Аннотация: Опыт Физо, формула Френеля и ещё одна несуразица Эйнштейна
1. Опыт Физо, формула Френеля и ещё одна несуразица Эйнштейна
Теория чего бы то ни было должна давать описание, как минимум, того предмета, о котором судит.
Теория относительности претендует на наиболее верное описание механических явлений и процесса распространения света.
Посмотрим.
Пусть некоторая светопроводящая среда, например вода, движется со скоростью V относительно наблюдателя A, а наблюдатель B движется так же, как и эта среда.
Теория относительности утверждает, что физические законы для обоих наблюдателей таковы, что невозможно отличить покой от движения. Теория подчеркивает, что это касается и распространения света.
Нас интересует скорость света в различных направлениях. В частности, в направлении движения жидкости и в противоположном направлении.
Покоящийся наблюдатель A должен пользоваться результатами опыта Физо и формулой Френеля, справедливость которой многократно доказана экспериментально.
Теория гласит, что скорость света в движущейся со скоростью V среде равна:
Cv=C/n+aV, (1)
где C - скорость света в вакууме, n - показатель преломления,
a=1-1/n^2. (2)
Движущаяся среда лишь частично "увлекает" свет с коэффициентом, определенным соотношением (2). Скорость света в системе наблюдателя A в двух встречных направлениях отличается на величину, пропорциональную этому коэффициенту, от той, которая была бы в случае покоя жидкости.
Но утверждение "среда лишь частично увлекает свет" указывает на существование единственной покоящейся системы отсчета, для которой в этом случае скорость света во встречных направлениях одна и та же, во всех же прочих системах отсчета в силу следствия закона Френеля скорость света во встречных направлениях не должна совпадать по величине.
В частности, если систему отсчета привязать к наблюдателю B (то есть к среде), то, с одной стороны, мы можем вычислить скорость света в интересующих нас направлениях из соотношения (1) с помощью преобразований Лоренца.
С другой стороны, согласно принципу относительности Эйнштейна, в системе B среда покоится, а, следовательно, скорость света во всех направлениях равна одной и той же величине (1) со значением a=0:
Cv=C/n, (3)
Получается, что не только в вакууме скорость света сама по себе не имеет смысла, как утверждал Эйнштейн (с чем многие ученые смирились, поскольку измерять скорость света без хотя бы одной системы из хотя бы двух тел практически не возможно). В этом случае и в среде понятие скорости света также теряет какой-либо смысл, с чем уже никак нельзя согласиться.
Действительно, если мы говорим о скорости света в среде, то мы полагаем, что для любой среды можно единственным образом выбрать систему, в которой эта среда покоится. Следовательно, к системе, в которой среда покоится всегда можно привязать некоторую шкалу, и определить скорость света относительно этой шкалы единственным образом. Следовательно, скорость света в среде должна быть объективной величиной, связанной с этой средой. Если же мы теперь будем исследовать скорость света в этой среде из других систем отсчета, то наше движение относительно этой среды в любой заслуживающей внимания теории не должно влиять на скорость света в среде.
Принцип относительности, напротив, для этого случая утверждает, что мы можем любую систему, движущуюся равномерно и прямолинейно относительно этой среды, считать покоящейся, и в этой новой системе применить формулу Френеля (1). Это даст нам в результате два значения скорости света во встречных направлениях, которые отличаются на небольшую величину, от их среднего значения, а среднее значение равно той же величине C/n, но уже не в системе наблюдателя B, а в системе наблюдателя A.
То есть получается, что скорость света в среде определяется скоростью наблюдателя. Если такие парадоксы ещё как-то укладывались в чьем-то сознании, когда мы говорили о вакууме, то подобное утверждение применительно к среде - совершенно абсурдно.
С другой стороны, отрицание существования светоносной среды было высказано и получило признание лишь на том основании, что среда требует признания единственного и объективного значения скорости света в любой точке пространства. Именно ошибочное толкование опыта Майкельсона привело к утверждению, что скорость света относительно движущегося интерферометра не зависит от его движения. Эта ошибка вызвала теоретическое утверждение о том, что скорость света не зависит от каких бы то ни было свойств пространства. Это привело к мысли, что никакой элемент пространства не может быть охарактеризован скоростью, а, следовательно, пространство не содержит светопроводящей среды.
То есть отрицание "эфира" было обосновано отрицанием возможности зависимости скорости света от движения или покоя в пространстве.
Но для любой среды в предположении справедливости теории относительности мы приходим к точно такому же утверждению. Следовательно, мы имеем ровно столько же оснований для отрицания существования любой светопроводящей среды (воды, стекла, алмаза и т.п.), сколько Эйнштейн имел для отрицания существования светоносного эфира.
Если соглашаться с Эйнштейновским утверждением, что скорость света сама по себе не имеет смысла, а может быть оценена лишь по отношению к материальным объектам, то это положение следует на основании формулы Френеля распространить и на всякую светопроводную среду. Если постулаты и логические выводы верны, они должны быть верны для всех аналогичных случаев, если же они не верны в случае среды, они ошибочны и в случае "абсолютного вакуума".
В обоих случаях теория относительности ошибочна.
2. Небольшое замечание на уровне, понятном и без формул.
Опыт Майкельсона, послуживший основанием для отрицания "эфира", был осуществлен более ста лет назад. Разумеется, Майкельсон не мог работать с абсолютным вакуумом, поскольку в то время не существовало техники для его получения, также как не существует и сейчас. Всё, что в технике называется вакуумом, на самом деле всего лишь чрезвычайно разреженный газ. Показатель преломления для газовой смеси (воздуха) и для вакуума близки, но не равны. Очевидно, что с уменьшением давления газа, его свойства должны постепенно приближаться к свойствам вакуума. Лишь поэтому можно приблизительно считать, что интерферометр Майкельсона не был заполнен никакой средой. Только в предположении справедливости приблизительной идентичности свойств разреженного газа и вакуума можно говорить, что опыт Майкельсона даёт основания для обсуждения свойств вакуума.
Теория относительности утверждает принципиальное отличие свойств вакуума и разреженного газа.
В частности, утверждается, что ни одно тело не может двигаться со скоростью, превышающей скорость света в вакууме. Одновременно ничто не запрещает движение частиц со скоростью, превышающей скорость света в среде. Ничто не запрещает при этом под средой понимать чрезвычайно разреженный вакуум.
На практике четкой границы между вакуумом и разраженным газом нет. Значит, и теория не должна давать резкого, скачкообразного различия. Особенно, если теория построена на опыте, проделанном не с истинным вакуумом, а с его грубым приближением.
Теория строения веществ также не даёт оснований для кардинального, скачкообразного отличия свойств вакуума от разреженного газа. Современная физика под газом понимает вакуум, заполненный быстро движущимися отдельными атомами или молекулами. Разрежение газа - это уменьшение количества этих частиц в единице объема. Но для любого газа расстояние между частицами изначально намного превышает геометрические размеры этих частиц. Следовательно, свет преимущественно должен распространяться не в этих частицах, а в пространстве между ними. То есть для любого газа справедливо утверждение, что светоносная среда остается одной и той же, а именно: вакуумом, а частицы газа - это лишь препятствия, увеличивающие время прохождения света в данном пространстве. Частицы газа - это вовсе не носители света, это - захватчики световой энергии, которые её некоторое время удерживают, чем и замедляют распространение света в среде. Если газ движется, то суть явления не меняется, но захватчики света, удерживая его, одновременно перемещаются. Таким образом, движущаяся среда лишь частично уменьшает процесс замедления света - вот как надо формулировать закон Френеля. Утверждение, что среда лишь частично увлекает свет, не вполне точно. Среда не увлекает свет, она препятствует его распространению, а при движении в том же направлении препятствует чуть меньше (при движении встречно препятствует чуть больше). Если "захватчики" не отпускают свет, среда будет не прозрачной, не важно, газ это, жидкость, или твердое тело.
Прозрачные твердые тела (стекло, алмаз) с точки зрения распространения света практически ничем не отличаются от газа, поскольку скорость света так велика, что в элементах пространства, заполненного газом, атомы и молекулы не успевают существенно изменить свои координаты за время прохождения в них света. Для света атмосфера как бы "заморожена". Двигаясь в газе, свет распространяется в том самом светопроводящем пространстве (вакууме, эфире), лишь изредка взаимодействуя с молекулами. Эти молекулы в сравнении со скоростью света фактически покоятся, а взаимодействие состоит в кратковременном поглощении и рассеянии вперед. Прозрачность тела определяется соотношением между поглощенной и рассеянной световой энергией. При прохождении света через жидкость или твердое тело ситуация практически идентична.
Поэтому утверждение, что светопроводные свойства вакуума принципиально отличаются от светопроводных свойств разраженного газа безосновательны: они не столь принципиально отличаются даже от светоносных свойств плотного газа, жидкости или твердого тела. Это - простое следствие современных представлений о строении газов, жидкостей и твердых тел.
Коль скоро безосновательно введение для вакуума скачком изменяющихся свойств, в отличие от разреженного газа, следовательно, безосновательно и введение понятия "пустоты" как отсутствие светоносной среды. И уж тем более не следует вводить такое понятие на основании опыта, проделанного в воздухе (каким бы малым не было его давление).