Вячеслав Олегович Дредд
Чайники Рассела в современной науке
3 Специальная теория относительности (СТО)
В 1905г. Альберт Эйнштейн, будучи 26-летним сотрудником патентного бюро, публикует статью «К ЭЛЕКТРОДИНАМИКЕ ДВИЖУЩИХСЯ ТЕЛ», положившей начало специальной теории относительности.
На первой же странице он постулирует оба из вышеупомянутых принципов – принцип классической относительности движения и скорость света в вакууме.
Сперва он заявляет, что невозможно определить абсолютную скорость:
«Неудавшиеся попытки обнаружить движение Земли относительно “светоносной среды”, ведут к предположению, что не только в механике, но и в электродинамике никакие свойства явлений не соответствуют понятию абсолютного покоя» (с) К электродинамике движущихся тел. А.Эйнштейн с1.
(Упоминая эксперимент Майкельсона-Морли, он говорит о том, что абсолютного покоя нет, поскольку нет покоящегося в пространстве эфира. А значит, нет и абсолютного движения…)
И тут же пишет об абсолютном движении света, т.е. о скорости его в вакууме:
«…свет в пустоте всегда распространяется с определенной скоростью V , не зависящей от состояния движения излучающего тела.» (с) К электродинамике движущихся тел. А.Эйнштейн с1.
Казалось бы – надо выбирать одно из двух. Либо скорость света в вакууме равна 300 тыс. км./сек. и движение абсолютно, либо все движение относительно, и тогда скорость света в вакууме неопределима.
Но не тут-то было. Эйнштейн говорит: ребята, это кажущиеся противоречия, на самом деле их нет, мы сейчас выведем новую теорию, где они прекрасно уживутся друг с другом. И эфира никакого не надо.
Вникните в следующую цитату внимательнее. Возникает впечатление, что Эйнштейн сознательно путает карты, пользуясь сумятицей в теоретической физике, вызванной пошатнувшейся верой в эфир:
«Это предположение (содержание которого в дальнейшем будет называться «принципом относительности») мы намерены превратить в предпосылку и сделать, кроме того, добавочное допущение, находящееся с первым лишь в кажущемся противоречии, а именно, что свет в пустоте всегда распространяется с определенной скоростью V, не зависящей от состояния движения излучающего тела. Эти две предпосылки достаточны для того, чтобы, положив в основу теорию Максвелла для покоящихся тел, построить простую, свободную от противоречий электродинамику движущихся тел. Введение «светоносного эфира» окажется при этом излишним» .» (с) К электродинамике движущихся тел. А.Эйнштейн с1.
Увязка «кажущихся противоречий» происходит спекулятивно. Эйнштейн трактует постулат о скорости света в вакууме так: свет в вакууме всегда движется с постоянной скоростью V относительно любого наблюдателя, независимо от взаимной скорости этих наблюдателей.
Эта трактовка переворачивает смысл первого постулата с ног на голову. Это все равно, что «скорость рыбы в аквариуме всегда равна 5 км/час» превратить в «скорость рыбы в аквариуме всегда равна 5 км/час относительно любой другой рыбы».
Вот так, путем логической спекуляции, Эйнштейн вывел принцип, получивший в дальнейшем название «инвариантность». Этот принцип стал базовым законом теории относительности, из него вытекают все релятивистские эффекты, и сама теория относительности. Это признают все сторонники теории относительности. Но никто из них не знает, что «инвариантность» – это софизм.
Среди сторонников не принято читать «К электродинамике движущихся тел» – считается, что это несовершенная методичка, а СТО надо изучать по учебникам.
Откуда взялся главный принцип СТО, «инвариантность» – никто из них не знает, но все довольствуются расхожим мнением:
–Какая разница, откуда Эйнштейн взял инвариантность? Ведь теория работает!
Эйнштейн в своей работе не озвучивает инвариантность прямо, но ставит, сразу после отмеченных суждений, мысленный эксперимент, в котором свет движется подобным образом.
Приведу пример инвариантности, демонстрирующий релятивистский эффект замедления времени. Это известный пример, который предназначен для читателя, с теорией относительности не знакомым. Он по существу схож с мысленным экспериментом Эйнштейна.
Представьте, что от земли улетает ракета. Наблюдатель с земли пускает вслед ракете луч света. Для него свет летит со скоростью 300 тыс.км/с., и, чем быстрее летит ракета, тем дольше ее догоняет свет. Если ракета летит со скоростью 10 км/сек. ,то свет догонит ракету, допустим за секунду. Но, если ракета летит с почти световой скоростью, то свет ее может догонять и год.
Для космонавта в ракете, свет, относительно него движется всегда со скоростью света, и будет сближаться с ракетой со скоростью 300 тыс.км/с., и догонит ракету быстрее, чем за секунду. С какой бы скоростью космонавт не улетал от земли – свет всегда, с точки зрения космонавта будет догонять его со скоростью света.
Если космонавт улетает от земли с почти световой скоростью, то «с точки зрения» космонавта, пройдет меньше секунды, а для наблюдателя с земли пройдет год, прежде чем свет догонит ракету.
Если космонавт улетает с околосветовой скоростью – то время в ракете практически останавливается, в сравнении с землей. Ведь для наблюдателя пройдет год, пока свет догонит ракету, а для космонавта – меньше секунды.
С логикой инвариантности давайте разберемся подробнее, ведь из нее вытекают все эффекты специальной теории относительности, и, собственно, сама теория относительности.
Поскольку движение в вакууме относительно, то любое движение можно считать (как в примере Джордано Бруно) от наблюдателя. Наблюдатель в вакууме получается неподвижным, его скорость равна нулю. Наблюдатель находится в своей системе отсчета. В работе Эйнштейна она называется «координатная система», далее получила название «инерционная система отсчета».
Берем двух наблюдателей в вакууме, которые прямолинейно движутся относительно друг дружки.
Скорость каждого из наблюдателей в вакууме равна 0, поскольку каждая координатная система считается неподвижной.
Скорость света в вакууме равна с.
Поэтому, свет в вакууме движется со скоростью с для каждого из наблюдателей.
Вообще, некорректно было считать, что скорость наблюдателей и их систем отсчета в вакууме равна 0. Наблюдатель покоится относительно других наблюдателей, но не относительно вакуума, и его скорость в вакууме не подлежит определению. Тем не менее, так был поставлен мысленный эксперимент Эйнштейном.
«Свет в вакууме всегда движется со скоростью с» Эйнштейн превратил в «свет в вакууме всегда движется со скоростью с относительно всякого наблюдателя».
Из самой работы Эйнштейна следует, что инвариантность – софизм, поскольку истинным может быть либо относительное движение, либо постулат о скорости света в вакууме.
Ведь если признать, что свет в вакууме движется всегда со скоростью с, то отрицается относительность движения. Если же признать, что движение в вакууме относительно, то бессмысленно говорить о скорости света в вакууме.
Из инвариантности логически вытекают релятивистские эффекты специальной теории относительности: относительность одновременности, замедление времени и другие.
Эксперимент Эйнштейна позже проиллюстрировали как эксперимент с двумя наблюдателями и поездом. Он похож на приведенный выше пример с космонавтом и ракетой. Один из наблюдателей находится на перроне, второй – в купе поезда, в котором включается свет. Эта иллюстрация чуть отличается от мысленного эксперимента, но по сути такая же, и приводит к тем же выводам.
https://www.youtube.com/watch?v=3L8IGCC0Dog – вот тут анимация, простое и понятное видео эксперимента.
Наблюдатель в поезде включает лампочку, которая находится посредине купе.
В системе наблюдателя в поезде, свет от лампочки будет двигаться с одинаковой скоростью к передней и задней стенке поезда, и достигнет их одновременно.
В системе же наблюдателя на перроне, поезд движется, и свет будет догонять переднюю стенку, и достигнет ее позже, чем заднюю.
Отсюда и относительность одновременности – свет для одного наблюдателя достигнет стенок одновременно, а для другого – одной стенке раньше, другой-позже.
Отсюда и замедление времени – свет достигнет передней стенки для наблюдателя в купе быстрее, чем для наблюдателя на перроне.
Если кому-то изложение показалось слишком простым, что автор не понял Эйнштейна, и превратно истолковал смысл СТО (специальной теории относительности) – почитайте первоисточник. Откройте «к электродинамике движущихся тел» и разберитесь сами. Уж эта-то работа написана довольно сложным языком, и многие критики ломали об нее копья. А популярное мое изложение основано на анализе первоисточника, и, пользуясь моими наводками, вы сами можете во всем убедиться.
Итак, из инвариантности, из этого маленького софизма, выросла огромная теория относительности.
4 Развитие специальной теории относительности (СТО)
Сегодня теория относительности – любимое поле боя любителей околонаучных дискуссий. С одной стороны, это сторонники, с другой – критики, т.н. «альтернативщики». И развитие теории во многом связано с этими спорами. Противники приводят противоречащие примеры, а сторонники приспосабливают теорию к ним. Теория кормится противоречиями, и растет. Самый известный тому пример – парадокс близнецов.
Приведу несколько забавных фактов из этих споров, в которых я сам немало участвовал.
Саму работу Эйнштейна почти никто не читал. Среди сторонников бытует мнение, что она – пионерская, и довольно сырая, и надо изучать теорию по учебникам. Среди тех, кто читал, я не встречал никого, кто распутал бы логику Эйнштейна при выводе инвариантности. Обычно вся критика сводится к интуитивному неприятию СТО.
Когда я впервые ознакомился с СТО, то сразу не смог принять принцип относительности одновременности. Два события, одновременно наступившие для одного наблюдателя, не одновременны для другого. Это первый вывод Эйнштейна. Как такое возможно? Представьте, что в двух местах вселенной одновременно родились девочка и мальчик. Одновременно для землян. А для космонавта, который летит от земли со скоростью, близкой к скорости света – мальчик родился, а девочка – еще нет.
Какая разница, с какой ты скоростью летишь, тем более, что скорость – понятие относительное? Как может скорость ракеты повлиять на возникновение двух событий, никак не связанных с этой ракетой?
Представьте, что вселенная замерла, остановилась во времени, в момент рождения мальчика. Гуляет первый наблюдатель по замершей вселенной – в ней и мальчик, и девочка. Гуляет второй наблюдатель – в ней только мальчик, а девочки еще нет.
Такое может случиться лишь в гипотетическом случае запараллеливании миров. У летящего космонавта – своя вселенная, у землян – своя. Во вселенной космонавта уже родилась новая звезда, взошла яблоня, началась война, а во вселенной землян – еще нет.
Но вселенная одна для всех, и подобные временные вихри слишком парадоксальны для того, чтобы иметь место в нашем мире. Я сразу нашел первоисточник – работу Эйнштейна, и, дотошно изучив первых несколько страниц, убедился, что инвариантность является софизмом, и все релятивистские эффекты результат софизма.
Все сторонники, кто боле менее разбирается в СТО, признают, что инвариантность – главный принцип СТО, из нее выходят все ее эффекты. Однако, никто из них не знает – откуда Эйнштейн ее взял. Есть, повторюсь, расхожий стереотип среди них: «Какая разница, откуда Эйнштейн взял инвариантность? Ведь теория работает».
Я неоднократно читал людей, которые знают постулат «скорость света в вакууме всегда равна с» – и тут же говорят о том, что невозможно определить скорость в вакууме, движение в вакууме только относительно.
Настолько велик авторитет у СТО, что сомнения в ней кажутся антинаучными. Я был немало удивлен, когда разобрал этот вопрос.
Как правило, все дискуссии вокруг СТО сводятся к взаимным оскорблениям и насмешкам. Критики настолько много, что среди сторонников ходит мем «+Стопятьсотое опровержение СТО», и никто не думает вникать в очередное опровержение.
Противники приводят примеры несуразности, а сторонники отмахиваются. На все аргументы подобного роду сторонники придумали забавный мем о здравом смысле.
Здравый смысл – это обывательская ограниченность восприятия. Математическая модель идеально описывает мир, и работает в инженерии, спутники летают на этих расчетах, чего вы пристали со своим «да этого не может быть? Раньше земля тоже казалась всем плоской, с точки зрения здравого смысла».
Пример с плоской землей – манипуляция, поскольку здравый смысл говорит о том, что земля только на первый взгляд, плоская, но ее формы мы не видим, поскольку она слишком большая.
Я не исключаю, что с помощью математических моделей, разработанных в СТО, можно описать реальные процессы. Но подозреваю, что это опять-таки расхожее мнение, поскольку инженерия работает со скоростями, которые даже близко не лежат к скорости света, а все релятивистские эффекты, как мы уже разбирали, проявляются на околосветовых скоростях.
Сторонники СТО проходят ее в институте как научную дисциплину, а там она подается сразу в виде математических моделей и пренебрежительного отношения к эмпирическому восприятию.
Аргумент о здравом смысле железно действует на сторонников. Мало того – он добавляет мистики в их сознание, и туманит разум:
Мир вовсе не такой, каким мы его видим. То, что мы буквально воспринимаем – может оказаться лишь иллюзией. Истинной является лишь математическая модель, которая запросто может манипулировать неподвластными восприятию вещами. Например, возвести измерение пространства в 4,5,6 степень, и какую угодно, хотя здравый смысл говорит о том, что этих измерений всего три.
Однажды я читал пользователя, который писал, что путем длительных умственных напряжений представил себе четырехмерное пространство.