику разногласий. Общепринятым первоисточником СТО считается опубликованная в 1905 году статья А. Эйнштейна «ОБ ЭЛЕКТРОДИНАМИКЕ ДВИЖУЩИХСЯ ТЕЛ».
Ниже излагаю результаты разбора этой статьи. Выдержки из статьи будут обозначены следующим образом: <***** цитата *****>.
Начинается статья с обозначения проблем, которые до этого якобы были совершенно неразрешимы.
<*****
Известно, что электродинамика Максвелла – в ее обычном понимании в настоящее время – применительно к движущимся телам приводит к асимметриям, которые, по-видимому, не присущи этим явлениям. Возьмем, к примеру, взаимное электродинамическое действие магнита и проводника.
Наблюдаемое здесь явление зависит только от относительного движения проводника и магнита, тогда как общепринятый взгляд проводит резкое различие между двумя случаями, когда движется либо то, либо другое из этих тел. Ибо если магнит находится в движении, а проводник покоится, то вблизи магнита возникает электрическое поле с некоторой определенной энергией, производящее ток в местах расположения частей проводника. Но если магнит неподвижен, а проводник движется, вблизи магнита не возникает электрического поля. Однако в проводнике мы обнаруживаем электродвижущую силу, которой самой по себе нет соответствующей энергии, но которая порождает – при условии равенства относительного движения в двух обсуждаемых случаях – электрические токи того же пути и интенсивности, что и те, которые возникают в первом случае электрическими силами.
*****>
С самого начала А. Эйнштейн обращает внимание на, пожалуй, самую главную проблему в описании реальности. Однако он неверно трактует как ее саму, так и ее следствия. Не буду интриговать – проблема заключается в отождествлении систем отсчета, используемых для описание реального пространства и происходящих в нем процессов с самим реальным пространством. Именно это приводит к появлению всех «парадоксов», в том числе и обозначенной А. Эйнштейном асимметрии в существовании и несуществовании энергии, создающей электродвижущую силу. Только Наблюдатели из вселенной систем отсчета могут рассуждать о разных причинах возникновения электрического тока в проводнике в рассмотренных А. Эйнштейном ситуациях. Однако, это следствие виртуализации реальности не только не было устранено А. Эйнштейн в его теории, именно на этом он ее и построил!
На самом деле, нет и не может быть никакой асимметрии в упомянутом примере взаимодействий магнита и проводника. В обоих случаях причина возникновения тока в проводнике одна и та же, а именно, воздействие магнита на свободные заряды в проводнике. Магнит будет действовать на свободные электрические заряды в проводнике одинаково, что при своем движении мимо проводника, что при движении проводника мимо магнита. Двигающийся магнит воздействует на заряды точно с такой же силой, с какой он, неподвижный, препятствует их перемещению вместе с проводником при одинаковых параметрах движений, что и приводит к их перемещению в проводнике. А так как перемещение зарядов в проводнике вызвано одной и той же силой, то и ток одинаков.
Самое же примечательное в приведенном А. Эйнштейном примере, что при рассмотрении данного примера почему-то совершенно не упоминаются и не учитываются силы, создающие и поддерживающие это относительное движение магнита и проводника. А ведь часть энергии, затрачиваемой на создание и поддержание относительного движения магнита и проводника и есть та энергия, по-видимому несуществующая в математической вселенной А. Эйнштейна и его систем отсчета, которая и
<*****
порождает – при условии равенства относительного движения в двух обсуждаемых случаях – электрические токи того же пути и интенсивности
*****>.
Вот вам простой, правда немного грубоватый и применимый только в условиях действия гравитации, пример для демонстрации несуществования упомянутой А. Эйнштейном асимметрии.
Над ведром с водой (модель магнитного поля магнита) вертикально расположена прозрачная (для наглядности) трубка, закрытая с обоих торцов сеткой, в которой находится и может свободно перемещаться поплавок (модель свободного заряда в проводнике). Поднимаем ведро при неподвижной трубке (имитация движения магнита мимо неподвижного проводника), поплавок естественно начнет двигаться относительно трубки (как и заряды в проводнике). В следующий раз опускаем трубку в ведро (имитация движения проводника мимо магнита), поплавок точно также двигается относительно трубки. Движение поплавка (имитация электрического тока) при одинаковой скорости погружения трубки в воду будет одинаково в обоих случаях. В этом примере, надеюсь, никому не придет в голову утверждать о какой-то асимметрии и о загадочной энергии, создающей силу двигающую поплавок! А гравитация и сила, необходимая для создания и поддержания движения ведра с водой или трубки, те самые, «забытые» А. Эйнштейном, внешние силы для системы ведро-трубка.
Далее во введении обозначается еще одна назревшая проблема и делается поистине «революционное» предположение.
<*****
Примеры такого рода, а также безуспешные попытки обнаружить какое-либо движение Земли относительно «легкой среды» позволяют предположить, что явления электродинамики, как и механики, не обладают никакими свойствами, соответствующими идее абсолютного покоя.
*****>
Каким образом приведенный А. Эйнштейном пример может считаться достаточным условием невозможности существования абсолютного покоя? Так же, как и неудачи в обнаружении движения Земли относительно «легкой среды» (надо понимать отсылка к экспериментам Майкельсона и Морли и пресловутому Эфиру). Единственно, что точно подтверждается в случае с Эфиром, так это несостоятельность представления света как волны в виде упругих колебаний этого Эфира. Тем не менее, представление света как электромагнитной волны, причем волны доведенной до абсурда в своей абстрактной нематериальности, до сих пор не может подвергаться сомнению, что уж говорить про времена появления СТО.
Эйнштейн же, не делая паузы продолжает:
<*****
Они скорее предполагают, что, как уже было показано для первого порядка малых величин, одни и те же законы электродинамики и оптики будут справедливы для всех систем отсчета, для которых справедливы уравнения механики.
*****>
У любого внимательного и беспристрастного читателя, прочитавшего данное утверждение должен появиться вопрос, о каких величинах идет речь? А что происходит в случае немалых величин? Кроме того, он должен справедливо полагать, что у А. Эйнштейна, как и у тех, кто так воодушевленно воспринял его теорию, были какие-то сомнения по поводу справедливости физических законов в разных системах отсчета?!
Естественно, любые законы, в том числе и законы электродинамики, будут справедливы для всех систем отсчета. Ведь любая система отсчета – это абсолютно виртуальный инструмент (несмотря на возможность его частичной материализации в виде линеек, ориентированных вдоль вымышленных осей и часов), единственная функция которого – обеспечить удобный расчёт необходимых параметров движения чего-либо относительно выбранной начальной точки. Явления же происходят в реальном пространстве, неразделяемом между прилепленными к чему-то линейками и часами особенно чисто умозрительными. Поэтому, само собой разумеется, что и законы, описывающие явления, будут реализовываться одинаково во всех системах, и никоим образом не будут зависеть от их выбора.
Если, конечно, не станет возможным полностью физически изолировать какую-то часть пространства и однозначно исключить любое взаимодействие, включая и обмен информацией, между изолированной областью пространства со своей системой отсчета и внешним миром с другими системами отсчета.
Но в этом случае поиск решения проблем, связанных с переходами между системой отсчета в изолированной области и внешними системами, потеряет всякий смысл. Любые переходы и преобразования необходимы только при возможности рассмотрения одного и того же процесса Наблюдателями в разных системах. То есть, обязательна возможность осуществления наблюдения одного и того же процесса в тех системах отсчета, для которых производятся преобразования. Это, в свою очередь, означает, что в этих системах отсчета процесс лишь отображается, а происходит в едином пространстве, по крайней мере для этих систем. Да, можно выделить систему отсчета, в которой реализация механизма процесса будет рассматриваться как в неподвижной, однако даже эта система лишь инструмент описания и совершенно не определяет то, как должна реализовываться физика процесса.
Однако, для А. Эйнштейна это похоже было откровением! Что он и подтверждает следующим утверждением:
<*****
Мы поднимем эту гипотезу (суть которой в дальнейшем будет называться «Принципом относительности») до статуса постулата, а также введем еще один постулат, лишь по видимости несовместимый с первым, а именно, что свет всегда распространяется в пустом пространстве с определенной скоростью с, не зависящей от состояния движения излучающего тела.
*****>
По истине революционное утверждение! Ну а второй постулат А. Эйнштейна, по сути, вытекает прямо из волновой природы света, при этом среда носитель световой волны заменена «пустым пространством» (пустотой).
Как и для всякой волны, распространение света не должно зависеть от движения источника. Распространение волны зависит только от свойств среды, так как инициируется она и распространяется именно в среде. Тогда и свет должен появляться именно в пустоте А. Эйнштейна.
Но в этом случае, свет должен распространяться вне любых систем отсчета, так как пустоту просто невозможно привязать к чему-либо. К тому же А. Эйнштейн, говоря о независимости скорости света от движения источника, не уточняет к какой именно составляющей скорости, как векторной физической величины, это относится – к ее направлению или к ее значению.
Но А. Эйнштейн на основе своих постулатов, из которых первый простая констатация реальности, а второй по сути инструмент для манипуляций, делает следующее заявление:
<*****
Этих двух постулатов достаточно для построения простой и последовательной теории электродинамики движущихся тел, основанной на теории Максвелла для неподвижных тел. Введение «светоносного эфира» окажется излишним, поскольку развиваемая здесь точка зрения не потребует ни «абсолютно стационарного пространства», наделенного особыми свойствами, ни приписывания вектора скорости точке пустого пространства, в которой происходят электромагнитные процессы.
*****>
Тут А. Эйнштейн конечно прав, точке пустоты ни придать, ни приписать скорость невозможно в принципе. Ведь что и с чем должно взаимодействовать и двигаться?!
Вместе с тем, само отрицание существования абсолютно стационарного пространства, на мой взгляд, является следствием невозможности определить и привязать к чему-нибудь местоположение начала некой Глобальной Системы Отсчета, которая должна выполнять роль этого абсолютно стационарного пространства в виртуальной математической реальности систем отсчета.
А раз нет возможности зафиксировать это глобальное начало, то наиболее простой выход – это вообще отказаться от него. Вот только, в физической реальности глобальное начало не имеет такого принципиального значения, как это предписывается реальностью математической, где определяющее значение имеет положение относительно начала какой-либо системы отсчета.
В реальном пространстве определяющее значение имеют интервалы, то есть расстояния между интересующими объектами или событиями, а не их положение относительно какой-то единой начальной точки. Тоже касается и постоянных поисков общего начала отсчета временной координаты – начала времен.
Также, как и в случае с пространством, для реальности в плане времени имеет значение лишь интервал длительности событий и интервал между ними, а также их взаимная последовательность, а не расположение событий относительно пресловутого начала времен. Но о сущности времени немного дальше.
В итоге, отрицая в своей теории реальность единого пространства, А. Эйнштейн, являясь убежденным сторонником объективности реальности, сам же сделал возврат в эту объективную реальность, из абстрактности математической виртуальности, почти невозможным, надеюсь все-таки почти.
По сути, та самая пустота, где и должен, согласно А. Эйнштейну, распространяться свет, как раз и есть самый главный кандидат на роль абсолютно стационарного пространства, раз она пустая, то двигаться не может – просто нечему двигаться!
Тем не менее, А. Эйнштейн делает еще более нелепое утверждение, в котором явно переоценивает значение одного из видов измерительных приборов.
<*****
Разрабатываемая теория основана, как и вся электродинамика, на кинематике твердого тела, поскольку утверждения любой такой теории связаны с взаимоотношениями между твердыми телами (системами координат), часами и электромагнитными процессами. Недостаточный учет этого обстоятельства лежит в основе тех трудностей, с которыми сталкивается в настоящее время электродинамика движущихся тел.
*****>
Фактически, как раз переучет, таких обстоятельств и есть главная трудность принятия самого простого объяснения указанных проблем, поиски решения которых и привели к появлению СТО.
Какие могут быть взаимоотношения твердых тел и часов?! Разве только, что твердым телом можно прекратить функционирование последних! А часы разве могут оказать хоть какое-то влияние на твердое тело, кроме изменения его экстерьера, или изменения импульса этого тела при столкновении с часами?
А электромагнитные процессы разве могут существовать без их инициации твердыми телами пусть и микроскопического размера – носителями электрических зарядов.
И с чего это твердые тела = системы координат?!
В реальных взаимодействиях между твердыми телами, к которым также относятся и электромагнитные процессы, ни системы координат, привязываемые к телам, ни тем более часы, не играют никакой роли. За исключением, конечно, таких же реальных линеек и часов, но тогда они сразу становятся составной частью твердого тела.
А явно переоцененные А. Эйнштейном, часы, есть не что иное, как такая же линейка, только для координаты времени. Да и значение придаваемое последнему явно не соответствует действительности.
Необходимо четко осознать, что ВРЕМЕНИ как СУЩНОСТИ нет! Это чисто виртуальная и абстрактная величина, единственное значение которой заключается в упрощении описания реальности, в нем совершенно не нуждающейся. Время, как таковое, не имеет значения ни для осуществления процессов, ни для их упорядочивания.
Упорядочивание процессов происходит не в результате их расположения на пресловутой шкале времени, а в следствии их жесткой причинно-следственной связи. Шкала же времени значима всего лишь для определения последовательности событий не имеющих явной связи. Жесткой причинно-следственной связью событий, а не какими-то сверхъестественными свойствами времени, обусловлена и так раздражающая всех его необратимость и однонаправленность.
И жесткость этой связи выражается в том, что событие-следствие начинается только после завершения события-причины и никак иначе. Начавшийся процесс, обратить уже невозможно, возврат к начальному состоянию какой-либо совокупности взаимодействующих объектов – это будет уже другой процесс, у которого было свое событие-причина.
Длительность процесса определяется не временем, отсчитанным часами, а механизмом его (процесса) протекания и условиями, в котором этот механизм реализуется.
Да и что отсчитывают часы? Часы абсолютно любой конструкции, и даже виртуальные, отсчитывают количество определенных процессов, происходящих внутри часов, длительность которых принимают за единицу измерения. Эти процессы, как любые другие, также зависят от условий, в которых осуществляются. И придавать определяющее реальность значение измерительному прибору, работа которого безусловно зависит от этой реальности, по меньшей мере глупо.
Именно тогда, когда виртуальные абстракции – координаты и, в особенности, время возвели до определяющих реальность сущностей и начались все проблемы. В итоге – виртуальные инструменты, созданные для упрощения описания реальности, заменили саму реальность. И понеслось…
Вот, собственно, подошла и основная часть статьи.
<*****
I. КИНЕМАТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
§1. Определение одновременности
Возьмем систему координат, в которой справедливы уравнения механики Ньютона. Чтобы сделать наше изложение более точным и словесно отличить эту систему координат от других, которые будут введены далее, мы называем ее «стационарной системой». Если материальная точка покоится относительно этой системы координат, ее положение может быть определено относительно нее с помощью жестких эталонов измерения и методов евклидовой геометрии и может быть выражено в декартовых координатах.
*****>
А в нестационарной системе уравнения механики не справедливы? В какой такой системе могут быть не справедливы законы Ньютона? Что, уже обнаружили отдельное пространство, организованное на других физических принципах?! И относительно чего А. Эйнштейн определяет «стационарность», если он отрицает абсолютно неподвижное нечто?! Получается, А. Эйнштейн, просто, берет случайную систему отсчета и назначает ее «стационарной», а так как он уже отринул абсолютное неподвижное пространство, то можно уже и не определять движется эта система относительно чего-либо или нет. Тем более, что, в свое оправдание, всегда можно привести довод о невозможности установить движение системы если оно равномерное и прямолинейное!
Вот только одну маленькую, но, тем не менее, самую важную деталь, давно выкинули из этого определения инерциальных систем отсчета, а именно полную изолированность такой системы!
А если есть возможность наблюдения из одной системы отсчета процесса, якобы происходящего в другой, то какая же здесь изолированность? И на каком основании делается утверждение о том, что применение методов Евклидовой геометрии и использование Декартовых координат справедливы только для определения положения покоящихся объектов?
Далее А. Эйнштейн делает попытку разъяснить смысл понятия «времени».
<*****
Если мы хотим описать движение материальной точки, мы даем значения ее координат как функции времени. Теперь мы должны тщательно помнить, что математическое описание такого рода не имеет физического смысла, пока мы не уясним, что мы понимаем под «временем». Мы должны принять во внимание, что все наши суждения, в которых играет роль время, всегда являются суждениями об одновременных событиях. Если, например, я говорю: «Этот поезд прибывает сюда в 7 часов», я имею в виду что-то вроде этого: «Указание маленькой стрелки моих часов на 7 и прибытие поезда – одновременные события».
Казалось бы, можно преодолеть все трудности, связанные с определением «времени», заменив «время» «положением маленькой стрелки моих часов». И на самом деле такое определение является удовлетворительным, когда мы хотим определить время исключительно для того места, где находятся часы; но уже неудовлетворительно, когда нам приходится соединять во временные ряды события, происходящие в разных местах, или – что тоже самое – оценивать время событий, происходящих в местах, удаленных от часов.
Мы могли бы, конечно, довольствоваться значениями времени, определяемыми наблюдателем, находящимся вместе с часами в начале координат и согласовывающим соответствующие положения стрелок со световыми сигналами, подаваемыми каждым событием и в рассчитанное время достигающими его через пустое пространство. Но это согласование имеет тот недостаток, что не является независимой от расположения наблюдателя с часами или часов, что мы знаем из опыта. Мы приходим к гораздо более практическому решению, следуя следующей линии рассуждений.
Если в точке A пространства есть часы, то наблюдатель в A может определить временные значения событий в непосредственной близости от A, найдя положения стрелок, одновременные с этими событиями. Если в точке B пространства существуют другие часы, во всех отношениях напоминающие часы в A, то наблюдатель в B может определить временные значения событий в непосредственной близости от B. Но без дополнительных предположений невозможно сравнивать по времени событие в точке A с событием в точке B. До сих пор мы определили только «время A» и «время B». Мы не определили общего «времени» для A и B, ибо последнее вообще не может быть определено, пока мы не установим по определению, что «время», необходимое свету для прохождения от A до B, равно «времени», необходимому ему для перемещения от B до A. Пусть луч света от A до B начинается в «время A» tA отразится в B в направлении A в «время B» tB и снова достигнет A во «время A» tA'.
В соответствии с определением двое часов синхронизируются, если
.
Мы предполагаем, что это определение синхронизма свободно от противоречий и возможно для любого числа точек; и что следующие соотношения универсальны:
1. Если часы в B синхронизируются с часами в A, часы в A синхронизируются с часами в B.
2. Если часы в A синхронизируются с часами в B , а также с часами в C , то часы в B и C также синхронизируются друг с другом.
Таким образом, с помощью некоторых воображаемых физических опытов мы установили, что следует понимать под синхронными стационарными часами, расположенными в разных местах, и, по-видимому, получили определение и «одновременного», или «синхронного», «времени». «Время» события – это то, что задается одновременно с событием стационарными часами, расположенными в месте события, причем эти часы синхронны и даже синхронны для всех определений времени с указанными стационарными часами.
В соответствии с опытом примем далее величину
,
универсальной константой – скоростью света в пустом пространстве.
Очень важно иметь время, определяемое с помощью стационарных часов в стационарной системе, и время, определяемое сейчас, соответствует стационарной системе, и мы называем его «временем стационарной системы».
*****>
И вот ведь наворотил, наворотил. Вроде бы все по делу, описал отличный метод синхронизации удаленных друг от друга часов. Однако, необходимо принять во внимание и хорошенько запомнить, что такая синхронизация получена и является безусловно справедливой только для неподвижных часов и в неподвижной системе. И понятно почему, станет дальше, в следующем параграфе статьи А. Эйнштейна.
Однако, где разъяснение понятия «время», которое намеревался дать А. Эйнштейн?! Вспомним, что он написал:
<*****
Если мы хотим описать движение материальной точки, мы даем значения ее координат как функции времени. Теперь мы должны тщательно помнить, что математическое описание такого рода не имеет физического смысла, пока мы не уясним, что мы понимаем под «временем».
