Аннотация: Новая редакция статьи моего отца Аркадия Моисеевича Жмудь, помещенная по его просьбе
"Важно иметь две точки зрения на один и тот же предмет и допускать, что возможны две различные точки зрения".
Д.К.Максвелл [1]
В последние годы официальная наука считает недопустимыми любые попытки критического анализа специальной теории относительности (СТО) А. Эйнштейна, отождествляя это с признаком невежества. В какой-то мере это обусловлено абсурдными поползновениями ниспровержения этой теории некоторыми из авторов. Тем не менее, дискуссия по существу этой теории неизбежна, ибо, как правильно отмечает М. Джеммер, "Если фундаментальные понятия теоретической физики не могут быть извлечены только из опыта, но являются, по выражению Эйнштейна, "свободными творениями человеческого разума", то изучение процесса их формирования и сопутствующих этому эмпирических, математических, философских и психологических факторов может оказаться полезным, для того чтобы понять, была ли фактически принятая теоретическая схема единственно возможной и не могла ли появиться иная формулировка теории при ином сочетании действовавших в то время факторов" [2, стр.10].
Известно, что теоретический анализ полевого взаимодействия подготавливался всем ходом исторического развития физики: от выдвинутой М.Фарадеем концепции поля, как посредника при передаче силового воздействия и феноменологической теории электромагнитного поля Д.К. Максвелла, до эфирной теории электронов Г. Лоренца. Не могли не наложить свой отпечаток на развитие этой теории популярные в те годы математические и философские работы Маха и Пуанкаре.
А.Эйнштейн в СТО не просто логически замкнул круг своих знаменитых предшественников, но и внёс в них новый подход к самой сущности проблемы полевого взаимодействия движущихся тел. И сделал это таким образом, что "восхитил современников, по выражению Г.Лоренца, захватывающей смелостью своего отправного пункта", которым явилось утверждение: "не следует придавать абсолютного значения понятию одновременности. Два события, одновременные при наблюдении из одной координатной системы, уже не воспринимаются как одновременные при рассмотрении из системы, движущейся относительно данной системы" [3, т.1, стр.7].
При этом в своей теории он исходил из:
- признания конечной скорости распространения силового воздействия полем;
- локального характера полевого взаимодействия; т.е. "Поле здесь и теперь зависит от поля в непосредственном соседстве в момент только что протекший" [2, т.4, стр.448].
- протяжённости силового взаимодействия, в результате чего оно передаётся и воспринимается на всём пути взаимодействия.
Последнюю особенность полевого взаимодействия Эйнштейн не выделял в СТО непосредственно, но фактически учитывал её при переходе от рассмотрения движения точечных материальных тел к "твёрдому стержню", "ось которого направлена по оси Х координатной системы" [2, т.1, стр.12 -13].
В созданной теории, как известно, осуществлён переход к четырёхмерному пространству- времени, в котором время и пространство становятся относительными и собственными для каждой из систем координат, а скорости являются абсолютными. Кроме того, величина скорости света в вакууме провозглашается предельной величиной для всех движений материальных тел.
Однако принятая А.Эйнштейном теоретическая схема при всей её элегантности не является единственно возможной и самой совершенной. Эйнштейн и сам высказывал неудовлетворение, когда писал: "С самого начала ясна недостаточность принятых постулатов для обоснования теории масштабов и часов. Эти постулаты не настолько сильны, чтобы из них можно было вывести достаточно полные уравнения для физических процессов. Если вообще не отказываться от физического толкования координат (что само по себе было бы возможно), то лучше уж допустить такую непоследовательность, но с обязательством избавиться от неё на дальнейшей стадии развития теории. Однако этот грех нельзя узаконить до такой степени, чтобы разрешать, например, пользоваться представлением о расстоянии, как о физической сущности особого рода, существенно отличающейся от других физических величин, сводить физику к геометрии и т. п." [3, т.4, стр.268].
Можно утверждать, что иная формулировка теории полевого взаимодействия возможна в том случае, если изменить отправной пункт СТО без изменения его сущности.
Известно, что в ньютоновской механике пространство и время имеют конкретные значения в любой системе координат и не зависят от взаимодействия материальных тел.
Исходными понятиями в этой механике являются масса материального тела и его относительная скорость. Задача здесь сводится к тому, чтобы по действующим на тело силам определить закон его движения. При этом действующая сила пропорциональна массе и относительной скорости взаимодействующих тел и передаётся непосредственно при их соударениях вследствие чего и изменяется закон их движения.
При полевом взаимодействии силовое воздействие передаётся полем, и оно так же зависит от величин зарядов или масс и относительной скорости взаимодействующих тел.
Таким образом, и в том и в другом случаях скорость относительного движения взаимодействующих тел в основном и определяет закон движения этих тел.
По существу, А.Эйнштейн, отрицая абсолютную одновременность удалённых событий, тем самым отрицает абсолютную адекватность силового воздействия, а, следовательно, неадекватность восприятия относительной скорости при полевом взаимодействии. Отсюда предлагаемая новая формулировка будет: не следует придавать абсолютного значения относительной скорости движения материальных тел, воспринимаемой посредством передачи силового воздействия физическим полем.
Приняв такую формулировку, процесс полевого взаимодействия можно рассматривать таким же образом, как и в ньютоновской механике, но при этом следует учитывать, как истинную относительную скорость (v) между движущимися взаимодействующими телами, так и воспринимаемую ими посредством поля относительную скорость (u) .
Третьей скоростью, участвующей в рассмотрении, является скорость распространения взаимодействия в поле данной физической основы. Для электромагнитного поля - это скорость света в вакууме - c.
Необходимо установить связь между этими скоростями. В простейшем случае прямолинейного равномерного движения для этого можно воспользоваться мысленным экспериментом аналогичным тому, что и при выводе соотношений специальной теории относительности. Пусть полевое взаимодействие происходит между двумя точечными телами на электромагнитной основе на прямолинейном участке пути длиной l0, в средине которого находится второе тело, принятое за неподвижное, Первое тело движется равномерно со скоростью v = l0/t0. Очевидно, световые сигналы от движущегося тела из начального и конечного участков пути придут к неподвижному телу за разные промежутки времени: t1 и t2 соответственно. За время t1 движущееся тело пройдёт путь vt1, а сигнал - путь ct1. Естественно, что t1 (v + c) = l0/2. Аналогично: t2 (c - v) = l0/2. Отсюда полное время прохождения всего пути будет восприниматься неподвижным телом как:
Dt = t2 - t1 = 10 / c [ v/c (1 - v2/c2)].
Разделив воспринимаемую при таком взаимодействии длину пути
l 0 (1- v2/c2) - 1 / 2
на воспринимаемое время (t 0 + Dt) и учитывая, что l 0 /t 0 = v, получим выражение для воспринимаемой скорости:
u = v (1-v2/c2)1/2. (1)
Полученное выражение показывает, что воспринимаемая скорость будет тем сильнее отличаться от истинной относительной скорости, чем ближе эта скорость по своей величине к скорости света. При скоростях малых по сравнению со скоростью света релятивистский эффект отсутствует: u = v.
Необходимо подчеркнуть, что отличие воспринимаемой скорости от истинной относительной скорости обусловлено отмеченными А.Эйнштейном особенностями полевого взаимодействия и не является "кажущимся". Полевое взаимодействие между телами осуществляется не на основе истинной относительной скорости, а именно на основе воспринимаемой скорости. Однако предлагаемый переход от собственных масштабов пространства и времени к воспринимаемой скорости возвращает рассмотрение процесса полевого взаимодействия в трёхмерное пространство с традиционным понятием времени. Помимо этого, что особенно важно, такой переход снимает ограничение предельной скорости любого движения скоростью света в вакууме налагаемого СТО. Первоначально А.Эйнштейн не вводил требование предельной скорости в свою теорию. Его второй постулат требует лишь инвариантной, а не предельной скорости. Известно, что впервые предположение о возможности создания такой механики, в которой "скорость света являлась бы непреодолимым пределом", высказал Пуанкаре [4,стр.25]. Эйнштейн, исходя из того, что при равенстве скоростей подкоренное выражение в преобразованиях Лоренца превращается в нуль, так же стал утверждать, что "Число, выражающее скорость света, явно входит в преобразования Лоренца и играет роль предельной скорости в классической механике" [3, т.4,стр. 479]. Таким образом, Эйнштейн пришёл к выводу о том, что "для скоростей, превышающих скорость света, наши рассуждения теряют смысл" [3,т.1, стр.18].
Из этого же исходил и Г. Минковский, который ввёл уже в качестве аксиомы утверждение о том, что "скорость вещества всегда меньше скорости света в пустом пространстве" [5, стр.24].
При переходе к анализу полевого взаимодействия посредством воспринимаемой скорости нет необходимости налагать какие либо ограничения на скорости движения материальных тел. Истинная относительная скорость может принимать любые значения, в том числе и превышающие скорость распространения взаимодействия в данном физическом поле. И это не только не теряет смысл, и не нарушает причинности. Это лишь означает, что взаимодействие приняло новые формы При равенстве скоростей: v = c исходя из соотношения (1) получим u = 0, т.е. такое взаимодействие, при котором возможно образование сложной системы из взаимодействующих тел. При сохранении таких взаимных траекторий движения, при которых это условие будет сохраняться. их взаимное силовое воздействие будет восприниматься отсутствующим, несмотря на то, что истинная энергия каждого будет Е = mc2/2. Но при разрушении такой системы выделится энергия, обусловленная не воспринимаемой, а истинной относительной скоростью движения этих тел, откуда естественным образом получим значение выделяющейся при разрушении такой системы энергии: Е = mc2. Это соотношение явилось, как известно, гениальной догадкой А.Эйнштейна. Впервые он выдвинул эту гипотезу в 1905 году. Впоследствии он возвращался к этому вопросу в 1906, 1935 и даже в 1946 году в статье под характерным названием: "Е = mc2: настоятельная проблема нашего времени", однако ни в одной из этих работ так и не было релятивистского вывода этого соотношения.
Если рассматриваемое взаимодействие происходит на электромагнитной основе, то при истинной относительной скорости, превышающей скорость света, воспринимаемая скорость становится мнимой величиной. Это означает, что взаимодействующая материальная частица будет восприниматься в таком взаимодействии с обратным знаком своего движения, то есть, как "античастица". Для получения такого эффекта этой частице необходимо сообщить огромную энергию, что в действительности и наблюдается при создании античастиц [6, стр.550].
Следует обратить внимание на то, что в классической механике под "количеством движения" (импульсом) подразумевается мера механического движения, равная для материального тела произведению его массы на скорость Р = m0v. Теперь воспринимаемый в полевом взаимодействии импульс будет
Р = m0 v ( 1 - v2/c2 ) -1/ 2
Формально такое же значение релятивистского импульса принято и в СТО, хотя там оно по признанию самого Эйнштейна не выводится: [3, т.2, стр, 417]. Но в нашем случае такое значение импульс принимает не потому, что возрастает масса тела, как это трактует СТО, а является следствием воспринимаемой в полевом взаимодействии скорости. Все экспериментальные зависимости, якобы подтверждающие зависимость массы от скорости, следует трактовать в пользу не зависимости массы от скорости, а ослаблением взаимодействия с полем и в силу этого эффекта, воспринимаемого как возрастание массы тела.
Таким образом, показано, что принятая А.Эйнштейном теоретическая схема для описания процесса полевого взаимодействия не является единственно возможной. Более того, переход к воспринимаемой скорости, учитывая важнейшие особенности полевого взаимодействия, впервые установленные А.Эйнштейном, возвращает нас к трёхмерному пространству, устраняет ограничение скоростей величиной скорости света даёт новое понимание процесса полевого взаимодействия, в том числе образование систем и появление "античастиц". Впервые приведенная возможность иного подхода к теории полевого взаимодействия была опубликована автором в 1997 году [7].
Естественно, что предлагаемый подход к анализу полевого взаимодействия требует нового философского осмысления.
Цитируемая литература
1. Максвелл Д.Е. Избранные сочинения по теории электромагнитного поля. М.1956 г.
2. М. Джеммер. Эволюция понятий квантовой физики. М. Наука.1985 г, стр.10.
3. А Эйнштейн. Собрание научных трудов. Т.1 - 4.М.Наука.1965 г.
4. А.О.Пуанкаре. О науке. М.Наука.1983 г.
5. Г. Минковский. Основные уравнения электромагнитных процессов в движущихся телах. Эйнштейновский сборник.1978-1979 г.М.Наука1983г.
6. А.И. Китайгородский. Введение в физику. М. Физматгиз. 1959 г.
7. А.М.Жмудь. О возможности информационного подхода к анализу полевого взаимодействия движущихся материальных тел. Сборник научных трудов НГТУ. N 3(8) и N 4(9) 1997 г.
(C) А.М. Жмудь
МОИ ЗАМЕЧАНИЯ
1. К эпиграфу. Эпиграф не удачен. Как понять тезис о том, что 'Целесообразно иметь две точки зрения на один и тот же предмет'? Если говорить о плоском представлении объемного предмета, то необходимо не менее трех проекций. Для представления вектора двумя скалярами - необходимы ровно две проекции с учетом знака. Но, видимо, автор цитаты имел в виду нечто иное. Если говорить о теориях, но нужна на самом деле одна теория, самая близкая к истине. Другой вопрос: для отыскания наиболее близкой к истине теории целесообразно иметь несколько теорий, и сравнить их с помощью какого-то проверяемого экспериментальными методами предсказания, которые достоверно отличаются из разных теорий. Если первая теория предсказывает событие А, а вторая - событие Б в равных условиях, то эксперимент, который способен отличить событие А от события Б является решающим , то есть он доказывает, что одна теория более близка к истинной, чем другая, поскольку при различных прогнозах для одних и тех же условий эта теория дает верный прогноз, а альтернативная теория дает прогноз ошибочный. Если бы в данной статье предлагалась другая теория, прогноз из которой отличается от обсуждаемой теории, то надо было бы и название статьи изменить. Следовало бы тогда статью назвать не 'Возможность иной формулировки...' а 'Возможность иной теории...' Если иная теория в равной степени опирается на все уже известные факты и дает абсолютно те же прогнозы, что и известная, то это будет возможная новая теория, не имеющая ни преимуществ, ни недостатков по отношению к известной. Эта теория имеет право на существование в случае ее большей простоты. Поскольку в статье речь идет не об этом, то название и эпиграф я считаю неудачным. Но это лишь мое мнение, и я призываю читателей размышлять самостоятельно.
2. Если обратить внимание на утверждение о том, что целесообразно различить истинное и воспринимаемое движение, то речь должна идти об альтернативной теории. То есть имеет место уже не 'иная формулировка', а 'иная теория'. В связи с тем, что поле распространяется в пространстве с ограниченной скоростью, любая информация о движении какого-либо тела в пространстве всегда достигает других точек в пространстве с запаздыванием. Следовательно, любая информация необъективна. Из того, что объекты воспринимают друг друга необъективно следует необходимость отличать истинные движения от воспринимаемых. Соответственно, будет отличаться истинная скорость объектов от воспринимаемой скорости. Будут отличаться и истинные положения от воспринимаемых, будут отличаться и массы, и заряды, и размеры тел.
3. Таким образом, в этой статье заложены точки роста новой теории, логически более обоснованной, нежели теория относительности. Это очень важно.
4. Пример восприятия скорости одного точечного объекта другим точечным объектом взят слишком нарочитый: рассматривается лишь тот случай, когда до начала обсуждаемого интервала движущийся объект находится с одной стороны от покоящегося объекта, а после окончания интервала - с другой стороны. Этот выбор условия явно искусственный. Ощущается желание автора получить те же самые отношения, которые известны как преобразования Лоренца. Если бы не этот странный выбор, мы бы заметили, что приближающийся объект воспринимается как более короткий, а удаляющийся объект воспринимается как более длинный. И только случай оценивания отрезка, один конец которого удаляется, а другой - приближается, даст в итоге ошибку, описываемую масштабным коэффициентом, известным как преобразование Лоренца. Если бы автор не гнался за совпадением с теорией относительности, а исследовал логически ситуацию такой, какова она есть, то он бы неминуемо пришел к выводу, что точно так же, как частота излучения приближающегося генератора кажется нам повышенной, а частота удаляющегося генератора кажется пониженной вследствие известного эффекта Доплера, так же если мы станем измерять длину по вспышкам света на началах и концах отрезка, то эта длина будет нам казаться в одном случае завышенной, а в другом - заниженной. Поэтому время в приближающемся объекте кажется нам текущим ускоренно, а в удаляющемся объекте кажется текущим замедленно. Это кажущееся отличие не имеет никакого отношения к объективной реальности. То есть если бы мы могли мгновенно перемещаться из одной системы отсчета в другую и там оставаться для нужных измерений, мы бы могли сопоставить истинное значение скоростей, длин, интервалов времени и зарядов с теми, которые воспринимаются с искажениями в тех или иных системах отсчета. Но, к счастью, нет необходимости мгновенно перемещаться. Достаточно осознать, что ограниченность скорости распространения всех сигналов в пространстве (то есть приращений всех полей и всех сил) вносит ошибку, которую можно описать аналитической зависимостью. Следовательно, можно решать обратную задачу. И даже в том случае, когда обратная задача не всегда разрешима (или как частный случай - решение обратной задачи может быть осуществлено лишь с некоторой большой погрешностью) - это отнюдь не означает, что сама постановка обратной задачи некорректна. Если по отклику мы не можем восстановить исходный сигнал, это отнюдь не дает нам повода считать, что исходного сигнала нет вовсе, или что отклик - единственная объективная данность, и следовательно лишь он существует объективно, а истинный исходный сигнал нет смысла обсуждать, ибо он недоступен измерению.
5. Именно на таких ошибочных позициях стоит теория относительности, которая утверждает: нет смысла говорить об объективных значениях скорости, темпа времени и других величинах, которые мы не можем измерить в разных системах одинаково; коль скоро мы не имеем основания для предпочтения одной системы перед другой, то нет единственно покоящейся системы, и следовательно нет единственно верных значений скоростей, темпа времени, сил и так далее. Утверждая это, теория относительности вводит нас в мистику, далекую от истинной картины мира. На самом деле невозможность выделения истинно покоящейся системы в целом в природе никогда не является невозможностью для данной задачи.
В любой реальной или теоретической задаче всегда можно указать единственную покоящуюся систему, в которой решения задачи получаются наиболее простыми, и эта система, как правило, связана с центром масс всех задействованных тел. Если задачу расширять географически (переходить от Земли к Солнцу, или от Солнца к Галактике), то естественным будет переход и к более глобальной системе, отрицание покоя предыдущей системы и ввод новой покоящейся системы. В этом нет никакой проблемы. Правила перехода от одной системы к другой должны быть понятными и естественными, и главное - обратимыми. Правила перехода в теории относительности необратимы. Уже одно это говорит об их ошибочности, поскольку в реальной жизни мы если бы переходили из системы отсчета, связанной с Землей, к системе, связанной с Солнцем, а потом стали бы переходить обратно, мы бы пользовались обратными преобразованиями, то есть такими преобразованиями, которые бы дали исходные условия задачи, если бы были применены к чему угодно сразу же после того, как применены были прямые преобразования.
Формально это звучит так. Пусть имеется процесс, описываемый в системе отсчета С1 как X1. С помощью преобразования L 1/2 перейдем из системы С1 в систему С2, и получим новый процесс X2.
Теперь с помощью обратного преобразования L2/1 =L-11/2 применив его к новому процессу X2 перейдем в исходную систему C1. Мы должны получить исходный процесс X1.
То есть L-1 {L{X}}=X - необходимое условие любых преобразований координат. Это необходимое условие справедливости принципа относительности. Легко показать, что преобразование Лоренца не отвечает этому условию. Следовательно, преобразование Лоренца не может быть верным, оно не отвечает принципу относительности, оно не описывает реальных физических процессов. Следовательно, вся теория относительности является абстракцией, оторванной от реальности, ни имеющей ничего общего с реальными физическими явлениями.