ГЛАВА 1.2. ОТ СВОЙСТВ ЭФИРА К ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
Поиск ответов на поставленные выше вопросы следует начать с обсуждения идеи о существовании некоторой субстанции, получившей свое название еще в глубокой древности – субстанции эфира. Правда, в наши дни понятие “эфир” вытеснено понятием “физический вакуум”, но суть проблемы понимания данной субстанции от этого не изменилась. А проблема заключается в том, что само происхождение идеи о существовании этой субстанции уходит в такую глубь веков, когда общий уровень человеческого знания был не так высок, чтобы это понимание можно было вывести из каких-либо философских рассуждений.
Начиная с Исаака Ньютона, ученые то “отменяли” эфир, то вновь включали в свои рассуждения положения об эфире. Ньютон сам неоднократно менял свою позицию – от полного признания, до полного отрицания. Но при разработке теории всемирного тяготения он исходил из того, что эфир, все-таки, существует. По Ньютону именно благодаря наличию эфира при дальнодействии происходит мгновенная передача сил тяготения на большие расстояния. Под “дальнодействием” Ньютон понимал действие на расстоянии без непосредственного физического контакта.
Исаак Ньютон писал:
“Непонятно, каким образом неодушевленная косная материя, без посредства чего-либо иного, что нематериально, могла бы действовать на другое тело без взаимного прикосновения.
Что тяготение должно быть врожденным, присущим и необходимым свойством материи, так что одно тело может взаимодействовать с другим на расстоянии, через пустоту, без участия чего-то постороннего, при посредстве чего и через что их действие и сила могли бы передаваться от одного к другому, это мне кажется столь большим абсурдом, что я не представляю себе, чтобы кто-либо, владеющий способностью компетентно мыслить в области вопросов философского характера, мог к этому прийти” (Цитируется по книге Вл. Карцева “Приключения великих уравнений”, М. “Знание”, 1970 г., стр. 166).
|
|
|
Здесь мысль великого физика сформулирована абсолютно точно и конкретно: эфир не может не существовать. Более того, он, очевидно, обладает определенной жесткостью.
Так или не так уверенно сказать не может пока никто, поскольку еще никому не удавалось “включить” или “выключить” силы гравитации. Главное (по Ньютону) – пространство (то, что его заполняет) есть физическая реальность, одной из форм проявления которой и является именно гравитация (передача сил гравитации, если следовать именно Ньютону).
В основу классической физики Ньютона была положена абсолютность пространства и времени. Согласно этому ход времени и размеры тела в разных системах отсчета остаются неизменными и не обуславливаются каким-либо движением этих систем относительно наблюдателя. В результате Вселенная, по представлению Ньютона, была безграничной и бесконечной. Она имела геометрию Евклидова пространства, т.е. была линейной в смысле геометрических пространств. Бесконечность Вселенной, по Ньютону, означает ее вечное существование. И с гносеологической точки зрения это очень важный вывод, который очень важен для общего миропонимания.
|
|
|
Итак, классическая физика в не очень явном виде использовала в своих построениях модель эфира. Поэтому рано или поздно должна была пройти экспериментальная проверка свойств эфира. Это и произошло в конце XIX века.
История попыток изучения свойств эфира началась сравнительно давно. Здесь можно воспользоваться данными исследований на эту тему, проведенных А. В. Рыковым.
“Самый первый опыт в этом отношении произвел еще датский астроном Олаф Ремер. Он наблюдал в Парижской обсерватории в 1676 году спутники Юпитера и заметил существенную разницу в полученном им времени полного обращения спутника Ио в зависимости от углового расстояния между Землей и Юпитером относительно Солнца. В моменты максимальных сближений Земли и Юпитера этот цикл составлял 1,77 суток. Сначала Ремер заметил что, когда Земля и Юпитер находятся в оппозиции, Ио в своем орбитальном движении почему-то "опаздывает" на 22 минуты по отношению к моменту их наибольшего сближения. Замеченная разница позволила ему вычислить скорость распространения света.
|
|
|
Однако он обнаружил еще одну вариацию цикла, которая достигала максимума в моменты квадратур Земли и Юпитера. В момент первой квадратуры, когда Земля удалялась от Юпитера, цикл Ио оказывался больше среднего на 15 секунд, а в момент второй квадратуры, когда Земля приближалась к Юпитеру – на 15 секунд меньше.
Этот эффект не мог и не может быть объяснен иначе как сложением и вычитанием орбитальной скорости Земли и скорости распространения света, то есть это наблюдение недвусмысленно доказывает корректность классического нерелятивистского соотношения c = c+v. Однако точность измерений Ремера была невысока. Так его измерения скорости света дали результаты ниже почти на 30%. Но качественно явление осталось незыблемым. Есть данные о современных определениях скорости света по способу Ремера, которая оказалась порядка 300 110 км/с” (А. В. Рыков “Основы Теории Эфира”, рукопись книги на сайте http://mystery.ournet.md/toc.html, Российская академия наук, Объединенный институт физики Земли имени О.Ю. Шмидта).
|
|
|
Заметим, что этот эксперимент Ремера был проведен задолго до создания специальной теории относительности и в этом состоит его особая ценность.
Американским физикам Майкельсону и Морли пришла в голову идея проверить влияние “эфирного ветра” на распространение света. К тому времени скорость света в вакууме уже была измерена с достаточно большой точностью. Считалось, что свет распространяется в эфире, заполняющем все пространство, подобно тому, как звуковые волны распространяются в воздухе. Иначе говоря, свет представлялся в виде электромагнитных колебаний, возбуждающих нейтральный эфир.
Собственно говоря, именно отсюда и проистекает идея опыта об оценке влияния “эфирного ветра”. Поскольку эфир нейтрален и неподвижен, он должен “обдувать” движущуюся в Космосе Землю. Поэтому, рассуждали Майкельсон и Морли, можно получить отличия в интерференционных картинках для разных вариантов ориентации источников света и мишени по отношению к направлению вращения Земли.
Майкельсон и Морли сконструировали чувствительнейшую аппаратуру, с помощью которой и предполагалось “почувствовать” этот “эфирный ветер”. Если бы опыт удался, то тогда можно было бы уверенно говорить об “абсолютном покое” или об “абсолютном движении”, т.е. о движении относительно неподвижного эфира.
Опыт не удался, так как не удалось обнаружить влияние движения Земли в космическом пространстве на распространение света. Чтобы последующее изложение материала обрело логическую связность, рассмотрим схему опыта Майкельсона-Морли и рассуждения физиков тех лет достаточно подробно.
На рисунке 1.1 представлена упрощенная схема опыта.
На единой поворотной платформе смонтированы источник света S, полупрозрачная пластина А, зеркала М1 и М2, а также экран Э. В опыте луч света от источника S попадает на полупрозрачную плоскопараллельную пластину А и далее идет по двум различным траекториям к зеркалам М1 и М2. Пластина А выставлена строго под углом 45О к направлению подходящего света, а зеркала направляют отраженный свет по прежней траектории обратно к пластине А. Отраженный от зеркал М1 и М2свет далее суммируется и идет единым лучом к экрану Э. Это позволяет на экране увидеть интерференционную картину, вызванную разностью хода лучей света по двум траекториям.
В начале эксперимента наблюдаемая интерференционная картина, так или иначе, фиксируется (например, фотографируется). После этого вся установка поворачивается на 90О, что изменяет ориентацию движения лучей света относительно сторон света.
Этим самым Майкельсон предполагал обнаружить влияние эфирного ветра за счет изменения интерференционной картины вполне определенным, предсказуемым образом. Эффекты влияния эфирного ветра были обнаружены, но их можно было трактовать различным образом. И именно этим обстоятельством, можно сказать, воспользовался Эйнштейн.
Это позволило ему предположить (постановить), что не только эфирный ветер отсутствует, но и сам эфир является вымыслом, т.е. он отсутствует как таковой. На основе этого был сделан следующий вывод.
Скорость движения Земли в мировом пространстве в условиях опыта не сказалась на результатах опыта. А поскольку эфирный ветер в первом приближении не обнаружил своего присутствия, то это позволило сказать, что скорость света есть величина постоянная и не зависит от скорости движения системы, с которой связан источник света.
Это означает, что закон сложения скоростей при движении систем в данном случае не выполняется так, как это было зафиксировано в опыте О. Ремера (1675 г.). Иначе говоря, это позволяет предположить нарушение принципа относительности, сформулированного И. Ньютоном в рамках классической физики.
Подчеркнем, что к моменту проведения опыта Майкельсона сложилось следующее мнение о свойствах эфира.
А. Эфир представлялся невесомой и невидимой средой, в которой действие сил передается на расстояния без непосредственного контакта между телами. Это было, в частности, базисом ньютоновской теории тяготения.
Б. Эфир рассматривался как среда, в которой распространяются упругие колебания (волны), воспринимаемые как световые.
В. С развитием электромагнетизма эфиру приписали электромагнитную природу.
Г. Любое движение происходит относительно абсолютно неподвижного эфира (понятие “абсолютное движение”).
Для подтверждения этих свойств и планировался опыт Майкельсона-Морли. И именно итоги этого эксперимента, истолкованные Эйнштейном в нужном ему направлении, были положены в основание специальной теории относительности, которая и стала краеугольным камнем современной науки сформировавшейся в двадцатом веке.
Однако все было не так просто.
Отказ от идеалов классической механики, а именно от линейности пространства, от неизменяемого времени и закона сохранения массы, которые являются фундаментальными мировоззренческими категориями, вызвал резкий протест исследователей и философов, которые придерживались и придерживаются традиционных концепций. По этой причине возникла острая борьба против теории относительности, которая не прекращается ни на секунду с тех пор, как возникли эта теория.
Идеологам релятивистской теории удалось захватить главенствующие позиции в научных учреждениях, что и выразилось в том, что теория относительности стала основой современной теоретической физики, а через нее и других наук. Только этим можно объяснить, что опыты по оптике движущихся сред, проведенные до и после появления специальной теории относительности, были использованы фрагментарно, лишь в той части, где они не противоречат теории относительности, либо им дано чисто формальное релятивистское толкование.
Сегодня с высоты нашего времени можно констатировать следующее:
Исследования, проведенные Гаррисом в 1912 г., Саньяком в 1913 г., Майкельсоном и Гелем в 1925 г., Погани в 1926 г., однозначно доказывают существование эфира. По этому поводу С. Вавилов, экс-президент АН СССР, заметил: “Если бы явление Саньяка было открыто раньше, чем выяснились нулевые результаты опытов второго порядка, оно, конечно, рассматривалось бы как блестящее экспериментальное доказательство эфира”.
Опыты по увлечению эфира движущимися средами, проведенные Физо в 1851 г., которые мы рассмотрим специально несколько позже, Хеком в 1868 г., Майкельсоном и Морли в 1886 г. и Зееманом в 1914 г., показали, что имеется конкретное увлечение эфира, подтверждающее гипотезу Френеля, нашедшего, что коэффициент “вязкости” эфира равен:
k = 1 – 1/n2, где:
k – коэффициент увлечения эфира Френеля;
n – коэффициент преломления среды.
Многочисленные опыты Майкельсона, проведенные с 1880 по 1929 гг., Майкельсона и Морли 1887 г., Морли и Миллера (1904 и 1905 гг.), Миллера (1921 и 1925 гг.) подтверждали вполне однозначно частичное увлечение эфира Землей, которое на ее поверхности составляет более 90%, но менее 100%. Опыты Миллера, кроме того, показали, что частичное увлечение эфира Землей уменьшается с высотой. Кроме этого, открытие явления звездной аберрации Д. Бредли в 1725 г.; наблюдения О. Ремера в 1675 г. за неравномерностью периодов затмений спутников Юпитера при удалении и приближении Юпитера и Земли; а также явление Саньяка, показали, что скорость света складывается со скоростью приемника (когда частичное увлечение эфира Землей или установкой в эксперименте не вносит ощутимого вклада) по классической формуле сложения скоростей. Все сказанное имеется в соответствующих научных статьях и докладах, опубликованных и до создания и после создания теории относительности. По этой причине следует сказать, что кому-то было очень нужно (или выгодно) принять ложную (и лживую) научную теорию – теорию относительности.
Итог мы уже знаем. Именно на основе этих итогов эфир глобальными усилиями сторонников Эйнштейна предали забвению. Появившаяся специальная теория относительности А. Эйнштейна фактически прервала движение научной мысли не только в этом направлении, но и гораздо глубже. Кризис физики конца ХIX и начала XX веков не был преодолен, но мастерски завуалирован, поскольку теория относительности вообще повела всю науку в совершенно ином, ложном направлении.
Парадоксальность опыта Майкельсона-Морли, в трактовке Эйнштейна, заключалась именно в видимом нарушении принципа относительности. Это требовало своего объяснения, и это объяснение было “найдено”. Приняв за аксиомы два исходных положения, Эйнштейн сформулировал принцип относительности по-новому - в виде специальной теории относительности.
Первая аксиома принимает в качестве некоторой абсолютной истины положение о невозможности какими-либо измерениями в произвольной системе (координат) обнаружить ее прямолинейное и равномерное движение. Эйнштейн так сформулировал этот постулат.
“…не существует траектории самой по себе, а лишь траектория по отношению к определенному исходному телу. Но полное описание движения имеется лишь в том случае, если указано, как тело меняет место с течением времени; другими словами – для каждой точки на траектории должно быть указано время, в какое тело находится в данной точке” (Альберт Эйнштейн “Специальная и общая теория относительности”, Петербург, Государственное издательство, 1922 г.).
Согласно этому постулату все процессы, происходящие в системе, не зависят от ее прямолинейного и равномерного движения. Отсюда следует, что все системы, находящиеся в таком движении, эквивалентны друг другу. Этот постулат однозначно следует трактовать, как догмат об отсутствии эфира, поскольку он отменяет напрочь “абсолютное движение”. Вместе с тем, данный постулат является догматом о невозможности хоть как-то описать движение, так как все перемещения становятся относительными по отношению к другим телам, другим системам отсчета, состояние которых определить невозможно.
Однако практика показывает на ошибочность этого постулата, когда при автономном движении некоторой системы проявляются свойства именно эфира (физического вакуума). Другое дело, что ни ученые, ни практики не научились идентифицировать эти явления. Например, в некоторых системах очевидно и объективно получается коэффициент полезного действия (термодинамическое определение) больше единицы по уравнениям теплового баланса, объяснить который можно только при учете свойств эфира. Но эти свойства современная наука в целом не знает.
К примеру, к подобным явлениям следует отнести кавитационные процессы, дающие КПД тепловых генераторов и 200, и 500 процентов, и более. Но в таких случаях либо уходят от объяснений, либо говорят, что это свойство кавитации (т.е. никак не объясняют). Можно привести множество иных примеров, но сейчас суть не в этом. Эти явления показывают, что не все эксперименты трактуются верно, не всегда правильно понимается само вещество, дающее при некоторых условиях движения этого вещества повышение коэффициента полезного действия установок.
Вторая аксиома определяет постоянство скорости света в вакууме и независимость этой скорости от движения систем. Мы уже видели, что еще в 1675 г. О. Ремер показал, что скорость света может алгебраически складываться со скоростью системы. Это должно было быть известным А. Эйнштейну. Но он недвусмысленно умолчал об этом и ввел свой второй постулат как абсолют. Согласно этому постулату при движении двух систем (А и Б) время распространения света от системы А к системе Б и от Б к А одинаково, каким бы ни было движение этих систем относительно друг друга.
Специальная теория относительности была сформулирована в 1905 году. К этому времени свет уже представляли как некоторые кванты энергии и как волновую функцию электромагнитного поля. Ни тогда, ни сегодня не возникал вопрос об этой странной двойственности фотона. Поэтому осторожная формулировка второго постулата о постоянстве и конечности скорости света только для вакуума наводит на вопрос: что же тормозит фотоны, проходящие сквозь “прозрачное” вещество? Действительно, чтобы охватить серьезность такой постановки вопроса, необходимо уяснить, что любое вещество состоит главным образом из самой настоящей пустоты. Это было установлено Резерфордом еще в 1911 г.
Атом, входящий в состав твердого тела, во много раз меньше размеров любого иного тела, известного нам. С другой стороны, размеры атома во много раз больше размеров ядра атома. Это соотношение составляет 1/100 000. Чтобы хоть как-то представить себе эту пропорцию, увеличим (мысленно) размеры атома во столько раз, чтобы его ядро (подавляющая часть массы атома) стало размером с маковое зерно. Общие размеры атома в этом случае возрастут до нескольких десятков метров. На расстоянии десятков метров от ядра будут пролегать траектории электронов. Но увеличенные электроны все равно не будут различимы глазом. Таким образом, видно, что кроме реальной пустоты в атоме (твердого или жидкого) практически ничего нет.
Именно поэтому вопрос о “прозрачности” или “непрозрачности” вещества имеет принципиальное значение. Ответить на этот вопрос можно при условии подлинного понимания природы фотона и понимания механизма взаимодействия этого фотона с “пустотой” атома, которая оказывается отнюдь не пустой. Существующие модели фотона (волновая и квантовая, или корпускулярная) не могут дать ответа на этот вопрос.
Поэтому и второй постулат Эйнштейна оказывается неполноценным.
В качестве неоспоримого аргумента, как будто подтверждающего исходные постулаты теории относительности, считают данные наблюдений за распадом πО-мезона, движущегося со скоростью V = 0,99975с, где с – скорость света в вакууме. (Этот эксперимент далее мы рассмотрим подробнее). При его распаде излучаются фотоны (y-кванты), движущиеся со скоростью света, а не с суммарной скоростью. Внешне это, вроде бы, прямое подтверждение второго постулата Эйнштейна.
Фактически же на данном этапе по поводу этого эксперимента можно лишь сказать, что скорость движения фотонов следовало бы считать как абсолютную, т.е. как пример “абсолютного движения”, как движение относительно абсолютно неподвижной системы координат, в которой движение фотонов всегда происходит той скоростью, какую “позволяет” ему пустота вакуума.
Тогда получается, что второй постулат теории относительности лишается связи с этой теорией.
Таким образом, аргументы в защиту постулатов теории относительности никак нельзя считать точными и корректными.
Далее мы перейдем к анализу положений специальной теории относительности и будем выявлять много удивительных моментов в этой теории. Удивительное начинает выявляться уже тогда, когда мы рассматриваем математическую модель этой теории.
А. Эйнштейн начинает построение своей теории с рассмотрения двух систем координат, одна из которых движется относительно другой. Приведем тот же самый рисунок, который использовал автор теории (рисунок 1.2).
Некоторая точка М(названная в итоге “мировой точкой”, или точкой мира как субстанции) описывается двумя системами декартовых координат и координатой времени, текущего в каждой системе. На рисунке для этой точки М указаны ее координаты для системы К ‹X; Y;Z; t › и для системы К′ ‹X′; Y′;Z′; t′ ›. При ограничении по условию постоянства скорости света в обеих системах координаты точки М для данного случая движения из одной системы в другую пересчитываются в соответствии уравнениями преобразований Лоренца.
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 336; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!