________________________________________________________________________
Рассмотрим четырех мерное псевдоевклидово пространство F, например, с сигнатурой -+++. Центр координат обозначим точкой O. Координаты x,y,z – задают обычное трехмерное евклидово пространство. Четвертую координату произвольной точки L пространства F, обозначим – q, тогда точка записывается, как L(q,x,y,z). Рассмотрим такое пространство, где координата q - функция координат x,y,z: q=R(OL)/c, где c – константа (например, скорость света), R(OL) – длина отрезка OL в трехмерном пространстве с координатами x,y,z.
Из топологии известно, что:
Метрика на некотором множестве Y – это определенная на декартовом произведении YxY функция d, значениями которой служат вещественные числа, удовлетворяющая при любых a, b, c из Y следующим условиям:
1) d(a,b)=d(b,a).
2) d(a,b)+d(b,c) ≥d(a,c) (неравенство треугольника).
3) d(a,b)=0, если a=b.
4) если d(a,b)=0, то a=b.
Функция, которая удовлетворяет только 1) 2) 3) – называется псевдометрикой.
Очевидно, что для нашего пространства выполняется только 1) 2) 3), поэтому F – псевдометрическое пространство.
Некоторые свойства очевидны:
а) знак изменения q совпадает со знаком изменения R(OL).
б) при таком способе задания координат любое расстояние между точками в псевдометрическом пространстве F равно нулю.
Все точки пространства F в координатах x,y,z можно взаимно однозначно связать с точками реального физического пространства, в котором нет движения, точки мысленно можно обозначить одинаково. Чтобы задать движение, необходимо задать инерционные системы и получить для них преобразования координат. Для этого надо расширить область рассмотрения координаты q в F (пока это одно значение). Мысленно соединим точку аналогичную O и точку аналогичную L прямой линией в реальном физическом пространстве. По этой прямой мысленно пустим световой сигнал из точки O, в сторону L. Расстояние от точки O до светового сигнала обозначим R(OS). Как только сигнал достигнет точки L и отправится дальше расстояние от точки L до светового сигнала обозначим R(LS).
Теперь эти точки - O, L и точки перемещения светового сигнала S рассмотрим в пространстве F. Если за центр координат выбрать точку O, то (с помощью расстояния до светового сигнала) в пространстве F можно задать координату q так: q=R(OS)/c. Если за центр координат выбрать точку L, то так: q'=R(LS)/c. Фактически в пространстве F центр координат определяет свою систему координат. В каждой системе координат координату q (или q') можно взаимно однозначно сопоставить с координатой времени физического пространства. Это верно в некоторой окрестности точки, соответствующей центру координат. Пока границы подобной окрестности не уточнять не буду.
Теперь, если в долях скорости света задать скорость точки L, то можно попробовать получить преобразования координат. Обозначения скоростей оставлю привычными (можно ведь иметь в виду: V=c/n, где n - число больше 1, а c=1.
Теперь воспользуемся постулатами и выводами специальной теории относительности (СТО) и требованием ортогональности преобразований координат. Ортогональность необходима для сохранения вида записи нашего инварианта – интервала. У нас ведь все свойства сохраняются для инерциальных систем отсчета (ИСО)? Поэтому, если псевдометрику (наш интервал) записали в ортогональных координатах, то и в другой ИСО псевдометрика должна существовать в ортогональных координатах. Значит всегда можно сопоставить точки этих ИСО в ортогональных координатах. Для этого необходима ортогональность преобразований, чтобы точки одной ортогональной системы координат преобразовывались в точки другой ортогональной системы координат.
Общий вид преобразований записывается, как система линейных уравнений. По аналогии с СТО эта система уравнений тривиальными преобразованиями переводится в следующую систему уравнений:
acq'=Acq+Bx
ax'=Ccq+Dx
ay'=Ey
az'=Pz,
где c - скорость света, а
a, A, B, C, D, P, E – коэффициенты при переменных, их и будем искать.
Для простоты выкладок рассмотрим только первые две координаты (это не меняет общности рассуждения).
Матрица N, составлена из коэффициентов преобразования.
J – единичная матрица в псевдокоординатах. Для данного случая по диагонали: -1, 1, остальные нули.
N' – транспонированная матрица N.
Условие ортогональности в матричной форме:
NJN'=J
________________________________________________________________________________-