<< Предисловие

От авторов

В советской научной литературе проблема синхронизации часов, если и упоминалась, то в общих словах. В популярных статьях, да и в специальной литературе этой центральной проблеме всей специальной теории относительности (СТО) Эйнштейна уделялось ничтожно мало внимания. По-видимому, из-за этого многие в России и сегодня, возможно «по инерции», либо не осознают важности вопроса синхронизации часов, либо вообще крайне плохо осведомлены о его сути. Более или менее подробное описание проблемы синхронизации один из нас буквально выудил из вороха литературы в 60-70-ых годах прошлого века. Это были отдельные статьи, популярная книжка Мардера [1] «Парадокс часов» и статья А.А. Тяпкина в УФН [2].

Проблемность синхронизации часов состоит в использовании в СТО для синхронизации часов условия равенства скорости света в противоположных направлениях, в то время как экспериментально проверить это равенство принципиально невозможно. Чтобы измерить скорости света из точки А в точку В, а затем из точки В в точку А, а затем сравнить эти скорости, необходимо иметь в точках А и В синхронно идущие часы. Однако синхронизировать часы в точках А и В эйнштейновским способом можно лишь, предположив еще до измерений этих скоростей, что эти скорости равны. Естественно, что после реализации такого предположения они становятся равными и по результатам измерения.

Нельзя скорость измерить и, синхронизировав пару часов в точке А, а затем перенеся одни из них в точку В, поскольку результат синхронизации и измерения скоростей света vAB и vBА соответственно из точки А в точку В и наоборот оказывается зависящим от скорости, с которой часы транспортируются из одной точки в другую. Если при синхронизации часов методом переноса транспортируемые часы в разных случаях переносить с разными скоростями, то результаты измерения скоростей vAB и vBА в разных случаях окажутся разными. Например, после переноса часов из А в В со скоростью близкой к скорости света измеренная впоследствии скорость vАВ окажется сколь угодно велика, а скорость vВА сколь угодно близка к c/2. При такой синхронизации свет почти мгновенно приходит из точки А в точку В, но обратно движется в два раза медленнее, чем обычно. При очень медленном переносе скорости vАВ и vВА будут равными друг другу.

Так какая же скорость переноса часов «правильная»? На этот вопрос нельзя ответить, и, в частности, по этой причине синхронизация часов в разных точках пространства осуществляется в СТО световыми сигналами, а не путем перемещения их из одной точки в другую. Равенство скоростей света в противоположных направлениях представляется сегодня многим очевидным «фактом», а вот для предпочтения априори медленной транспортировки часов быстрой транспортировке оснований нет.

Следует отметить, что на практике проблема скорости света в одном направлении не злободневна, так как реально измерения скорости света производятся с помощью одних-единственных часов и зеркала. При таком способе этими единственными часами измеряется промежуток времени между отсылкой светового импульса к зеркалу и приемом импульса, вернувшегося после отражения от зеркала в исходную точку. Скорость рассчитывается по двойному расстоянию между часами и зеркалом и времени прохождения светом пути туда и обратно. Измеренная таким способом скорость, строго говоря, является средней скоростью на пути туда и обратно – ведь скорость туда может быть не равной скорости обратно. Равенство этой средней скорости постоянной c является экспериментальным фактом.

Проблемы синхронизации часов при измерении средней скорости не возникает. Как бы мы ни синхронизировали вторые часы, измеряемая без предположений средняя скорость света на пути туда и обратно была бы равна постоянной c. Это очевидно, поскольку результат эксперимента не зависит ни от показаний часов в точке В, ни от самого наличия их там.

Нередко говорят, что скорость света в одном направлении была измерена Рёмером. Как это ни странно, но скорость Рёмера – это тоже скорость, полученная в неявном предположении равенства скоростей света в противоположном направлении. Дело в том, что Рёмер и Кассини рассуждали о движении спутников Юпитера, заведомо предположив, что пространство наблюдателей изотропно. То, что Рёмер фактически измерил скорость света, неявно сделав предположение о равенстве скорости света туда и обратно, показал австралийский физик Карлов [3].

Предположение о равенстве скорости света из A в B скорости из B в A рассматривалось Пуанкаре, и именно это предположение стало главным постулатом работы Эйнштейна 1905 года [4], хотя и представлено оно не в виде постулата, а в виде «определения», предшествующего двум эйнштейновским принципам, которые часто называют постулатами. В более поздней работе [5] Эйнштейн называл данное «определение» допущением, причем отмечал, что оно относится не только к скорости света, но и к скорости вообще. В этой работе Эйнштейн писал: «Но если скорость, в частности скорость света, принципиально невозможно измерить без произвольных допущений, то мы имеем право делать произвольные допущения и о скорости света. Допустим теперь, что скорость распространения света в пустоте из точки A в точку B равна скорости прохождения света из B в A». Правда, в отличие от Пуанкаре, придерживавшегося конвенционалистской точки зрения, Эйнштейн, упоминая невозможность измерения скорости в одном направлении без произвольных допущений, был склонен рассматривать произвольное допущение неравенства скорости света в противоположных направления неестественным и «крайне маловероятным» [6].

Часто говорят, что равенство скоростей туда и обратно очевидно, поскольку пространство изотропно, а неравенство неочевидно. Это не так. То, что свету для движения из точки А в точку В требуется больше времени, чем для движения из B в A, также очевидно, если, например, точка А находится в корме, а точка В в носу движущегося относительно нас космического корабля, а мы не изнутри, а снаружи отслеживаем процесс движения света из А в В и обратно. Как равенство, так и неравенство времен распространения света из точки А в точку В данного корабля и обратно в принципе могут быть обнаружены из множества других систем отсчета, движущихся относительно данного корабля, даже если часы этих систем синхронизированы эйнштейновским способом. Так на каком основании синхронизация часов в корабле осуществляется без учета объективных результатов наблюдения за поведением света внутри корабля, полученных из разных систем отсчета вне корабля?

В 60-70 годах прошлого века в реферативных журналах частенько попадались ссылки на зарубежные работы, в которых рассматривались варианты специальной теории относительности, построенные на предположении неравенства скоростей света в противоположных направлениях. Эти варианты назывались ε-СТО и непротиворечивым способом описывали все то, что описывается СТО. Правда, большинство из них были более «тяжеловесны» и менее удобны, чем эйнштейновский вариант, поскольку в них нарушалось требование неизменности математической формы записи законов в разных системах отсчета. Большинство работ этих авторов не были направлены против эйнштейновского варианта, а показывали непротиворечивость нетрадиционного подхода. Авторы этих работ стремились, нарушив математическую красоту СТО, вскрыть ее физическое содержание и раскрыть загадку скорости света в одном направлении. Почему природа не позволяет нам измерить скорость света в одном направлении без произвольных допущений! Это случайность или нечто более глубокое? Ответа на этот вопрос разработчики альтернативных теорий на дали.

На эти вопросы попытался дать ответ один из авторов настоящей брошюры. К 2000 году им была написана книга «В третье тысячелетие без физической относительности?», выпущенная в этом же году издательством «ЧеРо» [7]. В книге на принципе равноправия допущений равенства и неравенства скорости света в противоположных направлениях, предложен путь решения проблемы синхронизации и связанной с ней проблемой зависимости присущих самому телу размеров физических величин тела от систем отсчета.

Решение проблемы релятивистских величин было осуществлено путем уточнения понятия «объект» и рассмотрения объекта как множества подобъектов (объектов более высокой степени конкретизации), каждый из которых обладает не относительными, а абсолютными размерами. Существование таких подобъектов обязано относительности одновременности.

Уточнения понятия «физический объект» оказывается достаточным, чтобы избавиться от относительности размеров физических величин без привлечения выделенной системы отсчета или мировой среды. По этой причине автор считал вопрос (по крайней мере, для себя) решенным, а обращение к мировой среде излишним. И тем более неожиданным оказалось решение, к которому мы пришли в процессе нашей совместной работы по развитию подхода, описанного в книге «В третье тысячелетие без физической относительности?». Мы обнаружили возможность моделирования релятивистских эффектов простейшими методами доэйнштейновской классической физики на примере движения объектов в материальной среде. При этом для моделирования нам не потребовалось рассмотрение движения со скоростями, соизмеримыми со скоростью света. В модели эффекты в явном виде проявляются при обычных «земных» скоростях, с которыми мы имеем дело в нашей повседневной жизни. Возможность моделирования эффектов СТО с привлечением среды и отсутствие таких моделей в других вариантах заставляет по новому взглянуть на старую и, казалось бы, раз и навсегда решенную проблему существования мировой среды.

В брошюре, которую вы держите в руках, описана теоретическая модель СТО, которую мы также называем имитацией СТО. Брошюра представляет собой часть книги, которую мы предполагаем написать и выпустить в свет в ближайшем будущем. В брошюре на примере плавающих с обычными скоростями в водной среде барж, челноков и лодок сымитирована эйнштейновская СТО. Для имитации нам не потребовалось ничего, кроме самых элементарных правил классической физики. Надеемся, что, прочтя брошюру, вы увидите, насколько прост фундамент теории, ныне называемой СТО. Не придете ли вы после этого к выводу об искусственном характере ажурной четырехмерной математической надстройки, украшающей этот до примитивности простой фундамент? Время покажет.

Мы не показываем в брошюре всех наших соображений, которые привели нас к построению рассматриваемой в книге имитации. Однако хотели бы заметить, что имитация построена не на выдумках ради выдумок, а на наших представлениях о том, как происходят взаимодействия в материальном мире, элементы которого не связаны друг с другом ничем, кроме взаимодействий через «пустоту».

Брошюра включает в себя главную часть и приложения. При первом чтении можно не обращаться к материалу приложений, чтобы в целостном виде воспринять суть имитации. В дальнейшем читатель сможет либо самостоятельно проверить утверждения, сделанные в главной части без подробных объяснений (сделать это несложно), либо обратиться к приложениям.

Читайте далее

От авторов Вместо предисловия. Суть имитации

Скачать бесплатно книгу

© 2010-2011. THEORY OF RELATIVITY: THE TRUE FACE
Vadim N.Matveev matwad@mail.ru
www.theoryrelativity.com