Базовые математические отношения 13 страница
Во всяком случае, в связи с нынешним общим признанием теории относительности в целом, не взирая на широко распространенное несогласие с некоторыми из составляющих ее частей, полезно указать, чем выводы, сделанные в этой области развивающейся СТОВ, отличаются от допущений теории относительности. Следовательно, эта глава будет посвящена рассмотрению статуса концепции относительности, включая расширение, в котором новые идеи согласуются с ней. Затем, глава 8 представит полное объяснение движения с высокими скоростями, выведенное из новой теории. В этой связи стоит упомянуть, что сам Эйнштейн осознавал “вечно проблематичный характер” своих концепций. В этой главе в предпринятом скрупулезном исследовании его теории мы следуем его рекомендации, выраженной следующими словами:
“В интересах науки, необходимо вновь и вновь заниматься критикой фундаментальных концепций, чтобы они не начали бессознательно управлять нами. Это становится очевидным особенно в ситуациях, включающих развитие идей, в которых последовательное использование фундаментальных концепций приводит к трудно разрешимым парадоксам”.41
Несмотря на всю путаницу и противоречивость, связанные с этой темой, вовлеченные в нее факторы, по сути, просты, и их можно прояснить рассмотрением соответственно простой ситуации, которую, для удобства, мы назовем “случаем двух фотонов”. Предположим, что фотон Х возникает в положении 0 в фиксированной системе отсчета и движется линейно в пространстве с единицей скорости, скоростью света (как поступают все фотоны). В системе координат через единицу времени он достигнет положения х – расстояния, равного одной единице пространства от 0. Это простой факт, вытекающий из движения фотона Х. Он не зависит от того, что может делать любой другой объект. Аналогично, если другой фотон Y покидает положение 0 одновременно с фотоном Х и движется с той же скоростью от 0, но в противоположном направлении, в конце одной единицы прошедшего времени этот фотон достигнет положения y, равного одной единице пространства от 0. Это тоже целиком и полностью зависит от поведения движущегося фотона Y и не зависит от того, что происходит с фотоном Х или от любого другого физического объекта. В конце одной единицы времени в координатной системе отсчета Х и Y отделены друг от друга двумя единицами пространства (расстояние).
|
|
|
В современной практике время измеряется определенным повторяющимся физическим процессом. Этот процесс или устройство, в котором он происходит, называется часами. Таким образом, последовательность изменяемого времени – это стандартная величина времени, которая, на основе нынешнего понимания, входит в физические отношения. Скорость или быстрота, измерение движения, определяется как расстояние (пространство) за единицу времени. В терминах общепринятой системы отсчета это означает расстояние между координатными положениями, деленное на зарегистрированный интервал времени. В случае двух фотонов увеличение координатного расстояния за единицу пройденного времени равно двум единицам пространства. Относительная скорость двух фотонов, определенная стандартным образом, составляет две естественных единицы, то есть дважды скорость света, скорость, с которой движется каждый из двух объектов.
|
|
|
В 1887 году эксперимент Майкельсона и Морли сравнил скорость света, движущегося туда и обратно по кругу в разных направлениях относительно движения Земли. Исследователи не обнаружили разницы в скоростях, хотя точность эксперимента была весьма далека от требующейся для обнаружения ожидаемой разницы, если бы она имела место. Наряду с другими, этот эксперимент подтвердил первичные данные и вынудил сделать вывод, что скорость света в вакууме постоянна, независимо от системы отсчета. Именно так определение скорости стандартным методом (деление пройденного расстояния на прошедшее время) привело к неверному ответу при движении на высоких скоростях.
|
|
|
Как выразился Капек, эффект был “сокрушительным”. Казалось, он подрывает всю структуру теоретического знания, возведенную веками усилий. В нижеследующем утверждении Сэра Джеймса Джинса, написанном всего через несколько десятилетий после события, демонстрируется удар, нанесенный физикам того времени:
“Больше двух веков верили, что система законов Ньютона дает совершенно последовательное и точное описание процессов природы. Затем, ближе к концу девятнадцатого века, некоторые эксперименты, включая знаменитый эксперимент Майкельсона-Морли, показали, что вся схема незначима и внутренне противоречива”.42
После двадцатипятилетней путаницы Эйнштейн опубликовал специальную теорию относительности, предложившую теоретическое объяснение расхождения. С самого начала эту теорию окружали неясности и противоречия. Более того, при ее применении к конкретным областям противоречие продолжалось. В попытках разрешить “парадоксы” и другие несоответствия предлагались объяснения разной природы и адекватности. Но математический успех теории впечатлял. И хотя математика предшествовала теории и не точно ей соответствовала, математических успехов, наряду с отсутствием любого серьезного конкурента и сильным желанием физиков иметь хоть что-то, с чем можно работать, было достаточно для гарантированного общего признания.
|
|
|
Однако сейчас, когда появилась новая теория, погрешности теории относительности обрели новое значение, поскольку доводы, оправдывающие использование теории, не смотря на противоречия и несостыковки, если это единственная имеющаяся теория, больше не правомочны, если появляется новая теория, свободная от таких недостатков. Проводя скрупулезную оценку теории, которая требуется сейчас, вначале следует осознать, что теория не правомочна до тех пор, пока она не корректна математически и концептуально. Одного математического свидетельства недостаточно, поскольку математическое соответствие не является гарантией концептуальной правомочности.
Это значит: если мы выводим теоретическое объяснение определенного физического явления, а затем формулируем математическое выражение для представления отношений, описываемых теорией, или делаем то же самое, но наоборот, то есть, сначала на эмпирической основе формулируем математическое выражение, а затем находим соответствующее объяснение, сам факт, что математическое выражение приводит к результатам, соответствующим экспериментальным данным, не убеждает в том, что теоретическое объяснение верно, даже если соответствие полное и точное. Это дело принципа, а утверждение даже не подвергается сомнению. И все же, в нынешней практике, в удивительно большом числе примеров, включая теорию относительности, математическое соответствие принимается как исчерпывающее подтверждение.
Большинство недостатков теории относительности как концептуальной схемы детально исследовалось в литературе. Следовательно, исчерпывающего рассмотрения ситуации не требуется. Но будет уместно рассмотреть один из давнишних “парадоксов”, которого достаточно, чтобы доказать, что теория относительности концептуально некорректна. Естественно, приверженцы теории сделали все возможное для “разрешения “парадокса” и спасения теории. В отчаянных попытках им удалось замутить воду до такой степени, что основополагающая природа возражения против теории обычно не осознается.
Значимость этого вида расхождения проистекает из того факта, что когда теория выдвигает определенные допущения общей природы, и можно обнаружить хотя бы один случай, когда допущения приводят к противоречию, это обесценивает всю теорию в целом. Несостоятельность такой природы, которую мы будем рассматривать, известна как “парадокс часов”. Ее часто путают с “парадоксом близнецов”, когда один из близнецов остается дома, а другой отправляется в далекое путешествие с очень высокой скоростью. Согласно теории, время для путешествующего близнеца течет медленнее, и когда он возвращается домой, он все еще молод, а брат достиг пожилого возраста. Парадокс часов, заменяющий близнецов двумя одинаковыми часами, в чем-то проще, поскольку возникает вопрос об отношении между показаниями часов и физическими процессами.
Обычно, парадокс часов звучит так: предполагается, что часы B ускоряются относительно других идентичных часов А. Соответственно, после периода времени движения с постоянной относительной скоростью, ускорение переворачивается, и часы возвращаются в свои изначальные положения. Согласно принципам специальной относительности, часы B, движущиеся часы, шли медленнее, чем часы А, стационарные часы. Отсюда, интервал времени, зарегистрированный В, меньше, чем интервал времени, зарегистрированный А. Но специальная теория также утверждает, что мы не можем отличить движение часов В относительно часов А от движения часов А относительно часов В. Следовательно, одинаково правильно сказать, что А – это движущиеся часы, а В – стационарные. Но в этом случае интервал, зарегистрированный часами А, меньше, чем интервал, зарегистрированный часами В. Таким образом, каждые часы регистрируют и больше и меньше, чем другие.
Здесь мы имеем ситуацию, в которой простое применение специальной теории относительности ведет к математически абсурдному выводу. Этот парадокс, стоящий на пути любой претензии на концептуальную правомочность теории относительности, никогда не разрешался, кроме как средствами, противоречащими базовым допущениям самой теории относительности. В своей книге Время и физический мир Ричард Шлегель четко проясняет этот факт при обсуждении парадокса. Он указывает: “Чтобы разрешить противоречие, необходимо выбрать предпочтительную систему координат. Такое допущение ведет к кардинальной модификации специальной теории относительности, поскольку противоречит следующему принципу: влияние движения на две системы, движущиеся относительно друг друга, одинаково, независимо от рассматриваемой системы”.43 Г. Дж. Уитроу резюмирует ситуацию следующим образом: “Важный довод тех, кто поддерживает Эйнштейна (в противоречивости парадокса часов), автоматически подрывает позицию самого Эйнштейна”.44 Теория, изначально базирующаяся на постулате, что все движение относительно, содержит внутреннее противоречие, которое нельзя устранить, кроме как посредством довода, основывающегося на допущении, что какое-то движение не относительно.
Все усилия, предпринятые профессиональными релятивистами для объяснения этого парадокса, прямо или косвенно зависят от отказа от всеобщего применения принципа относительности и определения ускорения часов В как чего-то большего, чем ускорение относительно часов А. Например, Моллер говорит, что ускорение часов В является относительным к фиксированным звездам”.45 Авторы, такие как Толмен, которые говорят об “отсутствии симметрии между уходом за часами А, никогда не подвергавшимися действию любой силы, и часами В, которые подвергались действию… сил…, когда относительное движение часов менялось”46, просто высказывают одно и то же более хитрым способом. Но если, как утверждает специальная теория, движение безоговорочно относительно, тогда сила, действующая на часы В, не может создавать ничего иного, кроме относительного движения. Она не может создавать вид движения, которого не существует. Следовательно, влияние на часы А должно быть таким же, что и на часы В. Введение предпочтительной системы координат, такой как определяемой средними положениями фиксированных звезд, обходит это затруднение, но лишь ценой подрыва основ теории, поскольку специальная теория строится на постулате, что предпочтительной системы координат не существует.
Невозможность разрешения противоречия, присущего парадоксу часов, за счет привлечения ускорения, можно продемонстрировать и другим способом, поскольку ускорение можно устранить без изменения противоречия, присущего парадоксу. Не было предпринято никакого исчерпывающего исследования, чтобы убедиться в том, рассматривалась ли раньше обтекаемая версия, которую мы может назвать “упрощенным парадоксом часов”. Но, в любом случае, она не появлялась в самых доступных обсуждениях этой темы. Это удивительно, поскольку представляется довольно очевидным способом сведения парадокса до состояния, удобного для попытки уклонения. В целях упрощения парадокса часов мы просто предположим, что двое часов пребывают в одинаковом движении относительно друг друга. Тогда вопрос, как появляется такое движение, не входит в ситуацию. Возможно, они всегда пребывали в относительном движении. А если и ускорялись, то ускорялись одинаково. В любом случае, в интересах дела мы имеем дело лишь с часами, пребывающими в постоянном относительном движении. Но здесь, вновь, мы сталкиваемся с тем же парадоксом. Согласно теории относительности, каждые часы можно рассматривать либо как стационарные, в этом случае они идут быстрее, либо как движущиеся, в этом случае они идут медленнее. И вновь одни часы регистрируют либо большее, либо меньшее время, чем другие.
Кое-кто заявляет, что парадокс разрешен экспериментально. В опубликованном отчете о недавно проведенном эксперименте высказывается мнение, что “результаты обеспечивают недвусмысленное эмпирическое разрешение известного парадокса часов”.47 Такая претензия, сама по себе, является хорошей иллюстрацией отсутствия точности в современном мышлении в этой области, поскольку парадокс часов – это логическое противоречие. Оно относится к конкретной ситуации, к которой прямое применение результатов специальной теории абсурдно. Очевидно, что логическая противоречивость не может “разрешаться” эмпирическими методами. В этом примере исследователи просто еще раз подтвердили некоторые математические аспекты теории, не играющие роли в парадоксе часов.
Даже помимо многих подтверждающих свидетельств уже одного четко установленного несоответствия достаточно для того, чтобы показать: специальная теория относительности некорректна, по крайней мере, в значительном сегменте своих концептуальных основ. Она может быть полезной; с какой-то точки зрения она может быть даже лучшей, имеющейся до создания СТОВ, но несоответствие окончательно демонстрирует то, что эта теория некорректна.
Тогда возникает вопрос: Перед лицом этих фактов, почему современные ученые так твердо убеждены в правомочности специальной теории? Почему передовые ученые делают безапелляционные заявления, такие как нижеприведенное утверждение Гейзенберга?
“Тем не менее, теория, ставшая аксиоматической основой всей современной физики, подтверждена большим числом экспериментов. Она стала постоянным свойством точной науки, как классическая механика или теория теплоты”.48
Ответом на вопрос может быть выдержка из цитаты. “Теория, - говорит Гейзенберг, - подтверждена большим числом экспериментов”. Но эксперименты подтвердили лишь математические аспекты теории. Они говорят лишь о том, что специальная относительность математически корректна и, следовательно, могла бы быть правомочной. Почти неприличная поспешность объявления правомочности теорий лишь на основе прочности математического подтверждения является одной из крайностей современной научной практики, которая, помимо потворствования выдумыванию специальных допущений, прикрывает ошибки, допущенные концепцией вселенной материи, и мешает признанию необходимости базового изменения.
Подобно любой другой теории, специальная относительность не может быть подтверждена как теория до тех пор, пока не правомочны ее концептуальные основы. Конечно, концептуальные основы, являющиеся самой теорией, как и математика, воплощенная в уравнениях Лоренца, существовала до того, как Эйнштейн сформулировал теорию. Однако установление концептуальной правомочности намного труднее, чем установление математической правомочности. И в такой ограниченной области как относительность это невозможно потому, что имеется слишком много математически эквивалентных альтернатив. Оно доступно лишь тогда, когда из многих источников доступна параллельная информация об устранении альтернатив.
Кроме того, рассмотрение известных альтернатив не убедительно. Имеется общая тенденция полагать, что там, где нельзя обнаружить удовлетворительных альтернатив, приемлемой альтернативы просто не существует. Это ведет ко многим великим, ошибочным допущениям, которые принимаются потому, что смоделированы после правомочных математических утверждений и обладают сверхъестественной степенью достоверности. Например, давайте рассмотрим два нижеследующих утверждения:
А. “Как математическая проблема, если скорость света постоянна для всего, существует лишь одно возможное решение (преобразование Лоренца)”. (Сэр Джордж Томсон)49
Б. Непонимание (эксперимента Майкельсона-Морли) существовало и существует, за исключением того, что он предлагает идею абсолютного времени и абсолютной длины и выдвигает две взаимозависимые концепции”. (Р. А. Милликан)50
Логическая структура обоих утверждений (включая подразумеваемые допущения) одна и та же и может быть выражена следующим образом:
1. Решение рассматриваемой проблемы получено.
2. Длительное и интенсивное изучение потерпело неудачу в получении
любого альтернативного решения.
3. Следовательно, изначальное решение должно быть корректным.
В случае утверждения 1 логика неопровержима. По существу, она будет правомочна, даже без поиска любых альтернатив. Поскольку исходное решение дает корректные ответы, понадобилось бы любое другое правомочное решение, математически эквивалентное исходному. И с математической точки зрения, эквивалентные утверждения – это просто разные пути выражения одного и того же. Как только мы получаем математически корректный ответ для решения проблемы, у нас есть математически корректный ответ.
Утверждение 2 – это применение той же логики скорее к концептуальному, чем математическому решению. Но здесь логика абсолютно неправомочна, поскольку в этом случае альтернативные решения – это другие решения, а не просто разные способы выражения одного и того же решения. В этом случае нахождение объяснения, увязывающегося с наблюдаемыми фактами, не гарантирует того, что у нас имеется корректное объяснение. Прежде, чем может быть установлена концептуальная правомочность, должно быть дополнительное подтверждение из других источников.
Кроме того, так же несостоятельна и необходимость дополнительного свидетельства, даже если рассматриваемая теория является самым лучшим объяснением, которое удалось получить науке, или, по крайней мере, должно быть таковым. Очевидно, мы никогда не сможем быть уверены, что исчерпали все возможные альтернативы. Теоретики не любят это признавать. Когда они посвятили изучению и исследованию проблемы многие годы, а ситуация остается такой, как описана Милликеном (найдено лишь одно объяснение, признанное разумно приемлемым), возникает сильное искушение предположить, что существует лишь одно возможное объяснение. И что доступная теория обязательно корректна, даже если, как в случае специальной теории относительности, имеется определенное свидетельство противоположного. Иначе, если они не высказывают подобное предположение, им придется признавать, автоматически, если не искренне, что их способности неадекватны задаче нахождения альтернатив. Лишь немногим человеческим существам, в научном сообществе или вне его, доставит удовольствие такого рода признание.
Вот в чем причина, почему серьезные недостатки специальной теории рассматриваются так снисходительно. Нет ничего более приемлемого (хотя имеются альтернативы интерпретации Эйнштейна уравнений Лоренца, одинаково соответствующие доступной информации), и физики не хотят признаваться, что могли упустить правильный ответ. Но факты – упрямая вещь. Специальная теория не прибавила к уже существующему знанию никакой новой правомочной концептуальной информации. Это ничто иное, как ошибочная гипотеза - заметное дополнение к историческому досье, процитированному Джинсом:
Дата добавления: 2018-09-20; просмотров: 245; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!