Относительность промежутков времени. Моменты наступлений событий в системе
. Система
оба рассматриваемых события происходят в одной и той же точке. Промежуток времени между ними (собственное время) равен
. С точки зрения наблюдателя, находящегося в системе
– промежуток времени между отправлением светового импульса и его возвращением, измеренный по синхронизованным часам
, расположенными в разных точках системы K. Но согласно второму постулату СТО, световой импульс двигался в системе
. Следовательно,
Таким образом, промежуток времени между двумя событиями зависит от системы отсчета, т. е. является относительным. Собственное время
всегда меньше, чем промежуток времени между этими же событиями, измеренный в любой другой системе отсчета. Этот эффект называют релятивистским замедлением времени. Замедление времени является следствием инвариантности скорости света.
. Два взгляда на движение одного и того же фотона, - подвижный и неподвижный.
В классической СТО системы отсчёта можно вертеть в любые стороны, хош эта неподвижна та движется, хош - наоборот.
Рассмотрим такой мысленный эксперимент: в момент времени
t = 0, когда координатные оси двух инерциальных систем
K и
K' совпадают, в общем начале координат произошла кратковременная вспышка света. За время
t системы сместятся относительно друг друга на расстояние
vt, а сферический волновой фронт в каждой системе будет иметь радиус
ct, так как системы равноправны и в каждой из них скорость света равна
c. С точки зрения наблюдателя в системе
K центр сферы находится в точке
O, а с точки зрения наблюдателя в системе
K' он будет находиться в точке
O'. Следовательно, центр сферического фронта одновременно находится в двух разных точках!
Как и в случае с вагоном, наблюдатель в подвижной системе отсчёта
ошибается на счёт реального места вылета фотона из-за замедления времени, сжатия линеек и незамеченной перемещаемости. Это одна и та же сфера, но кажущаяся различной для двух разных наблюдателей. Согласно СТО если развернуть ситуацию, посчитав неподвижную систему подвижной, и наоборот, то в источнике вылета фотона ошибется уже другой наблюдатель. Но есть в этом непреодолимая логическая проблема. (Вопрос о движении чего-либо относительно фотона (в том числе другого фотона) в рамках СТО вообще не имеет смысла, потому, что мы не можем связать с фотоном никакую инерциальную систему отсчёта ИСО. В такой ИСО фотон, принятый за точку отсчёта, покоился бы, что невозможно, потому что скорость света постоянна (и, естественно, не равна нулю) в любой ИСО.)
Скорость света, конечно же, как и любая скорость различна относительно движущихся и неподвижных тел, но это невозможно зафиксировать, поскольку линейки и часы у нас подстраиваются под скорость их движения. Движущиеся линейка с часами, сжимаясь и замедляясь, просто не учитывают часть пройденного фотоном пути, так как сами не замечают своего движения. Отсюда берётся постоянство скорости света во всех ИСО. Земля движется относительно Солнца, центра Млечного Пути, точки Большого Взрыва, и т.д., поэтому при проведении опыта Майкельсона-Морли мы не учитывали суммирование множества движений относительно некоей абсолютной неподвижности, так как не представляется возможным их установить. Но оно, сжатие плеч интерферометра помимо учёта движения вокруг Солнца есть, и никак не влияет на результат опыта из-за ничтожной от световой доли.
Одновременный возврат фотонов пущенных по плечам интерферометра в опыте Майкельсона-Морли доказывает сокращение линейных размеров физических тел по направлению его движения, и этот факт совместно с проверенным в эксперименте равенством скорости света во всех ИСО доказывает замедление времени в движущихся ИСО.
Официальная трактовка СТО, на данный момент, называет физическое сжатие линейного размера движущегося объекта иллюзией, видимой только неподвижному наблюдателю. (Как вариант, представители официальной точки зрения мысленно раскладывают тело на два абсолютно независимых друг от друга тела, называя эти тела «разными системами отсчёта» и тогда одно тело у них сжимается, а другое остаётся несжатым. Либо предполагается существование тела, которое короче или длиннее самого себя.) Но это опровергает сам Эйнштейн, давший две абсолютно одинаковые формулы для расчёта замедления времени в движущейся ИСО, и сокращения в ней линейного размера по направлению движения. Согласно СТО, если один из братьев-близнецов отправляется в космический полёт на субсветовых скоростях, оставив другого на Земле, а потом возвращается, то мы видим, что скорость, с которой двигался космический путешественник, оказала на него прямое физическое воздействие, он остался молодым. Оба брата побывавшие наблюдателями в обоих ИСО видят это в зеркале. А раз замедление времени при движении оказывает на движущегося прямое физическое воздействие, то и сокращение линейного размера обязано оказывать на него точно такое же прямое физическое воздействие. И сокращение этого размера будет не иллюзией неподвижного наблюдателя, а реальным физическим явлением общим для всех наблюдателей с той лишь разницей, что у движущегося наблюдателя не будет возможности измерить сокращение, по причине равного сжатия линейки. Используемая официальная трактовка сродни подходу "тут читаем, тут рыбу заворачиваем." А если пространство для него должно реально сжиматься, он обязан видеть круг в виде эллипса. То есть на высоких скоростях путешественник должен видеть искажения. Это вытекает из всех опытов СТО и всей её логики. Циркуль на субсветовых скоростях начнёт рисовать эллипс, а черчение компенсирующего сжатие большой оси эллипса, для глаза привыкшего видеть окружность, даст изображение окружности. Если есть сжатие по направлению движения, то его можно обнаружить только неподверженной сжатию зрительной привычкой, поскольку она находится в памяти сознания. Это означает, что плотность молекул увеличится, но подвижный наблюдатель не сможет приборами это обнаружить. Так же это означает, что не все системы полностью равноправны. Та система из двух случайно взятых окажется движущейся относительно другой, в которой искажения более выражены. То есть можно говорить об абсолютном движении и абсолютном покое, но очень в грубых рамках "на глаз". На самом деле все они должны двигаться относительно некоей неподвижности называемой в истории физики эфиром, но которая, как орбиты электронов существует в виде пустого пространства. Практически проверить это не представляется возможным из-за огромных энергетических затрат на разгон до субсветовых скоростей.
Эффект Доплера в опыте Майкельсона-Морли
Как показывают эксперименты с излучением, одни и те же волны имеют разную длину в зависимости от того, кто их наблюдает. Фотон телепортируется из точки излучения в точку поглощения, не имея по пути никакой длины волны. Длину волны он обретает при столкновении с поглотителем. Если поглотитель неподвижен относительно источника, длина волны точно такая же, как в источнике. Если поглотитель "убегает", длина волны, тормозясь в нём, растягивается. Если поглотитель налетает на квант, длина волны сжимается. Похоже на поведение пули в убегающей и набегающей мишени с той лишь разницей, что в убегающей мишени "пуля" оказывается длиннее, чем в стволе. Фотон, движущийся от источника по направлению движения интерферометра встречается с поверхностью зеркала на скорости
с-v, затем, отражается, и встречается с экраном на скорости
с+v. Фотон, движущийся от источника перпендикулярно направлению движения интерферометра, встречается с поверхностью зеркала, и позже с экраном на скорости
√(с
2 -v
2) Если поменять плечи интерферометра повернув его на 90 градусов, то картина интерференции на экране останется той же самой, так как соотношение скоростей сохранится прежним. Отсюда следует, что эффект Доплера в опыте Майкельсона-Морли никак не влияет на выводы СТО, полностью компенсируясь в обоих случаях.
Осмысление
Изменение скорости течения времени и линейных размеров при движении, согласно формул СТО, не покажется чем-то удивительным, если мы присмотримся к привычным нам электрическому и магнитному полям. Электрон, вращающийся вокруг атома, создает магнитное поле, и все атомы являются маленькими магнитами. Однако в большинстве веществ неупорядоченные магнитные эффекты атомов уравновешивают друг друга. Направление и интенсивность магнитного поля характеризуется так называемыми силовыми линиями, которые выходят из северного полюса магнита и входят в южный. Чем гуще силовые линии, тем концентрированнее магнетизм. Если к железу приблизить магнит, магнитные упорядоченные области (домены) железа начинают выстраиваться вдоль магнитного поля. В результате железо само становится постоянным магнитом. Когда заряженная частица влетает в такое магнитное поле, её начинает разворачивать перпендикулярно вектору индукции "невидимая рука" силы Лоренца/Ампера по направлению, зависящему от знака заряда. Положительно заряженную частицу в одну сторону, электрон в другую.
Таким образом, сначала все электроны в атомах магнита начинают, словно торнадо, крутиться в одном направлении, потом, когда вихрь становится достаточно мощным, индуцируя напряженность магнитного поля (силовые линии), они закручивают в этом же направлении и в той же плоскости пролетающий на огромном для межатомных дистанций расстоянии электрон, и в противоположном направлении альфа-частицу. Проблема в том, что
мы не можем увидеть никаких невидимых рук делающих это, и лишь обнаруживаем их наличие при пролёте заряженных частиц. "Невидимых рук" нет, но их действие мы видим. Значит, дело вовсе не в прямом действии, какое мы привыкли видеть в нашей обычной человеческой жизни, когда одно тело приходит в соприкосновение с другим телом, а в невиданных доселе свойствах физического мира, в которых он выступает неким единством.
То, что объединяет и синхронизирует движение электронов на орбитах атомов магнита, заворачивает пролетающую мимо магнита заряженную частицу, или при обратном действии в динамо-машинах преобразует механическое движение металлической рамки в магните в поток электронов – электрический ток, очевидно, отсутствует, как материя, но существует, как некий принцип физического мира. Точно так же этот отсутствующий в материи принцип проявляется в замедлении времени и сокращении линейных размеров движущегося тела в СТО. Окружённые бытовыми электроприборами мы настолько приняли его, что даже позабыли, но почему-то отвергаем в СТО.
Если предмет сокращается в размерах, то он это делает, либо под воздействием внешних сил, либо внутренних. Относительно лоренцева сокращения тогда следует сказать, что природа воздействия, приводящая к нему, нам пока не известна, но воздействие быть должно. Однако ускорение или замедление времени воздействием сил объяснить нельзя, поэтому остаётся сказать, что
таково свойство материи, - менять длину и время в зависимости от скорости перемещения. В этой концепции материя не имеет неизменного размера, и скорости течения времени в ней. Материя, особенно металлы, меняет размеры в зависимости от температуры, но это изменение обусловлено внутренними силами сцепления атомов, в данном же случае СТО полагает отсутствие каких бы то ни было сил.
Подобно воде принимающей форму дна, материя "принимает" длину и время скорости. Пространство и время не являются непосредственными данными сознания. Непосредственные данные сознания это протяжение и дление. Мы чувствуем, что длимся, и что между нашими руками есть протяжение. Это протяжение мы замыкаем в окружность, добавляем двигательный механизм со стрелкой, приравниваем полный круг стрелки к периоду видимого всем астрономического явления. Через деление протяжения окружности циферблата на части, мы получаем возможность в отсутствии средств связи, где либо встретиться, или спланировать свой день. Из этих объективных фактов делается вывод о существовании абстрактного абсолютного пространства и времени. Ситуация полностью повторяет появление алфавита, так же придуманного для коммуникации, но физически не существующего. Представьте себе искривление алфавита вблизи массивных небесных тел, и вы поймёте всю абсурдность буквального понимания пространственно-временного искривления Эйнштейна. Ещё раз: циферблат, движение по нему стрелки объективная реальность, единое, как угодно делимое время и пространство идеал. Пространство и время понятия нефизические, хотя с их помощью описываются физические процессы. Точно так же алфавит не существует физически, но формулирует физику. Без него невозможно постижение наук.
Картина силовых линий магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом в форме стержня. Железные опилки на листе бумаги. Несколько движущихся с разной скоростью вагонов с часами по краям, будут иметь пропорциональное скорости изменение длины и времени. Что физическое их объединяет, следит за соблюдением пропорций, как в распределении металлических опилок в магнитном поле? Очевидно, что при буквальном понимании формулировки СТО - наша идея о времени-пространстве, сформированная на основании опытных данных. Далее добавляют, что это и есть свойство пространства-времени. В случае же с магнитным полем картинку с опилками создают не наши представления, а электрический ток, проходящий по проводнику, или магнит. Следовательно, должна быть некая направляющая, генерируемая каким-либо физическим процессом, ответственная за соблюдение закономерности. Её называют эфиром, но зарегистрировать пока не могут. С другой стороны системообразующим эфиром всей теории в концепции Эйнштейна является пространство-время, несубстанциональная чистая идея. Отказавшись от физического эфира Эйнштейн был вынужден изобрести эфир нематериальный, идеальный эфир, выиграв в отсутствии необходимости его физически регистрировать, но проиграв в необходимости его теоретического обоснования. "Следить" за исполнением физических законов стала концепция, а не независимая от них физическая реальность. Согласно современным представлениям, физическое взаимодействие передаётся от одной точки к другой посредствам тех или иных элементарных частиц. У Эйнштейна в общеизвестной трактовке взаимодействия передаются через наши представления о них. Если представить, что нам неизвестна причина выстраивания опилок в причудливый рисунок, то тоже можно было бы свалить его на "свойства пространства". Но мы знаем, что рисунок создаёт присутствие магнита. Пространство это абстрактное понятие подразумевающее возможность разместить книжный шкаф, оно ответ на вопрос, поместится ли книжный шкаф или каков объём шкафа, а не описание наблюдаемого явления.
Есть ещё одна проблема эфира – постоянство скорости света. Скорость звука в средах тоже постоянна, но если мы просто примем аналогию с физической средой, не пропускающей сигнал выше некоего порога, то мы всё равно не сможем объяснить постоянство скорости света во всех ИСО. Если измеритель летит со звуком в атмосфере с одной скоростью, то скорость последнего относительно него ноль. Со светом всё сложнее. Поэтому никакой эфир не сможет объяснить эти парадоксы.
Снаряд в гравитационном поле летит по параболе? Это он летит по-прямой! В теории Эйнштейна предполагается, что пространство-время в окрестности Земли искривлено её собственным тяготением. В этом искривлённом пространстве-времени и движется снаряд, но движется свободно, то есть без воздействия внешних сил. Влияние силы тяготения свелось к искривлению пространства-времени. Свободное движение по такой траектории и есть движение по "прямой" в искривлённом пространстве-времени. Ведь согласно первому закону Ньютона, в плоском пространстве-времени движение в отсутствие действия сил совершается по прямым линиям. Введя понятие искривлённого пространства-времени, Эйнштейн исключил тяготение как физическую силу. Таким образом, отпала необходимость объяснения мгновенного распространения силы тяготения в пространстве. Скептику Эйнштейн предлагает натянуть на глобусе резиновую нить между двумя городами. Она укажет кратчайший маршрут между ними. Далее он предлагает повторить то же самое на плоской карте мира. Маршрут получится иной. Ни одна плоская карта не в состоянии правильно воспроизвести геометрию на поверхности Земли, а, следовательно, второй маршрут (отмеченный на плоской карте) не является кратчайшим путём между городами. Этот пример показывает, как разные правила измерений в пространстве приводят к разным ответам на вопрос; "что такое прямая линия?"
Представим две пары глаз смотрящих на часы расположенные по краям движущегося вагона. Глаза пассажира видят синхронные стрелки, глаза с перрона - рассинхронизированые. Описываемая теорией картина просто снимок в зависимости от точки зрения. Отражение предмета в плоском зеркале сохраняет параллельность стрелок, а отражение в начищенном серебряном кофейнике отклоняет их.
На вопрос, почему при движении сокращаются линейные размеры и замедляется время должен быть дан ответ, - а почему линейные размеры при движении должны оставаться прежними, как и время? Мы просто не подозревали раньше, что именно так мир и устроен. На вопрос, как может изменяться пространство и время, если они не существуют, должен быть дан ответ, - изменяется протяжение и дление, а пространство и время это их абстракции. Природа захотела, чтобы скорость света была всегда константой во всех ИСО, говорят экспериментальные данные. Таким образом, правильная формулировка СТО должна звучать так:
материя обладает свойствами сокращения своего протяжения и дления пропорционально скорости своего движения. В формулы для расчётов мы подставляем вместо протяжения абстрактное пространство, вместо дления абстрактное время. Изменяются не они, а материя.
Тело, получившее импульс, летит в отсутствии гравитации по прямой потому, что так захотела природа. Тело, получившее импульс в гравитационном поле, летит по параболе потому, что так захотела природа. Почему нас не удивляет, что тело, получившее импульс, не летит в отсутствии гравитации по какой угодно зигзагообразной кривой? Мы привыкли к повседневному опыту и даже не думали над такой возможностью. Искривление пространства в данном случае фигура речи, констатирующая физический факт поведения материи.
Объясняя изменение протяжения и дления материи в СТО, постоянство скорости света для всех ИСО, причин возникновения гравитации, и не найдя тех или иных элементарных частиц, которые передавали бы физическое взаимодействие от одной точки к другой, то есть причин в традиционном смысле, Эйнштейн объявил их всех свойствами материи, назвав искривлением пространства-времени, тем самым фактически отказавшись исследовать и объяснять их природу дальше. Доступное, что называется, невооружённому глазу постоянство скорости света во всех ИСО стало спусковым крючком в этом ряду обобщений. Вполне логично, за исключением равноправия всех ИСО, так как коллизия с эллипсом её опровергает.
Поливанов О.И.
07.08.2020г