Загадки и парадоксы теории относительности - портал научно-практических публикаций. Парадоксы теории относительности

Парадоксы, даже те, что в теории относительности, - они не в природе, но в наших головах. А в природе есть закономерности, которые мы можем описывать, раскрывать, переводить на язык математики и прочее. Но, тем не менее, я как-то задумался: как бы я мог защитить парадоксы в выводах специальной теории относительности (СТО), по наивности забыв о том, что парадокс начинается с постулата этой теории, объявившей населению земного шара, что скорость света не аддитивна и никогда не складывается ни с кем и ни с чем, и ни при каких обстоятельствах и т.п.

Здесь, ввиду обширности темы парадоксов в исполнении теории относительности - СТО, я вынужден выражаться фрагментарно, опуская такие моменты, как способы нашего моделирования внешнего мира, корректность языка, посредством которого мы можем передавать друг другу сообщения об этих же наших внутренних моделях, которые при внешнем сходстве или одинаковости описывающих их слов могут совершенно не совпадать с тем, что характеризует модели на внутреннем (не вербальном) языке.

Итак, оставим все эти тонкости и перейдем, подобно создателю парадоксов теории относительности, к... мысленному эксперименту. Мы с вами летим в большой ракете над Землей. Летим по инерции. Но это, должен оговориться, никак не инерциальная система, как понимают ее физики-теоретики. То есть, система, не взаимодействующая с внешней средой. Нет таких систем в природе, а мы, конкретно, летим в силовом поле Земли.

Заодно пренебрежем и такими "тонкостями", излишними для парадоксов теории относительности, как сопротивление воздуха и не совсем прямолинейное движение ракеты, летящей над поверхностью не плоской, как известно, Земли.

С нами, в нашем инструментарии следования парадоксам, сверхточные атомные часы, хотя и не известные в период строительства теории относительности, точные весовые гири, точная измерительная линейка, и еще источник импульсного света, по которому и по часам мы еще до полета определили, что время прохождения светового импульса от начала до конца ракеты равно, скажем, одной микросекунде. Взвесили, также, до полета 1 кг сахара, измерили фрагменты ракеты линейкой, и вот теперь мы – в полете.

Первое, что мы обнаруживаем, что 1 кг сахара снова весит 1 кг, согласно весовой гире, размеры фрагментов ракеты по замерам посредством нашей линейки не изменились, и даже время прохождение светового импульса от начала до конца ракеты равно по-прежнему 1 микросекунде, если верить атомным часам. Это отвечает и теории относительности и парадоксов здесь тоже пока не видно.

Хорошо, немного изменим опыт. Нас догоняет предусмотренный теорией относительности внешний световой импульс. Догоняет тоже без всяких парадоксов. В момент, когда часть его проникает внутрь ракеты, мы включаем внутренний источник импульса и одновременно посылаем сигнал внешнему наблюдателю, неподвижному относительно выбранной точки на поверхности Земли. По достижению импульсами конца ракеты мы снова посылаем сигнал внешнему наблюдателю. По внутренним часам мы по-прежнему фиксируем, что время прохождения "внешнего" и "внутреннего" импульсов от начала до конца движущейся ракеты по "местным" часам равно 1 микросекунде.

Мы, в согласии с теорией относительности и даже с парадоксами СТО, не различаем в пределах непрозрачной ракеты движемся мы или нет. Но внутреннее состояние – наше, ракеты, ее фрагментов, линейки, "1 кг" сахара, весовой гири и т.д. существенно изменились. Изменились вследствие взаимодействия движущейся ракеты с силовым полем Земли. Размеры ракеты и линейки, да и нас самих, сократились в направлении движения ракеты. Это следует из формул теории относительности Лоренца и даже были попытки засечь это чудо экспериментально – см., например, статью Барашенкова В.С., "Кто опроверг теорию относительности?". Журнал «Знание - сила», 1993, № 7. http://www.znanie-sila.ru/projects/issue_166.html

Однако то, что мы согласно специальной теории относительности сокращаемся вместе с линейкой, это не так уж парадоксально, если вспомнить, что наша сплошность в определенном смысле иллюзорна. А иллюзорность – это еще не парадокс. Мы, как и все прочее "твердое", – своего рода энергетические полевые структуры, где "сплошные" ядра атомов и электронов занимают менее миллиардной части объем составляющих нас атомов, а ядра и электроны, в свою очередь, тоже не сплошные – и т.д.

Так вот, размеры в движущейся ракете сокращаются (в направлении ее движения), килограммы сахара и гири существенно потяжелели, а ход атомных часов замедлился – все согласно теории относительности и без парадоксов. Нет, я не говорю, что замедлилось время – это все же словоблудие. Здесь сначала бы надо договориться, что понимать под термином "время", чего до сих пор не сделано. Так что я говорю не о времени, а о показаниях часов, на которые также воздействует силовое поле Земли.

А как это будет выглядеть со стороны вышеупомянутого внешнего наблюдателя с точки зрения теории относительности или ее парадоксов? А он, внешний наблюдатель, с нами в "одной тарелке" – в одном и том же силовом поле Земли. Но его неподвижные, относительно выбранной точки поверхности Земли, часы взаимодействуют с силовым полем Земли иначе, чем наши часы в движущейся ракете. По своим часам, после некоторых вычислений, этот наблюдатель определит, что скорость "внешнего" и "внутреннего" импульсов света внутри ракеты для него равны обычной скорости света. Согласно теории относительности и тоже без парадоксов, если не называть временем ход часов.

Остается описать эти эксперименты в виде постулатов, постулаты облечь в математическую форму, из этой формы (форм) построить математическую конструкцию в виде теории относительности, а далее: подставляй в эту конструкцию результаты исходных замеров и сравнивай, насколько расчетный результат есть парадокс или согласуется с соответствующим ему экспериментальным результатом.

Просто? Как бы не так! Дедушка Эйнштейн сказал, что только сама теория, например СТО, позволяет судить о том, что мы в самом деле наблюдаем и какой смысл следует парадоксам или наблюдаемым результатам придавать. Такое, вот, масло масляное получилось в наукообразном оформлении – теория, замкнутая на саму себя. Вообще-то, я даже имею в виду не собственно теорию (ее математическую часть), а ее словесную философическую интерпретацию.

Но оставим эти мелочи. А как быть с внешним наблюдателем, который находится не на поверхности Земли, а в удалении от нее – таком, чтобы силовое поле Земли на него уже не влияло. То есть, совсем достигнуть подобного невозможно даже в парадоксах, но "мелочи" мы снова опускаем. Та вот, этот наблюдатель уже в другой, не нашей, "тарелке" и вообще, он, как и я с ним, теперь уже вне действия теории относительности в части СТО. И он определит, что скорость импульса света, излученного на Земле и направленного в сторону движения Земли, равна скорости движения Земли плюс скорость импульса света относительно движущейся Земли. Попросту, скорости движения Земли и излученного на ней импульса света складываются без всяких парадоксов. Не верите? Ну, я подобный эксперимент с космическим наблюдателем не проводил. А вы, вот, совсем другое дело. Вы помоложе меня, слетайте в космос вместе с теорией относительности и проверьте мои утверждения.

А вообще-то, каждая теория имеет свою ограниченную область применения. Не все вписывается в теорию относительности даже в рамках ее парадоксов. Об этом хорошо написано в статье "Эмпириокритицизм Маха и Авенариуса", Олег Акимов

http://sceptic-ratio.narod.ru/po/mach.htm

С вашего позволения я приведу сокращенные отрывки из этой статьи. Они касаются силы Кориолиса и гироскопов, проявления которых находится вне рамок рассмотрения специальной теории относительности, да и попросту противоречат парадоксу в ее утверждению относительно того, что внутри движущейся системы нельзя определить ничего, что касалось бы движения этой системы. Итак:

"Наблюдая за уходом воды в открытое отверстие слива ванны, вы всегда можете определить в каком из полушарий земли вы находитесь - в северном или южном. Сила Кориолиса раскручивает воду вблизи отверстия в северном полушарии по часовой стрелке, в южном - против часовой стрелке. Эта же сила в северном полушарии заставляет течение реки подмывать правый берег русла, а в южном - левый.

Ось волчка фиксирует только одно направление в пространстве. Чтобы зафиксировать свое абсолютное положение в мировом пространстве нужно взять три волчка, раскрученных по трем взаимно перпендикулярным осям. Соединив их жесткой конструкцией и снабдив необходимыми датчиками, вы получите прибор под названием гироскоп, который используется для навигации подводных, воздушных и космических судов. Механические гироскопы, раскрученные с помощью электрических двигателей, могут обеспечить, скажем, ориентацию гражданских самолетов в условиях тумана.

Слово «гироскоп» отсутствует в лексиконе релятивиста, вы не отыщите его на страницах книг по релятивизму. Оно будет смотреться в их тексте так же неуместно и оскорбительно, как и слово «чёрт» в молитве, обращенной к Богу. Люди далекие от знаний психологии больших групп населения задаются вопросами: «Как же так, всем ученым должна быть известна роль гироскопа, как прибора фиксирующего абсолютное положение в пространстве, почему они не говорят о нем с кафедр своих университетов и академий?»

Ответить на этот вопрос вам будет несложно, если вы представите себя в церкви. Вообразите далее, что кто-то громко выкрикнул: «Бога нет!» Как отреагируют на эту дерзкую выходку церковные служители и прихожане, догадаться несложно. Скорее всего, в следующий раз, когда он захочет войти в Божий храм, они туда его не пустят. Аналогичная ситуация возникает и в храме Науки. Если там кто-нибудь громко заявит: «Эйнштейн ошибся!» - этот смельчак моментально будете предан анафеме.

Почему так произошло, что случилось с научным сообществом, которое пошло за спекулятивными рассуждениями одного более чем странного физика? Как объяснить поведение миллионов людей, которые с восторгом и восхищением смотрели на «прекрасное платье короля», которого в действительности не было? Тут же можно задать встречные вопросы. А как не пойти за человеком, который сказал, что все мертвые воскреснут? Как не пойти за тем, кто обещал излечить больных от всех болезней, а здоровым подарить много золота и серебра, кто, обещал всех накормить и сделать счастливыми, всем дать одежду и кров над головой? Точно так же люди верят в сказку о путешествии во времени, о черных дырах во вселенной, о многомерности мироздания. Перед такими соблазнами никто не устоит; толпа раздавит всякого, кто встанет на пути к их счастливой мечте".

Ну, не только это. Как сказал мудрейший Козьма Прутков: "Люди блюдут свои интересы по обе стороны земного шара". Есть клановые интересы и есть исследования на этот счет. Люди, которые положили жизнь на околонаучные изыскания и приближенные к власть имущим, сделают все, чтобы раздавить того, кто станет на пути парадоксов специальной теории относительности, а заодно и своего благополучия и престижа. Причем, они даже сами себя при это убедят в своей "святой" правоте и в непогрешимой целесообразности их инквизиторских действий ради священных парадоксов СТО.

Однако, я отвлекся – это не тема данной статьи.

А вообще-то, описанные выше заумные или малоумные мысленные эксперименты с ракетой ничего не доказывают и не опровергают. Представим два встречных импульса света в летящей ракете. Здесь возможны две ситуации: скорости этих встречных импульсов одинаковы либо разные. В первом случае выполняется интерпретация ТО сторонниками этой теории, а во втором – надо говорить о необходимости ограничения области применимости ТО. Но есть и еще один аргумент у сторонников ТО: мы не умеем определять скорость света в одном направлении, поэтому и нет смысла говорить об абсолютных скоростях встречных импульсов, как и вообще о парадоксах специальной теории относительности.

Еще можно говорить о скорости света относительно встречного импульса света. Или о двух движущихся с 0,6 С встречных ракетах, взаимная (суммарная) скорость которых должна быть, по здравому смыслу, но не по ТО, больше С (константы скорости света). Можно говорить и о том, что подобные случаи зафиксированы астрономами для разлетающихся фрагментов космического объекта после его взрыва. Или можно говорить о парадоксе Эренфеста, где вращающийся с огромной скоростью диск, как оказалось, не деформируется и не исчезает вопреки существующей интерпретации ТО, где нестыковки с реальностью в специальной теории относительности ласкательно именуют парадоксами.

Но... это дело бесполезное. У сторонников ТО есть свои накатанные за 100 с лишним лет аргументы. Например: мир не такой, каким его воспринимает здравый смысл. Или: надо в какой-то ситуации уточнить определение момента одновременности событий, но только не интерпретацию ТО. Или: для каждого наблюдателя имеет место своя реальность, так что и проблемы несовместимости этих реальностей, как и парадоксов в теории относительности, попросту нет.

Нельзя какими-то аргументами переубедить верующего человека или сторонника эзотерической интерпретации теории относительности и парадоксов ТО.

Выпуск рассказывает о том, что релятиви стские эффекты вовсе не ограничиваются замедлением времени и сокращением длин - на самом деле происходит сложное сопоставление между временами и местами для движущегося наблюдателя и временами и местами для неподвижного, которое называется преобразованием Лоренца.

Колонка редактора

Здравствуйте, уважаемые читатели!

Первоначально я планировал вывести преобразования Лоренца традиционным способом - математическим подбором линейных преобразований пространственных координат и времени. Но один из участников форума по имени Аркадий, стал допытываться у меня, каким же всё-таки образом получается, что летя вдогонку свету, мы получаем то же самое значение его скорости, что и оставаясь на месте?

Действительно, подумал я, мы всё выводим из постоянства скорости света, но наглядно его самоё так и не представили. Поэтому я решил нарисовать мультик, который всё это показывает. В итоге получилось, что Аркадий помог мне получить наглядный вывод преобразований Лоренца, чего я раньше не осознавал.

В связи с этим рекомендую всем участвовать в обсуждениях на форуме. Тем, кто не знает теор ию относительности это поможет озвучить свои заморочки и получить на них справедливую критику, а тем, кто знает - поможет яснее понять то, что он понимал и раньше.

Повторяю, не пренебрегайте выгодами от общения! :-)

Введение

Итак, вернёмся немного назад и вспомним, какие три явления должны наблюдаться, если скорость света не зависит от скорости её (скорости) наблюдателя:

Движение вдоль светового луча

Теперь соединим вместе работу всех трёх явлений и посмотрим, что они дают сообща.

Представим, что некто летит вдогонку свету с такой скоростью, что его время и его длины сокращаются в два раза (работают первые два явления). Для этого наблюдатель должен лететь со скоростью около 260 тысяч километров в секунду (получено по формуле из которой найдено v , при котором всё выражение становится равно 0,5). Пусть он вылетает из начальной точки вместе со световым импульсом, а за всем этим наблюдаем мы - неподвижный наблюдатель.

Мы увидим, что в тот момент, когда по нашим часам пройдет 1 секунда и свет пролетит 300 тысяч километров, по часам движущегося наблюдателя пройдет всего 1/2 секунды. Начало его линейки будет находиться на расстоянии 260 тысяч километров от нас, а свет - на расстоянии 300. Поскольку линейка сокращена, то наша разница в расстояниях 300 - 260 = 40 тыс. км означает, что свет будет находиться напротив деления 40*2 = 80 линейки движущегося наблюдателя.

Если мы подождём, пока по часам движущегося наблюдателя пройдёт ровно одна секунда, то в этот момент по нашим часам пройдёт две. Свет улетит от нас на расстояние 600 тыс. км, а начало линейки движущегося наблюдателя - на 260*2 = 520. Разница в расстояниях между началом линейкии положением света 600 - 520 = 80 отобразится по укороченной линейке движущегося наблюдателя в величину 80*2 = 160 тысяч километров - именно напротив этого деления в этот момент будет находиться свет.

Значит ли это, что движущийся наблюдатель получит скорость света, равную 160 тыс. км/с? Конечно же нет!

Поскольку постоянство скорости света - это постул ат, то мы сейчас заставим движущегося наблюдателя исхитриться и получить 300 тыс. км/с! :-)

Для этого воспользуемся третьим явлением - относительностью одновременности.

Очевидно, что те два события (событие 1 - показания часов движущегося наблюдателя, равные 1 сек и событие 2 - положение светового импульса напротив отметки в 160 тыс. км), которые для нас являются одновременными - не являются одновременными для движущегося наблюдателя. А для того, чтобы правильно измерить скорость, он должен найти положение света напротив линейки, одновременное с моментом показа 1 с на его часах.

Поиск подходящего момента

Итак, наша задача найти событие, которое с точки зрения движущегося наблюдателя является одновременным событию 1 (показания 1 сек на его часах).

Что же это за событие?

Ясно, что альтернативы у нас нет - это событие, когда свет находится напротив отметки в 300 тыс. км по линейке движущегося наблюдателя. Ведь только в этом случае, то есть, только если именно это событие будет одновременным событию 1 , движущийся наблюдатель получит скорость света, равную 300 тыс. км/с.

Рассмотрим отметку 300 тыс. км на линейке движущегося наблюдателя. Первоначально она находилась (по нашей линейке) на расстоянии 150 тыс. км от начала, потом начала двигаться со скорость 260 тыс. км/с вправо.

Свет делал аналогичное, только начинал он с отметки 0 (по нашей линейке) и в секунду проходил 300 тыс. км.

Вот таблица:

Видно, что расстояния совпадут где-то в районе 4 секунд по нашим часам.

Множество часов движущегося наблюдателя

Какое же время будет обнаружено нами на часах движущегося наблюдателя? Ясно, что поскольку его часы в два раза медленнее наших, то примерно 2 секунды.

Что же это получается!? На часах движущегося наблюдателя 2 секунды, а он считает этот момент одновременным моменту, когда на его часах была только одна секунда!?

Да, именно так. Ясно, что тут дело в относительности одновременности, но как это уложить в голове?

Очень просто - мы наблюдаем линейку движущегося наблюдателя в разные (для него или неё, линейки) моменты времени. Когда наши часы показывают 4 секунды, то мы наблюдаем линейку движущегося наблюдателя такой, какой она была в разные моменты своей жизни. Окрестность её нулевого деления мы наблюдаем в момент 2 секунд, а окрестность деления 300 тыс. км - в момент 1 секунды.

Ясно, что такое представление полностью объясняет происходящее.

Ясно также, что раз разными являются наблюдаемые моменты жизни двух делений линейки, то на самом деле это верно для всех промежуточных делений.

Как же распределены времена по линейке? Равномерно, вот так:

Внимание! Если Вы не видите рисунка, то попробуйте открыть ссылку http://www.relativity.ru/media/media07.shtml#multiplicity

Это представление, которое мы только что получили - и называется преобразованием Лоренца. Пока мы получили его только на пальцах, в виде полуколичественного образа в воображении. Точное выражение для преобразования мы получим позже.

Но уже сейчас понятно, что сущестует некоторое соответствие между координатами, полученными движущимся наблюдателем и координатами, полученными неподвижным. Причём вместе с пространственными координатами, преобразуются и показания часов.

Взгляните ещё раз на мультфильм и подумайте о том, что нижняя его половина изображена неправильно, так как там только одни часы. Вместо одних часов там должна была бы быть нарисована целая измерительная система, которая представляла бы собой совокупность из линейки и цепочки часов. Между этим агрегатом и нашей неподвижной линейкой и неподвижными часами существовало бы соответствие: такие-то показания движущихся часов и такое-то деление движущейся линейки соответствует таким-то показаниям неподвижных часов и линейки. Это соответствие - и есть преобразование Лоренца.

Выводы

Мы обнаружили, что опыт по наблюдению за тем, как движущийся наблюдатель летит вдогонку свету является очень богатым источником различных закономерностей.

Пытаясь понять, каким образом оба наблюдателя получают одну и ту же скорость, нам пришлось привлечь все три обнаруженных нами ранее явления: замедление времени, сокращение длин и относительность одновременности.

В итоге мы увидели, что неизменная скорость света вполне возможна, при условии, если мы будем наблюдать мир движущегося наблюдателя не только сплюснутым и замедленным, но и разбитым на множество прилегающих моментов времени. Протяжённый предмет мы должны наблюдать в разные моменты его "жизни".

Сложное соответствие между расстояниями и временами у движущегося наблюдателя и расстояниями и временами у нас (у неподвижного наблюдателя) - называется преобразованием Лоренца.

Введение

На главной странице одного из сайтов в интернете есть надпись: В мире живет лишь около сотни человек, понявших теорию относительности. Теория настолько сложна, что понять её дано далеко не каждому. С другой стороны, есть высказывания, что теория относительности - одна из красивейших физических теорий. Видимо, всё это так. Но есть в этой теории тонкость. Математический аппарат её, хотя и сложный, но хотя бы в общих чертах все-таки доступен для понимания. Постулаты, исходные предположения теории, хотя и оригинальные, но логически обоснованы и не противоречат здравому смыслу. Выводы теории, хотя и сопровождаются часто словом "парадокс", тем не менее, прекрасно уживаются со здравым смыслом и логикой. Тонкость состоит в недоступности логическому обоснованию главного, краеугольного камня теории. Здравый смысл и логика не позволяют даже просто описать механику этого основания теории, механику второго постулата. Ни "парадокс близнецов", ни магические преобразования Лоренца, ни "принцип относительности", ни плохо понимаемая многими "относительность одновременности" не противоречат логике и здравому смыслу и при некоторых усилиях доступны пониманию. Но механизм, механика, реализация второго постулата специальной теории относительности не имеют даже схематического описания. В основополагающей работе Эйнштейна "К электродинамике движущихся тел" (1905 год) этот постулат (принцип) сформулирован следующим образом: "2. Каждый луч света движется в "покоящейся" системе с определенной скоростью V, независимо от того, испускается ли этот луч света покоящимся или движущимся телом"

Вроде бы, всё просто и ясно. Но стоит лишь задуматься над тем, как "работает" этот постулат, и ясность исчезает. Известно, что теория относительности изобилует парадоксами. Рассмотрим некоторые из них, насколько они парадоксальны, не скрыт ли в них ответ на загадку механизма инвариантности скорости света из второго постулата специальной теории относительности.

Глава 1. Парадокс близнецов (парадокс Ланжевена, парадокс часов)

В литературе, в интернете и на многочисленных форумах в интернете идут непрекращающиеся дискуссии и обсуждения по этому парадоксу. Предложено и продолжает предлагаться множество его решений (объяснений), из которых делаются выводы от непогрешимости СТО до её ложности. Эйнштейн формулировал этот парадокс таким образом: "Если в точке А находятся двое синхронно идущих часов и мы перемещаем одни из них по замкнутой кривой с постоянной скоростью до тех пор, пока они не вернутся в А (...), то эти часы по прибытии в А будут отставать по сравнению с часами, остававшимися неподвижными...".

В настоящее время чаще встречается формулировка не с часами, а с близнецами и космическими полётами: "Если один из близнецов улетает на космическом корабле к звёздам, то по возвращению он оказывается моложе своего остававшегося на Земле брата" (рис.1). Парадокс, кажущееся противоречие с теорией относительности заключается в том, что движущимся близнецом можно считать того, который оставался на Земле. Следовательно, улетавший в космос близнец должен ожидать, что остававшийся на Земле брат окажется моложе него.

Но парадокс имеет простое объяснение: две рассматриваемые системы отсчета на самом деле не являются равноправными. Близнец, который улетал в космос, в своём полёте не всегда находился в инерциальной системе отсчета.

Рис.1. Парадокс близнецов

На этапах разгона, торможения, разворота он испытывал ускорения и по этой причине к нему в эти моменты неприменимы положения специальной теории относительности. Для земного брата он находился в движении, и его часы отставали, но для него самого часы земного брата шли совсем по другому графику, в том числе с опережением. Поэтому нет никакого противоречия (парадокса). Причём, если трактовать его корректно, то в полном согласии с теорией, без парадоксов и противоречий: да, действительно, для каждого из близнецов брат окажется моложе.

Можно сказать, что "парадокс близнецов" является рядовым явлением теории относительности и ни в малейшей мере не противоречив. Это удивительное, даже забавное следствие теории, следствие, математически строго описанное и обоснованное, не более того. Чтобы понять эту красивую математику, нужно лишь приложить немного усилий. Удивительно, что есть масса работ, описывающих различные решения "парадокса", но к нему возвращаются вновь и вновь, предлагая всё новые и новые объяснения. Неужели парадокс настолько сложен, что ни одно из решений не является окончательным? Можно ли провести реальный эксперимент, чтобы определить, кто же из близнецов "на самом деле" окажется моложе и почему? Например, что будет, если провести вариант эксперимента с "парадоксом близнецов", который можно назвать по аналогии "парадоксом трех близнецов". Такой эксперимент позволяет исключить влияние неинерциальных этапов и более наглядно увидеть, есть ли противоречие.

Сформулируем условия эксперимента в полушутливой форме. Предположим, что две планеты - Земля и Ялмез, являющаяся колонией Земли и расположенная в далекой галактике, образуют инерциальную систему отсчета. В некоторый момент времени мимо Земли в сторону планеты Ялмез направляется звездолёт, летящий с субсветовой скоростью. Когда звездолёт оказывается рядом с Землёй, происходит удивительное событие: рождаются близнецы-тройняшки. Один из них родился на Земле, другой - на планете Ялмез, а третий - на звездолёте. Не требуется никакой синхронизации часов, скрупулёзного учёта относительностей одновременности и других хитростей СТО, чтобы понять: в момент рождения два из близнецов находились в одной точке пространства (условно, разумеется), поэтому они - ровесники. При этом, как видим, нет никаких нарушений инерциальности: обе системы - ИСО звездолёта и ИСО Земля-Ялмез без всяких оговорок - инерциальные. Поэтому мы ожидаем интересные выводы о возрасте близнецов, для чего лишь необходимо решить вопрос: каким образом сравнить их возрасты по прилёту третьего близнеца на планету Ялмез. Предположим, что скорость звездолёта была такой, при которой замедление темпа времени движущихся часов равно двум. Это приблизительно 0,86с километров в секунду. Примем расстояние между Землёй и Ялмез в ИСО этих планет таковым, что звездолёт одолеет его за 40 лет, то есть L=32,4c километров. По прошествии 40 лет по земному времени близнец, родившийся на звездолете, прибывает на планету Ялмез. Звездолёт летим мимо, но между близнецом 2 и близнецом 3 в одно короткое мгновение происходит диалог.

Рис.2. Вариант парадокса близнецов - три близнеца

В короткий момент встречи близнецы 2 и 3 обнаружили, что второй близнец старше третьего. Для близнеца на Ялмез это в точности соответствует выводам теории относительности, поскольку в его ИСО первый и второй близнецы всегда ровесники. С их точки зрения третий близнец двигался, и его часы и возраст отстали от возраста близнеца на Ялмез так же, как и от возраста земного близнеца.

А как обстоят дела с точки зрения третьего близнеца? Ведь он же явно видит: брат старше него, а первый является ровесником ему, поэтому, получается, что нет никакой относительности? Может быть, действительно, молодым оказался тот из близнецов, который двигался на звездолёте? При анализе этой ситуации слабым утешением является то, что для третьего близнеца возраст первого "видится" совсем не таким же, каким он видится второму близнецу. Но как это происходит? Слишком уж это не очевидно. Более того, может показаться даже, что СТО ошибается, ведь с логической точки зрения и с позиции здравого смысла мы готовы просто поверить в то, что летящий оказался моложе.

Глава 2. С чего начались все эти "парадоксы"?

В жизни, как обычно, всё оказалось несколько сложнее. Сознание некоторых физиков и математиков отказывается принять новые взгляды относительности. Есть много таких, кто прикладывает немалые усилия к опровержению теории относительности. При этом опровергатели пытаются сделать это самым исчерпывающим образом, пытаются выбить фундамент из-под теории, зрят, так сказать, в самый её корень - в математику. Но это бесперспективное направление - математика специальной теории относительности внутренне безупречна, непротиворечива, и опровергнуть её математическими средствами в принципе невозможно.

Противники специальной теории относительности придумывают множество сложных и хитрых экспериментов, якобы вскрывающих противоречия в теории относительности. Например, такой, в котором луч света предполагается "искривленным", что, конечно же, не так.

Рис.3. Схема из статьи, направленной на опровержение СТО

Однако при тщательном рассмотрении всегда обнаруживаются не учтенные особенности математики теории. Как правило, камнем преткновения оказывается самое, пожалуй, изысканное явление СТО: "относительность одновременности". И только тщательное, внимательное изучение математики СТО может снять все возражения, поскольку против собственно математики СТО нет ни одного довода оппонентов. За более чем вековой срок жизни СТО в ней не вскрыто ни единой математической ошибки. Если математика СТО является истинной, то и все следствия из неё тоже обязательно истинны.

Другой вопрос - трудности восприятия этих выводов и самой математики. Как ни странно это звучит, но самыми трудно воспринимаемыми из этих выводов являются наиболее простые - преобразования Лоренца. Из них следуют такие явления как сокращения движущихся отрезком, отставание движущихся часов, относительность одновременности событий. Это удивительные явления, загадочные на первый взгляд и даже парадоксальные. Действительно, как это происходит, что мои часы отстают по отношению к твоим, но и твои тоже отстают по отношению к моим?! Это же парадокс, противоречие! Это недоумение непосредственно относится и к мысленному эксперименту с тремя близнецами. Присмотримся к поведению часов, находящихся рядом с каждым из близнецов, обозначив их теми же номерами:

Рис.4. Так чьи же часы отстают?

Как сказано выше, при мимолетной встрече второго и третьего близнецов, они обнаружили, что второй близнец старше третьего, а часы третьего Т3 отстали от часов второго Т2 (всё ровно на 20 лет). Близнец 2 утверждает: третий пролетел расстояние L, на что у него ушло 40 лет. При этом в результате лоренцева замедления времени в ИСО звездолета прошло только 20 лет. Все верно. Но ведь первый и второй близнецы тоже двигались - по отношению к третьему. Значит, их часы тоже должны были отстать - по отношению к часам третьего близнеца. Второй близнец утверждает:

Третий пролетел расстояние L, равное 32,4с километров.

Нет, - утверждает третий, - Я пролетел только 16,2с километров. Поэтому по моим часам прошло не 40 лет, а только 20. Именно столько лет мне сейчас.

Как так?! - не сдаётся второй, - Мы измерили расстояние между Землёй и Ялмез, оно в точности равно 32,4с километров.

Так это же в вашей ИСО. А в моей ИСО - движетесь вы по отношению ко мне, поэтому этот отрезок - расстояние между Землёй и Ялмез - для меня является укороченным и имеет длину L`, равную 16,2с километров.

Да, верно, - соглашается, наконец, второй близнец, - Но ведь и для нас все интервалы в твоей ИСО укорачиваются. Почему же ты не учитываешь это сокращение?

Учитываю. Но сейчас мы говорим лишь об одном отрезке - интервале между планетами в ИСО Земли - Ялмез. А этот отрезок по отношению к Земле неподвижен, а по отношению ко мне - движется. Поэтому и сокращается. Вот и получается, что я пролетел расстояние с точки зрения моей ИСО ровно в два раза меньшее, чем измерено в вашей ИСО. А поскольку первый брат двигался по отношению ко мне со скоростью 0,86с километров в секунду, то его часы отстали по отношению к моим. Поэтому ему сейчас только 10 лет. Ведь мне-то уже 20 лет.

О чём ты говоришь? - воскликнул удивленно второй брат, - Ему ровно столько же, сколько и мне! Мы с ним ровесники и наш возраст одинаков.

Вот именно, - подвел итог третий брат, - Ты верно заметил: ровесники именно вы, поскольку находитесь в одной и той же ИСО. Это друг для друга у вас одинаковый возраст. Но для меня, из моей ИСО возраст первого брата равен 10 годам, именно в этом и состоит относительность: значения величин определяются тем, из какой системы отсчёта они получены.

К этому разговору близнецов можно добавить, что он в точности описывает реально наблюдаемый физический процесс со временем жизни пионов, в котором пион выступает в роли третьего близнеца и за счёт движения "живет" дольше своих "неподвижных" (земных) собратьев, что даёт ему возможность пролететь сквозь атмосферу Земли намного дальше, чем это возможно при его "стандартной продолжительности жизни".

Рассуждения на тему ошибочности СТО нередки на форумах, посвященных теории относительности. Но главная их беда и ошибочность, к сожалению, состоит в нежелании вникнуть в математику теории. Выводы теории противоречат лишь привычным, классическим представлениям. Эти привычные представления применяются к теории вопреки её утверждениям. Теорию относительности обвиняют в ложности утверждений, которых она не делала! Ей приписывают выводы, которых она не делает, и затем их пытаются опровергнуть. Непросто осознать, как получается, что отрезок А короче отрезка Б, но при этом отрезок Б короче отрезка А. Или часы Т1 отстают по отношению к часам Т2, но при этом и часы Т2 отстают по отношению к часам Т1. Разумеется, такое сравнение бессмысленно, две величины не могут быть одновременно меньше друг друга. Хитрость состоит в том, что при наличии двух часов на самом деле имеется четыре величины для сравнения:

1. Показания часов А с точки зрения А;

2. Показания часов А с точки зрения Б;

3. Показания часов Б с точки зрения А;

4. Показания часов Б с точки зрения Б.

То, что показания п.1 больше показаний п.3, ни в коей мере не противоречит тому, что показания п.2 меньше показаний п.4. Но для понимания этого необходимо внимательно ознакомиться с положениями СТО, в особенности с её фундаментальным принципом относительности. Только в этом случае станет понятно, как нужно сравнивать показания часов п.1 - п.4. То же самое можно сказать и о длинах отрезков, которые тоже имеют не два значения, а четыре. Таким образом, для обвинений СТО в парадоксальности и противоречии здравому смыслу явления Лоренца не дают никаких оснований.

Глава 3. Что опроверг опыт Майкельсона

Как мы показали выше, наиболее распространенные представления о СТО не содержат в себе ни противоречий, ни парадоксов в глубоком смысле этого слова. На уровне выводов всё достаточно просто и непротиворечиво. Может показаться, что вообще "СТО - это же элементарно!" Почему же тогда не утихают споры вокруг неё? Почему множество физиков и математиков пытаются найти в ней противоречия, отвергают её? Есть ли вообще какая-нибудь тайна СТО, о которой заявлено в названии данной статьи?

В мире проведено и проводится много экспериментов, ставящих цель найти не очередное доказательство справедливости теории, а хоть что-то, что с нею не согласуется. Но всё тщетно - СТО получает только очередные подтверждения.

За несколько лет до появления теории относительности, в 1881 году, Майкельсон провёл опыт, который вполне мог стать родителем теории относительности и преобразований Лоренца. Главной целью опыта был поиск абсолютной системы отсчета, связанной с эфиром. На заре своего возникновения СТО, ссылаясь на этот опыт, прямо отвергла такую систему отсчета. Опыт Майкельсона, действительно, не показал наличия такой системы, наличия эфира и явился подтверждением положений теории относительности.

Согласно существовавшей на тот момент теории неподвижного эфира, можно было измерить абсолютное движение Земли по отношению к эфиру. Проведём такую аналогию. Три стрелка метятся в мишень (рис.5). Первый стрелок находится на платформе, которая приближается к мишени. Второй неподвижен. Третий находится на платформе, которая удаляется от мишени. В тот момент, когда все три стрелка поравнялись, они выстрелили. Первой достигнет мишени пуля, выпущенная первым стрелком; затем мишени достигнет пуля второго стрелка; последней в мишень попадет пуля третьего стрелка. Разница во времени попадания пуль в мишени зависит от скорости платформ. То есть, измеряя задержку попадания пули в мишень, мы можем оценить скорость движения платформы (аналога Земли):

Рис.5. Три стрелка и мишени

По аналогии со стрелками появилась идея определить абсолютную скорость Земли. Но оказалось, что с фотоном ситуация иная. Если стрелки выпустят в мишень световые лучи, то все они достигнут мишени одновременно, независимо от скоростей платформ. Не смотря на то, что ИСО приобрела скорость, скорость фотона осталась прежней и по-прежнему t = L/c. Это довольно странно, поэтому проанализируем процесс. Не вдаваясь в технические детали опыта и установки Майкельсона, рассмотрим физическую сущность опыта, используя методику Майкельсона. Для этого возьмем платформу длиной L, которую пересекает фотон, испущенный неизвестным источником и просто пролетающий мимо. Фотон для наблюдателей на платформе пролетит через неё за время t = L/c. Затем разгоним платформу до скорости v и вновь замерим время пролёта фотона. Время окажется с точности таким же. Но почему? Платформа разогнана, а фотон, как ни в чём ни бывало, преодолевает её за то же самое время. Проведём мысленный опыт на установке, подобной установке Майкельсона и изображенной на рис.6. Изобразим фотон бейсбольным мячом, а зеркало - битой, которая отражает фотон-мяч от противоположной стенки и возвращает его к мишени. Если наблюдателю ничего не известно о движении своей системы отсчета, он считает её покоящейся и вычисляет, что фотон преодолеет платформу за время t = 2L/c (путь туда и путь обратно).

Рис.6. Полет фотона с точки зрения наблюдателя внутри ИСО

Однако внешний наблюдатель видит, что платформа движется. Он также видит: свет в одном случае догоняет зеркало на противоположном конце платформы, а в другом летит навстречу мишени (рис.7). Но это видит лишь наблюдатель, который остался неподвижным после разгона платформы, то есть наблюдатель, условно связанный со средой распространения, с эфиром (как предполагали Лоренц и Майкельсон).

Рис.7. Полет фотона с точки зрения внешнего наблюдателя

На рис.7 видно, что для внешнего наблюдателя время движения фотона вдоль платформы туда и обратно составит:

Здесь время и длину платформы мы обозначили штрихованными величинами. Во-первых, мы не уверены, что это время t` в точности равно времени на неподвижной платформе; во-вторых, мы подозреваем (как и Майкельсон), что движущаяся платформа должна сократить свои размеры, поскольку время пересечения платформы для наблюдателя на платформе не изменилось, но платформа-то движется, и путь для света явно стал другим, предположительно, больше. С другой стороны, если путь для света изменился, а скорость, как показывают измерения, осталась прежней, то время в пути у фотона также изменилось. Видимо, оно изменилось в ту же сторону, что и длина платформы - уменьшилось, причём ровно во столько же, во сколько сократилась платформа, ведь эти три величины связаны формулой: t = L/c. Есть ещё одно очевидное обстоятельство, которое мы можем проверить экспериментально: в движущейся ИСО (платформе) скорость света одна и та же при движении туда и обратно. Поэтому в уравнении (1) мы везде поставили одну и ту же скорость фотона. Преобразуем уравнение:

Полученные уравнения пока ни о чём нам не говорят. Попробуем сравнить полученные величины. Интересно узнать, как изменилось время в полёте фотона через движущуюся платформу. Вычислим отношение:

В глаза бросается асимметрия уравнения. Попробуем наугад исправить это и восстановить симметрию, интуитивно ожидая интересные выводы:

Элементарный анализ полученного равенства подсказывает следующий вывод:

Время t во столько же раз меньше времени t`, во сколько раз длина L больше длины L`. А что это за величины? Выше мы предположили, что в движущейся платформе время замедлилось, а длина её изменилась (сократилась). При этом мы предположили, что эти два изменения равны: во сколько сократилось время, во столько же сократилась и длина. Посмотрим, соответствует ли это равенству (7). Время t - это время пролёта фотона через платформу для наблюдателя, находящегося на этой платформе, а L - это длина платформы для этого наблюдателя. Очевидно, что наблюдатель ничего не заметил при разгоне платформы, для него ничего не произошло, он, вообще говоря, мог и не знать, что платформа движется. Поэтому эти две величины - исходные, не сократившиеся, те, которые были известны до начала эксперимента. А что же за величины t` и L`? На основании того, что после разгона платформы результаты опыта Майкельсона остались таким же, мы сделали вывод, что платформа сократилась, а время в ней замедлилось. Но кто наблюдает сокращение платформы и сокращение темпа хода её часов? Очевидно, это наблюдатель, который видит движение платформы - неподвижный, оставшийся в системе отсчета эфира. Следовательно, он видит платформу длиной L` и время t`, за которое фотон пролетел через платформу туда и обратно. Мы знаем, что на платформе часы стали идти медленнее, то есть время t, прошедшее на платформе, меньше времени, прошедшего в неподвижной системе отсчета t`.

Аналогично делаем вывод: в неподвижной ИСО длина платформы видится укороченной до величины L`, против исходной длины L. Выше мы пришли к выводу, что уменьшение времени должно быть в точности равно сокращению платформы, то есть:

Откуда после преобразований находим:

Из уравнения (8) находим такое же выражение для времени:

Здесь наблюдательный читатель заметит то же противоречие, какое, по всей видимости, обнаружил Акимов и назвал его "парадоксом штриха". В нашем случае мы сами выбрали обозначения времён. Что называть "внутренним временем ИСО", является в достаточной мере произволом. Мы обозначили штрихом время, которое входит в уравнение, содержащее штрихованную длину платформы. Это, казалось бы, логично. Однако, штрихованная длина платформы - это сокращённая её длина, то есть, длина "движущегося стержня", что по правилам СТО, действительно, маркируется штрихом. Время же мы "заштриховали" то, которое измерено часами в неподвижной ИСО, что уже противоречит правилам СТО. Поэтому в последнем уравнении (10) правильнее было бы штрих переставить в левую часть. Итак, мы обнаружили, что методика эксперимента Майкельсона легко и недвусмысленно приводит к одному из выводов из преобразований Лоренца. При этом мы не нуждались в применении понятия (субстанции) эфира и абсолютной системы отсчета, упомянув их лишь как дань традиции. Следовательно, и этот эксперимент не содержит в себе логических противоречий или предположений, противоречащих здравому смыслу, или хотя бы вызывающих трудности в их осмыслении.

Глава 4. Великая Тайна

Выходит, что специальная теория относительности - это стройная, законченная система, в которой нет никаких вопросов, требующих решения, рассмотрения, осмысления? Нет, это не так. По меньшей мере одно белое пятно в ней всё-таки есть. Здравый смысл и элементарная логика не могут принять базовый принцип специальной теории относительности, являющийся причиной возникновения всех следствий СТО (преобразований Лоренца, относительности одновременности). Ни сама СТО, ни физики, ни математики не дают никакого описания механизма действия второго принципа (постулата) СТО. Каким образом происходит явление, что скорость света не зависит от скорости источника? Проявления принципа логичны, а сам принцип - нет.

Возвратимся к платформе Майкельсона (рис.8). Разгоним её. Она либо сокращается, либо не сокращается. Это зависит только от стороннего наблюдателя, поскольку именно для него она изменяет свои размеры. Но мы не обращаемся к мнению стороннего наблюдателя. Мы испытали ускорение при разгоне и точно знаем, что скорость платформы изменилась. Опыт Майкельсона не показал никакого изменения интерференционной картины. Платформа сократилась? Внешнего наблюдателя нет, опыт Майкельсона - есть. Для кого сократилась платформа? Абсолютно? Но это неприемлемо для СТО. Для самой платформы никакого реального сокращения быть не может. Вне зависимости от движения она не может сокращаться. Но интерференционная-то картина не изменилась! Скорость света при движении платформы осталась прежней.

Почему скорость света константа, представить достаточно просто. Например, это свойство материи (аналога эфира), то есть той первоосновы, которая формирует всё сущее: вещество, физический вакуум, поля и прочее. Эта первооснова может обладать некоторой инерцией при передаче своих деформаций, проявляющихся как движение материи, излучений, полей. Такое объяснение прекрасно согласуется со вторым постулатом СТО: испущенный фотон в дальнейшем взаимодействует только со средой, которая не даёт ему разогнаться выше скорости света. Но это не объясняет постоянства скорости в общем случае, во всех ИСО. Если платформа движется, то для неизменности скорости света в ней платформа должна сократиться абсолютно.

Рис.8. Абсолютное сокращение движущейся платформы

Примем некоторое состояние платформы за исходное и будем считать его состоянием покоя, отсутствия движения платформы (рис.8), то есть v=0. Вдоль этой платформы со скоростью света движется фотон, изображенный на рисунке зеленым бейсбольным мячом. Длина платформы для наблюдателей, находящихся на ней равна L. Время на пролёт платформы фотоном равно L/c. Никаких внешних наблюдателей нет, и извне некому делать заключения о размерах платформы и темпе хода часов на ней.

Теперь мы разгоняем платформу до скорости v. О том, что скорость платформы увеличивается, мы можем объективно судить по ускорению. По формулам Ньютона и длительности воздействия ускоряющей силы мы можем сделать оценку скорости движения платформы. Точное значение этой скорости нас не интересует, но мы можем её измерить по скорости удаления оставленного за пределами платформы маяка. Проводим повторно опыт с пролетом фотона через платформу. Время этого пролета по-прежнему равно L/c. Но фотон ничем не связан с платформой, поэтому следовало ожидать, что время его полёта должно возрасти:

Эти допущения не предполагают наличия внешних наблюдателей, то есть на платформе явным образом фиксируются абсолютные сокращение её длины и замедление темпа хода времени. Это неизбежно, поскольку нам точно известно, что скорость платформы возросла. Но при этом у нас нет никакой возможности определить ни сокращение длины платформы, ни замедление темпа хода времени, поскольку сокращаются в такой же мере все эталонные линейки на платформе и замедляют темп хода все эталонные часы на ней.

Такое объяснение инвариантности скорости света вполне подошло бы, если бы не было внешних наблюдателей, которые не подвергали свою платформу разгону. С одной стороны, они тоже зафиксировали бы изменение длины рассматриваемой платформы до L`, а темп хода времени до t`. Но с другой стороны все эти же изменения длин и времён должны произойти и у сторонних наблюдателей, поскольку принцип относительности позволяет рассматривать движущимися их, а покоящейся рассматриваемую платформу. В противном случае для движущейся платформы время на неподвижной будет ускоренным, а отрезки удлиненными.

Отсюда неизбежно следует вывод: разогнанная платформа не может изменить свою длину абсолютно. Это противоречит предыдущему выводу.

Еще раз рассмотрим уравнения (11) и (12) как результаты наблюдения со стороны внешней, условно неподвижной платформы. В этом случае всё прекрасно сходится и согласуется с принципом относительности. Эти два уравнения относятся к стороннему наблюдателю, на какой бы платформе он ни находился. Скорость v при этом - это скорость относительного движения двух платформ. Каждый из наблюдателей видит, что движущаяся мимо него платформа сокращается, а темп времени на ней замедляется. Однако, в этом случае вновь возникает вопрос об инвариантности скорости света: как получилось, что после явного, экспериментально зафиксированного увеличения скорости платформы время пролёта фотона через неё осталось таким же, как и до разгона? Мы больше не можем делать предположений об абсолютном сокращении длины платформы и замедлении темпа хода часов на ней. Относительное же сокращение имеет смысл только для стороннего наблюдателя, для наблюдателей же на самой платформе никаких "относительно самих себя" быть не может. Но при её движении она убегает от света, поэтому свет должен двигаться быстрее! Причём только для наблюдателей на этой платформе, поскольку для всех остальных он движется с той же скоростью, что и до разгона.

И что же у нас получилось? Получилось, что платформа не может сокращаться, но и не сокращаться она не может тоже. То есть, объяснить постоянство скорости света в неподвижной/движущейся платформе не удалось. В этом и состоит Великая Тайна Специальной Теории Относительности: механизм сохранения скорости света в неподвижной/движущейся ИСО невозможно описать логически, без противоречия со здравым смыслом. Такой механизм в СТО отсутствует: не ясны не только причина, но даже само элементарное внешнее описание, как скорость света умудряется при разгоне системы остаться неизменной? Как описать инвариантность скорости света? КАК это выглядит? Такой вот простенький вопрос: КАК? Объяснение из разряда "вследствие искривления пространства-времени" ничего не объясняет, а напрашивается на бритву Оккама и "нуки-туки" Фейнмана.

Глава 5. Теория относительности против квантовой механики

Помимо Великой Тайны, у СТО есть и другой спорный вопрос - конфликт с квантовой механикой. Причём конфликт тоже является логически необъяснимым и не вписывающимся в рамки здравого смысла.

При обсуждении явления запутанности частиц в квантовой механике и мгновенности коллапса волновой функции всегда подчеркивается отсутствие противоречия между квантовой механикой и специальной теорией относительности. Однако явление запутанности, тем не менее, позволяет в принципе организовать проведение эксперимента, который явным образом может показать, что движущиеся друг относительно друга часы идут синхронно (рис.9). Это означает, что утверждение СТО о том, что движущиеся часы отстают, - ошибочно . Есть веские основания полагать, что между квантовой теорией и специальной теорией относительности существует неустранимое противоречие, касающееся скорости передачи взаимодействия и квантовой нелокальности. Положение квантовой теории о мгновенности коллапса вектора состояния противоречит постулату СТО об ограниченности скорости передачи взаимодействия, поскольку существует способ использовать коллапс для формирования сигнала синхронизации, являющегося фактически информационным сигналом, мгновенно распространяющимся в пространстве. Отсюда следует вывод, что одна из теорий - квантовая или специальная теория относительности, либо обе теории требуют пересмотра в вопросе о скорости передачи взаимодействия. Для квантовой теории - это отказа от квантовой корреляции запутанных частиц (нелокальности) с мгновенностью коллапса волновой функции на любом расстоянии, для СТО - это предельность скорости передачи взаимодействия.

Сущность квантовой синхронизации состоит в следующем.

Рис.9. Квантовая синхронизация часов

Две запутанные частицы (фотоны) мгновенно получают собственные состояния при коллапсе общей волновой функции - это положение квантовой механики. Поскольку существует, по крайней мере, одна ИСО, в которой каждый из фотонов получает своё состояние в пределах измерительного устройства (мишени), нет никаких разумных оснований утверждать, что существуют другие ИСО, в которых эти состояния фотоны получили вне измерительных устройств. Отсюда неизбежный вывод, что срабатывание двух измерителей происходит одновременно с точки зрения любых ИСО, поскольку для любой ИСО оба измерителя (мишени на рис.9) сработали одновременно вследствие коллапса волновой функции. В частности это означает, что собственный измеритель неподвижной ИСО сработал абсолютно одновременно с измерителем в движущейся ИСО, поскольку квантовые запутанные частицы (фотоны) в момент коллапса находились в пределах измерительных устройств, а коллапс происходит мгновенно. Использование сигнатур (последовательностей сигналов измерителей) позволяет впоследствии показать синхронность хода часов (часы Т1 и Т2).

Глава 6. Сверхсветовая скорость света

Корпускулярно волновой дуализм возник как компромисс между двумя проявлениями сущности фотона (и других квантовых частиц). За квантовыми частицами закреплены две формы проявления: волна и корпускула. При этом волна характеризуется явно определённой длиной. Например, это явно учтено в эталоне метра, который определяется как заданное количество периодов некоторого излучения. Волновое поведение фотона используется в объяснении космологического красного смещения, эффекта Доплера. То есть волновое проявление фотона характеризуется его пространственной протяженностью. Это не точечная субстанция, это некоторое пространственно распределенное образование. Учитывая скорость его распространения, фотон имеет довольно протяженный вид. Изобразим фотон в виде такого вот своеобразного "копья":

Рис.10 Фотон как "копьё"

Но при взаимодействии с другими частицами и с веществом, фотон проявляет себя как частица, как бы "капля энергии", у которой, во всей видимости, протяженность небольшая. Иначе при контакте с объектом "голова фотона" вступает во взаимодействие раньше, чем его "хвост". Следовательно, либо фотон вступает во взаимодействие плавно, как бы переливаясь из одной емкости в другую, либо схлопывается мгновенно в точку. В последнем случае скорость его "хвоста" должна быть выше скорости света.

Явление интерференции также свидетельствует о сверхсветовой способности "схлопывания" фотона в точке взаимодействия. При прохождении фотона через полупрозрачное зеркало (расщепитель) он как бы оказывается одновременно в двух разделённых точках пространства (рис.11), которые могут быть на довольно большом расстоянии друг от друга. Фотон может быть зафиксирован (зарегистрирован, измерен) в каждом из каналов, что позволяет предположить, что он действительно разделятся на две половинки . Однако эти две половинки обладают уникальным свойством: они схлопываются одна в другую и только одна в другую.

Рис.11. Схлопывание разделенного на половинки фотона

При этом никакое препятствие не может помешать этому схлопыванию: ни поля, ни вещество, ни расстояние. В пользу такого предположения свидетельствует явление запутанности квантовых частиц, которые "чувствуют" друг друга мгновенно на любом расстоянии. Правда, расстояние на самом деле может оказаться ограниченным и как-то зависеть от принципа неопределенности Гейзенберга. Литература:
Дата доступа ко всем URL 12.05.2012

1. Путенихин П.В., Главная загадка физики квантов, 2009,
http://econf.rae.ru/article/6357

http://sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/9818.html
http://quantmagic.narod.ru/volumes/VOL642009/p4126.html
http://www.scorcher.ru/theory_publisher/show_art.php?id=363&editing=1

4. Путенихин П.В., Противоречие между квантовой механикой и СТО, 2010,

http://econf.rae.ru/article/6360
http://econf.rae.ru/pdf/2011/11/714.pdf
http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/10373.html
http://quantmagic.narod.ru/volumes/VOL732010/p3115.html

Главный парадокс специальной теории относительности заключается в том, что мы, по большому счету, благодаря этой теории вообще никак не можем определить сущность движения как такового. Идея безусловного сохранения принципа относительности без привязки этого принципа к эфиру привела по Эйнштейну к тому, что даже движение фотона стало каким-то неопределенным.

Постулирование постоянства скорости света в вакууме уже говорит о существовании некоторой абсолютной системы координат, связанной с вакуумом. Поэтому и утверждение, что скорость света в вакууме есть величина постоянная, что она не зависит от движения любой системы, противоречит самой теории относительности. Это противоречие заключается в том, что нам даже теоретически невозможно связать какую-либо систему с движущимся фотоном, если мы будем продолжать мыслить категориями специальной теории относительности. В этом случае весь остальной мир станет каким-то эфемерным.

По этой причине ниже мы проанализируем ключевые соотношения специальной теории относительности.

Длина некоторого стержня, движущегося в направлении его длины, согласно выводам Лоренца, узаконенным Эйнштейном, уменьшается в функции от скорости движения в соответствии с соотношением.

L′ = LO √1 – v2/c2

В данном выражении не учитывается движение стержня относительно какой-то иной системы координат. Получается, что это движение само по себе, хотя и имеется какая-то неясная длина LO. Можно было бы предполагать, что это длина абсолютно неподвижного стержня, но мы не знаем способа описать состояние неподвижности.

Если предположить так, как это сделал Лоренц (движение – есть движение относительно неподвижного эфира), то тогда мы должны предположить существование абсолютно неподвижного стержня вместе с неподвижным эфиром. Необходимо сказать, что Лоренц, разрабатывая свою модель, исходил из того, что материя является некоторой субстанцией электромагнитных полей. При этих условиях преобразование Лоренца для длины некоторого движущегося стержня приобретают определенный смысл, который будет понятен после того, как будут рассмотрены свойства физического вакуума (эфира) и электромагнитные структуры всех образующих материю (вещество) составляющих компонентов (элементарных частиц).

Эйнштейн распространил преобразование Лоренца длины движущегося стержня также и на массу и время, что принципиально изменило суть предложенного преобразования Лоренца. Поэтому получилось нечто невероятное. Поскольку (по Эйнштейну) эфир не существует, то, значит, это выражение становится утверждением, что движущийся стержень сокращается в направлении своего движения.

Неправда ли, парадокс проявился в достаточной мере. Мы не в состоянии как-то описать движение, но утверждаем, что следствием движения является сокращение длины стержня. Исключение понятия “абсолютно неподвижная система” привело в итоге к логическому парадоксу, являющемуся по существу тупиком развития мысли вследствие неверного использования математики.

Вот тому наглядный пример.

Поскольку никаких требований к конструкции стержня в данном случае не предъявляется, мы можем принять в качестве такого движущегося “стержня” одиночный фотон. На мгновение забудем, что фотон не может быть в неподвижном состоянии. Это допустимо, поскольку нас интересует только движущийся “стержень”. Причем “стержень”, движущийся со скоростью света.

Уравнение Эйнштейна для L′ дает нам абсолютно нулевую длину этого “стержня”. Следовательно, согласно специальной теории относительности длина фотона (для нас) всегда должна быть равна нулю. Но это невозможно представить при любых мыслимых допущениях. Это просто абсурд! Нельзя также (даже теоретически) предположить нулевую скорость фотона. Если же мы это сделаем, связав себя с системой координат движущегося фотона, то обнаружим, что длина фотона при таком допущении становится равной бесконечности. Это тоже абсурд.

Между тем, для практики требуется более глубокое понимание сути фотона, четкое представление механизма его движения, обоснованное понимание времени его существования, его способности проходить через некоторые вещества, которые мы называем “прозрачными”. Поэтому следует принять, что приведенные примеры “абсурдности” некоторых выводов из теории относительности должны послужить нам основанием для постановки задачи создания новой модели фотона.

Следующее выражение описывает изменение массы движущегося тела.

“Чтобы уравнения движения тела в релятивистской механике были инвариантны по отношению к преобразованию Лоренца, необходимо учесть, что в движущейся системе релятивистская масса тела

где mO– масса тела в системе, относительно которой оно покоится”.

Данная цитата заимствована в справочнике по физике (И. М. Дубровский, Б. В. Егоров, К. П. Рябошапка “Справочник по физике”, АН Украинской ССР, Институт металлофизики, Киев, “Наукова думка”, 1986 г.).

Снова мы видим высокий уровень абстрактности понимания движения.

К примеру, на орбите спутника Земли действие силы тяжести не ощущается. Но это не означает, что масса тела перестала существовать. Не означает это и того, что масса тела как-то изменилась. Не изменится масса тела и тогда, когда это тело окажется на Луне, где сила тяжести в пять раз меньше, чем на Земле. Изменяются условия взаимодействия масс, но не более того.

Согласно законам классической механики масса – есть мера инертности тела или системы тел. Это свойство проявляется только при взаимодействии тел или при каком-либо изменении состояния системы координат, связанной с этим телом или с этой системой тел. Поэтому говорить о массе покоя данного или любого иного тела или какой-либо системы совершенно бессмысленно.

Скорее можно предположить, что масса покоя тела или системы тел просто отсутствует, поскольку обнаружить или как-то измерить эту массу совершенно невозможно. Кроме того, система координат, связанная с телом может двигаться в пространстве относительно эфира, что при определенных условиях проявляется в эксперименте в виде определенных физических эффектов, в том числе и в широко известных экспериментах. При таком движении системы координат, связанной с телом, возникают эффекты, не связанные непосредственно с массой тела и/или системы. Но это будут эффекты взаимодействия вещества, движущегося относительно эфира, с самим эфиром (физическим вакуумом).

Такого рода эффекты возникают, например, при схлопывании пузырьков, образовавшихся в жидкости в результате кавитационного возбуждения. Схлопывание пузырьков происходит с такой большой скоростью, что вещество начинает разрушаться до состояния плазмы. Явление свечения при этих процессах, наблюдаемое в этих случаях, стали называть “сонолюминесценцией”, хотя к какой-то форме люминесценции эти процессы вообще не имеют никакого отношения. Выделяющаяся при таком разрушении вещества плазма нагревает жидкость настолько, что при неучете этих процессов коэффициент полезного действия (термодинамический) получается намного больше единицы. Однако если бы было проверено общее количество жидкости на входе и на выходе системы, то было бы обнаружено, что баланс масс (или закон Кирхгофа для тока жидкости) в этом случае не выполняется.

Абсолютно неподвижной системой может быть только система, привязанная к абсолютно неподвижному эфиру (физическому вакууму), без привлечения которого корректно описать движение становится совершенно невозможным. Иначе говоря, без привлечения свойств физического вакуума невозможно понять физическую суть не только массы тела как некоторого свойства материи вообще, но и вещества в частности. Более того, без привлечения свойств физического вакуума само движение становится непостижимым в своей сути, сколько бы мы ни рассуждали об относительности этого движения (относительности в смысле движения относительно других тел или других систем тел).

Положим, мы рассматриваем движение массивного тела относительно произвольной системы (по словам Эйнштейна удаленной от каких-либо внешних тел и/или масс настолько, что их существованием можно пренебречь). Вследствие нашего бессилия описать хоть какое-то движение, перерасчет массы этого тела, находящегося в равномерном и прямолинейном движении в указанной системе, становится не более чем математико-логическим упражнением, ничего не отражающим в действительности. Более того, сразу же выявляется логическая ошибка. Наше “удаленное от любых систем” тело находится в системе координат, относительно которой оно движется. Следовательно, система является покоящейся. Но это мы определить или выявить не в состоянии.

В качестве примера, демонстрирующего ошибочность указанных преобразований значения массы движущегося тела, проанализируем некоторые данные эксперимента, который (как считают) ярко подтверждает справедливость специальной теории относительности. Речь пойдет об излучении фотонов при распаде нейтральных π-мезонов (πО-мезонов).

В эксперименте πО-мезоны (пионы), движущиеся со скоростью v = 0,99975 с, где с – скорость света в вакууме, распадаются на фотоны (ү-кванты), которые сами движутся уже со скоростью света. В эксперименте действительно не происходит сложения скоростей согласно уравнениям классической физики Ньютона – скорость пионов не суммируется со скоростью фотонов. Вот и весь эксперимент, подтверждающий, как будто, первый постулат теории относительности.

Поскольку меня интересуют массовые свойства пионов, то значение скорости их движения до начала распада мы запомним и начнем свое расследование. И расследование это начнем с принятой структуры протонов.

Принято считать, что бомбардировка ядерных частиц другими частицами высоких энергий (например, электронами высоких энергий) позволяет получить более мелкие частицы, которые, якобы, входят как составные элементы в структуру протона (или другой частицы). На мой взгляд, это механистическое построение модели физических частиц, не отражающей истинного положения дел.

Если, например, я возьму газетный лист и разорву его на мельчайшие кусочки, никто не возьмется сказать, что эти получившиеся обрывки составляют частицы газетного листа, из которых можно вновь “собрать” прежний газетный лист. Из этих обрывков можно, конечно, воспроизвести новый газетный лист за счет применения технологического процесса переработки вторсырья. Но новый газетный лист будет отличаться от исходного листа. Например, он будет более темным вследствие сохранения в новом листе типографской краски от первоначального листа. Но этот пример дан для подчеркивания необратимости некоторых физических преобразований.

Вернемся к протону.

Считается, что каждый протон состоит из трех более мелких частиц – кварков. Протон содержит два различных типа (или два аромата) кварков: два u-кварка (от англ. up – вверх), каждый с дробным электрическим зарядом ⅔e (e – заряд электрона), и d –кварк (от англ. down – вниз) с зарядом - ⅓е. Массы кварков неизвестны, но, считают, что они значительно больше одной трети массы протона. Объясняют это тем, что кварки сильно связаны и поэтому большая часть массы компенсируется энергией связи. В то же время природа взаимодействия между кварками недостаточно хорошо понята. Взаимодействие, которое “склеивает” кварки вместе, оценивают как очень сильное. [Здесь я опущу описание глюонов, “склеивающих” кварки между собой].

Большинство физиков, занимающихся физикой элементарных частиц, придерживаются мнения, что взаимодействие между кварками усиливается с увеличением расстояния между ними. По этой причине (если это справедливо) “растащить” на части соединения кварков невозможно. В таком случае кварки не могут существовать изолированно, т.е. невозможно расщепить протон на три его составные части (!).

Однако (!) не обязательно объединяются три кварка. Допустимо (!) “объединение” и пары кварков. Такие образования получили названия пионов (π-мезонов). В зависимости от приписываемого им заряда различают π+-мезоны, π‾-мезоны и нейтральные πО-мезоны. Нейтральные пионы очень нестабильны. Среднее время их существования (время жизни) составляет порядка 10‾16сек. Затем эти пионы распадаются на гамма-кванты (фотоны)…

На этом я ограничу свой экскурс в современные представления о структуре протона. Мне представляется, что описанные кварки очень напоминают обрывки газетного листа, образ которых был использован в примере. Но я “добирался” до πО-мезонов для того, чтобы рассмотреть возникающий при таком подходе парадокс, связанный с их массой.

Массу ядра любого атома можно примерно вычислить по значению молярной массы этого вещества. При этом размерность такого вычисления будет [кг]. Указанный выбор размерности для массы атома означает, что атом, согласно положениям специальной теории относительности, можно рассматривать как некоторую неподвижную частицу, обладающую конкретными свойствами.

Иначе измеряется масса пионов. Она может быть измерена только в [МэВ]. Это означает, что пионы можно и следует рассматривать как частицы, существующие только в движении. С другой стороны, как будто, пионы являются некоторой составной частью ядра атома. Поэтому в чем бы ни измерялась масса пиона, на него, как на составную часть ядра атома, должны распространяться все положения теории относительности. Иначе говоря, мы имеем право пересчитать массу подвижного пиона в массу неподвижного пиона в соответствии с положениями теории относительности.

Если провести такой расчет массы покоя пиона, то мы получим значение этой массы примерно как ^ 0,02 от измеряемой массы движения. Можно при этом упражняться и пересчитывать [МэВ] в [кг] и наоборот. Можно сопоставлять полученное значение со значением массы неподвижного атома и так далее. Я полагаю, что эти расчеты нас, по крайней мере, удивят.

Главное все-таки другое. Согласно теории относительности, чтобы разогнать тело до скорости света (или близкую к нему) этому телу необходимо сообщить извне определенную энергию. Следовательно, (согласно положениям специальной теории относительности) получаемые в эксперименте значения масс пионов в [МэВ] отражают на 98% значение той энергии, которую мы им сообщили в ходе эксперимента (при “получении” пионов). Иначе говоря, мы измеряем, главным образом, величину собственных усилий для создания πО-мезонов, а не сами эти частицы.

В этом и состоит парадокс использования теории относительности для описания микромира. Поскольку в лабораторных условиях πО-мезоны и другие частицы все-таки получаются, то для их описания должны быть использованы какие-то иные методы, не привязанные к теории относительности.

Сторонники теории относительности возразят мне. По их мнению, я все исказил, поскольку при анализе параметров L и m (соответственно и параметров LO и mO) речь должна была вестись о значении одних и тех же параметров при соотнесении их с разными системами координат.

Но ситуация не должна зависеть от того, есть или нет в системе наблюдатель. И моя собственная масса в системе, связанной с фотоном, движущимся по направлению ко мне, будет равна бесконечности, а моя длина для этого фотона будет равна нулю. Это, безусловно, нонсенс.

Таким образом, этот “выверт” со стороны Эйнштейна означает абстрактное применение математики, не имеющее к физике процессов никакого отношения. Если же представить движение фотона как абсолютное движение, т.е. движение именно в среде эфира (физического вакуума), то никаких умопомрачительных ситуаций не возникнет.

Теперь мы можем возвратиться к анализу других положений специальной теории относительности.

Следующим важным параметром, который необходимо тщательно проанализировать, является параметр времени.

“^ Релятивистское изменение времени” по Эйнштейну возникает также в силу применения преобразований Лоренца к четырехмерному пространству Минковского. Эйнштейн для системы К′, движущейся вдоль оси х′, совпадающей с осью х системы К, дал следующее соотношение для релятивистского времени.

T - (v/c)2x

Поскольку в данном случае время как таковое возведено в абсолют и представлено как физический параметр, существующий сам по себе, следует разобраться с философской точки зрения с семантикой этого понятия.

По-видимому, с определенной подачи Эйнштейна в современной философской системе миропонимания время неразрывно связывают с понятием пространства.

В современной философской доктрине именно пространство и время предстают как основные формы существования материи, как ее неотъемлемые свойства. Пространственные отношения выражают геометрический порядок одновременно существующих событий и материальных образований, а временные отношения характеризуют порядок смены событий, длительность этих процессов и событий. И вообще-то говоря, никого не волнует, что в такой связке время существует лишь в том смысле, какой в него вкладывает человек.

Принимая такую точку зрения, на основе положений теории относительности мы получаем, что система “пространство-время” становится некоторой “резиновой” системой, способной “перетекать” из одного качества в другое. При этом все существенно зависит от положения наблюдателя по отношению к какой-либо части системы “пространство-время”. Это уже вызывает определенный протест, поскольку для разных наблюдателей получаются разные законы природы в отношении одного и того же процесса.

Но мы уже знаем, что, согласно действию первого постулата теории относительности о свойствах движения (только относительно какой-нибудь иной системы, кроме физического вакуума), описать “движение вообще” не представляется возможным. Это создает непреодолимый барьер и для описания “пространства-времени”.

Теперь проанализируем функциональную связь пространства и времени. При таком анализе мы немедленно обнаруживаем, что время – это протяженность некоторого процесса, забывая нередко про наше непосредственное участие в контроле длительности этого процесса. Для материи, которую мы привычно называем неживой, время существует только в том смысле, какой вкладывает в него человек.

Например, время жизни “свободного” нейтрона (вне атома) измеряется человеком. И составляет оно порядка 16 секунд. Время обращения Земли вокруг Солнца опять же измеряется человеком и составляет это время 365 суток. С другой стороны, нейтрон в составе атома способен существовать миллиарды наших человеческих лет. Время для него в этом случае как бы не существует. То же самое можно сказать о Галактике, о Вселенной.

Иначе говоря, невозможно распространить обычное, житейское понятие “время” на процессы, происходящие неизменно. Но если бы, например, удалось каким-либо образом (логически, математически или экспериментально) доказать, что вращение Галактики в мировом пространстве замедляется, то в этом случае можно было бы говорить о завершении жизни нашей Галактики в некотором отдаленном времени, измеренном опять же человеком.

По принятой в современной науке модели в недрах Солнца идет термоядерная реакция, согласно которой жизнь (существование) светила конечна. Однако согласно другой модели, которая не будет обсуждаться в данной работе, собственная жизнь Солнца в современных условиях может продолжаться бесконечно, поскольку в соответствии с новой моделью в недрах солнца идут совершенно иные процессы, не имеющие к термоядерной реакции никакого отношения. Эти процессы сами по себе создают условия бесконечного существования Солнца.

На конечность существования нашего светила может оказать внешняя обстановка, которая нарушит баланс масс в недрах Солнца и приведет к его новому рождению уже как сверхновой звезды. При этом будет со временем вновь рождена и планетная система примерно в прежних параметрах. Этому интересному вопросу я, возможно, посвящу в дальнейшем достаточно внимания.

Все сказанное позволяет сказать, что время, как собственный параметр Солнца, не существует для нашего светила, но для солнечной системы оно, как некоторый параметр, может быть определено из условия конечности существования солнечной системы. И в этом нет никакого парадокса.

Итак, для неживой природы (хотя этот термин достаточно условен) понятие “время” можно применить только тогда, когда нам – людям - можно говорить о конечности существования конкретного материального образования в сопоставлении с человеческой жизнью. Время, следовательно, относительно в абсолютном и совсем не-эйнштейновском смысле. Оно отражает всего лишь продолжительность какого-либо процесса, измеренную человеком, от момента возникновения этого процесса (в какой-то критической точке стечения обстоятельств, или в точке бифуркации) до момента исчерпания ресурсов этого процесса или до следующей точки бифуркации.

Однако когда мы начинаем рассматривать живые организмы, значение времени становится вполне конкретным, наполненным определенными функциями. В свое время мне удалось показать и объяснить необходимость наличия механизма “счета хода времени” внутри каждого живого организма – от одноклеточных организмов до человека. Данный “механизм” проанализирован в моей книге “Психология живого мира”, которая существует пока лишь в электронном виде. Смысл этого механизма “счета времени” обусловлен необходимостью решения каждым из организмов задачи выживания.

Это, в свою очередь, возможно при условии непрерывного узнавания окружающей обстановки. Окружающая обстановка в принципе никогда не может повторяться, и в каждый момент времени возникает совершенно новая ситуация, т.е. все имеет свойство изменяться в аналоговой – непрерывной - форме. Для решения задачи “узнавания” необходимо помнить все, что было до этого – текущего - момента: нужна память о событиях, явлениях, процессах, а также и о предпринятых усилиях для решения задачи выживания. Это обеспечивается не только действующей памятью у каждого организма, но и временной синхронизацией каждого воспоминания с текущим моментом.

Синхронизация соотношений, явлений и связей, обусловленная механизмом узнавания, вспоминания ранее предпринятых мер для решения задачи выживания, формирования за счет использования механизма мышления новых приспособительных функций (механических, физиологических), является необходимым и достаточным условием сохранения жизни данного индивида.

В этой схеме, обеспечивающей действенность механизма мышления, счет времени является функционально необходимым. Однако этот счет времени осуществляется в аналоговом, непрерывном виде. У живых организмов (от одноклеточных до человека включительно) “счет хода времени” ведется непрерывно вследствие непрерывности жизненного процесса. Этот “счет времени” не связан с какими-либо циклическими процессами вне организма. Такова схема процесса узнавания, работающего на фоне “хроноса” – “счетчика времени”.

Здесь необходимо лишь отметить, что необходимость подобного механизма обусловлена потребностью прогнозирования не только развития ситуации, но и итогов от предпринимаемых собственных действий. Без учета этого понять сущность механизма мышления просто невозможно. Кроме того, необходимо четко осознавать невозможность реализации механизма мышления при отсутствии “счетчика времени”.

Таким образом, следует подчеркнуть. Когда мы начинаем рассматривать живые организмы, значение времени как внутреннего фактора живого организма становится вполне конкретным, наполненным определенными функциями. Кроме того, каждый организм самостоятельно устанавливает свою, персональную цикличность своих физиологических процессов, нередко связывая эти циклы с физическими циклами, протекающими во внешнем мире. На основе этого, у человека и родилось ощущение времени, как некоторого физического параметра, целиком привязанного к суточным физическим циклам “день-ночь” и к годичным циклам смены времен года. Но подтвердить существование такого – внешнего – параметра человек не в состоянии.

На этом основании с огромной степенью уверенности и ответственности можно утверждать, что для неживой материи неприменимо наше обычное понимание времени, как некоторого процесса, как существующего вне сознания человека физического параметра. Повторю еще раз. Время – это субъективный фактор, существующий только внутри конкретного организма. Следовательно, вывод Эйнштейна в отношении релятивизма времени при движении тела вообще потерял смысл и содержание.

Очевидность сказанного подтверждается хотя бы тем, что человек (и любой иной живой организм) приспособил циклическое повторение внешних физических процессов (в том числе и измерение хода этих процессов) для решения своих внутренних, биологических задач, решаемых также циклически. Человек, выполнив такую процедуру “приспособления” внешнего мира к внутреннему состоянию организма, распространил свое восприятие внешних циклических процессов на весь остальной физический мир. Механизм этого переноса он обозначил как время. Можно сказать и так: сделав такую подмену, человек принял следствие за исходную причину явления.

Таким образом, физически “выделить” как-то параметр времени не представляется возможным ввиду физического его отсутствия. Хочу заметить попутно, что движение живого организма со скоростью света (или более того, что возможно в принципе), повлияет на ход физиологических процессов внутри данного организма. Это (внешне) ускорит процесс старения многократно - в геометрической пропорции от меры превышения значения скорости света, но к параметру “время” это не будет иметь по-прежнему никакого отношения.

Приведенное парадоксальное заключение о семантике параметра “время” является, тем не менее, единственно корректным. Если это положение не будет принято, то мы никогда не будем в состоянии понять сущность процесса жизни организмов, никогда не будем в состоянии постичь законы мышления, законы развития психики и так далее.

Таким образом, выводы А. Эйнштейна о релятивистском изменении времени при движении (тел) не просто ошибка, но заблуждение, которое увело науку на ложный путь развития. Более того, я могу предположить, что это было сделано вполне сознательно, т.е. теория относительности является просто мистификацией.

Однако имеются примеры физических экспериментов, в которых, по мнению исследователей, удается зафиксировать изменение скорости процессов, которые мы обычно связываем с ходом времени. Приведу и рассмотрю некоторые эксперименты такого рода, в которых (внешне) проявлялось действие релятивизма времени.

На самолете были установлены и пущены атомные часы, т.е. часы, в которых фиксируется цикл колебаний на атомном уровне по излучению ү-квантов. Одновременно на Земле были запущены точно такие же по принципу действия часы. Самолет взлетал и по прошествию некоторого времени возвращался обратно. Часы, установленные на самолете (т.е. совершившие полет), всегда отставали от тех, что оставались на земле.

“Мы могли бы (и, кстати, это было проделано) поднять в воздух атомные часы и по возвращении самолета сравнить время, которое покажут летавшие часы, с тем, которое показывают точно такие же часы, оставшиеся на земле. Опыт говорит, что отстают всегда те часы, которые проделали путешествие. Так что же нам делать с принципом относительности: как-то переделать его или вообще выбросить за борт, как предлагают некоторые его слишком рьяные противники? (Замечу, что спор об относительности в данном случае возник вследствие симметричности ситуации. О. Ю.). Ни то, ни другое!

Расчеты отставания бортовых часов с точки зрения земного наблюдателя справедливы до тех пор, пока самолет движется равномерно (т.е. по прямой и без торможения), но должны быть исправлены, если, как происходит в действительности, он должен совершить вираж, чтобы вернуться в Турин. Как раз во время виража отставание часов увеличится еще больше, нарушится симметрия, о которой шла речь, и исчезнет кажущийся парадокс” (Т. Редже “Этюды о Вселенной”, М. “Мир”, 1985 г., стр. 15 – 16).

Первое, самое главное возражение по поводу интерпретации итогов описанного эксперимента заключается в том, что “временем” обозначено физическое явление циклического повторения процесса – колебания атомной решетки. С равным успехом мы должны обозначать циклические процессы любого рода – от колебаний механического маятника (просто небольшой груз на веревочке), до вращения Земли вокруг Солнца и так далее.

Движение Земли в космическом пространстве является сложным, зависящим от большого количества факторов. Это не просто вращение Земли вокруг своей оси. И не только ее движение вокруг Солнца. Это также и движение вместе с солнечной системой и так далее. Следовательно, по описанной логике, в каждом случае время существует не только в иной форме, но и в ином темпе. Таким образом, в каждой из систем, в движении которых “участвует” Земля, согласно теории относительности течет индивидуальное время, поскольку в каждой системе свои циклические процессы.

Эту “полифонию” времени мы должны были бы как-то ощущать. Например, наши часы могли бы идти различным образом, если бы мы двигались по поверхности Земли по меридианам по сравнению со временем при нашем движении по параллелям. Но ничего этого нет, и не может быть, поскольку искомое - физический параметр времени - существовать не может.

Второе возражение к интерпретации итогов эксперимента связано с тем, что время, как физический параметр, если оно существует в этом качестве, не должно зависеть от методов измерения. Мы же, измеряя каким-либо методом некоторые циклические процессы, так или иначе, сопоставляем их с другими циклическими процессами. Но само существование любых циклических процессов (природных или рукотворных) еще не доказывает наличие (существование) времени. Из этого положения следует, что неясные пока для нас внешние воздействия на наблюдаемые циклические процессы никак не могут доказывать изменение времени, а также и наличие самого времени.

Скорее всего, мы обязаны предположить совершенно иное. Если имеются условия, когда скорость привычных и ранее стабильных циклических процессов изменяется, то, следовательно, мы сталкиваемся с ситуацией, в которой проявляются некоторые свойства окружающего мира, на которые мы ранее не обращали внимания. В этой связи описанному выше эксперименту с “летающими” часами сродни эксперимент с часами, установленными на разных высотах относительно поверхности Земли.

По Эйнштейну оба эксперимента объясняются разными причинами. Первый из них – действием специальной теории относительности – за счет релятивистского изменения хода времени. Второй – действием общей теории относительности - влиянием гравитации. На мой же взгляд, в обоих случаях сказывается действие “эфирного ветра”, т.е. того, что не смогли обнаружить Майкельсон и Морли. Правда, эфирный ветер в этих экспериментах проявляется различным образом.

В первом случае изменение цикла атомных часов обусловлено особой формой возбуждения физического вакуума, дополнительно возникающего при движении в системе, связанной с системой Земли. Часы, установленные на разных высотах относительно Земли, находятся в условиях, отличающихся другой формой возбуждения вакуума, связанной с гравитацией, отличающейся по значению на разных высотах относительно поверхности Земли.

В описанных случаях (примерах) изменение хода часов вовсе не означает изменение хода времени, но означает всего лишь изменение цикла возбуждения атома или изменения иного колебания, являющегося для нас эталоном в измерении некоторых промежутков между событиями. Только и всего.

Но об Эйнштейне в этих случаях (как и во всех остальных) следует просто забыть.

ПАРАДОКСЫ СПЕЦИАЛЬНОЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ. Под словом «парадоксы» в данном случае понимают те выводы из СТО, которые, хотя и являются совершенно правильными по существу и подтверждаются экспериментами, тем не менее противоречат интуитивным, основанным на классической физике представлениям.

Два вывода из постулатов СТО (кстати, экспериментально подтвержденные) всегда вызывали особый интерес, хотя на практике с ними почти не приходится сталкиваться явно (неявно эти эффекты содержатся в любой релятивистской формуле).

Все дело в том, что эти выводы, на первый взгляд, совершенно не могут соответствовать реальности.

1. Самый известный – парадокс близнецов обычно формулируется так. Пусть брат-близнец А отправляется в космический полет на звезду Х , находящуюся от нас на расстоянии, скажем, 20 световых лет. Скорость звездолета близка к скорости света: v = 0,9с . Долетев до звезды примерно за 22,3 года (по своим часам), корабль разворачивается и летит обратно. Таким образом, по часам брата А, совершившего этот полет, прошло примерно T = 44,6 года. Второй брат-близнец Б дожидался возвращения брата А на Земле. У трапа звездолета брата А встретил дряхлый старец, которому пришлось ждать встречи более 100 лет.

Собственно, здесь еще нет парадокса. Действительно, при движении со скоростью v = 0,9c лоренц-фактор равен g » 2,3 и вследствие эффекта замедления времени по часам земного наблюдателя прошло время, равное gT » 103 года.

Парадокс возникает при попытке обратить рассуждение. Ведь с точки зрения брата А (неподвижный наблюдатель) движется брат Б, и по его часам проходит больше времени. Но с точки зрения брата Б движется брат А, и по его часам должно пройти больше времени. Таким образом, брат А должен вернуться постаревшим. Казалось бы, формулы СТО симметричны относительно замены v на –v . В чем же дело?

Этот парадокс разрешается следующим образом. Дело в том, что мировые линии братьев А и Б различны. Один из них (Б) находится в покое, другой (А) совершает движение с постоянной скоростью, которая в определенный момент изменяется на обратную, что возможно только при торможении и последующем ускорении космического корабля (что соответствует движению в неинерциальной системе отсчета). Таким образом, брат А движется от Земли и к Земле, находясь в покое сначала относительно одной инерциальной системы, а затем - относительно другой, и по дороге переходит на короткое время в неинерциальную систему. В то же время брат Б покоится относительно одной и той же инерциальной системы. Видно, что А и Б находятся в разных физических условиях, и это разрешает парадокс. Точный расчет показывает, что с точки зрения любого из братьев постареет больше тот, который неподвижен относительно Земли.

В ускорителях коротко живущие частицы, движущиеся со скоростями, близкими к скорости света, «живут» много дольше, чем «покоящиеся» частицы

2. Другой эффект – лоренцевское сокращение длины и связанные с ним парадоксы.

Пусть есть две инерциальные системы отсчета – S " и S . В системе S " жесткий стержень длиной Dx " покоится вдоль оси x и нужно определить его длину в системе S , относительно которой стержень движется со скоростью v . Чтобы измерить длину стержня в любой инерциальной системе, относительно которой стержень движется вдоль продольной оси, нужно одновременно наблюдать его концы. Это – ключевое положение, непонимание которого и приводит иногда к парадоксам.

В СТО нужно отличать то, что видит наблюдатель, от того, что он знает как бы пост-фактум. То, что наблюдатель видит или фотографирует в любой фиксированный момент времени, называется картиной мира в этот момент. Это понятие практически не очень важно, а теоретически очень сложно, т.к. то, что наблюдатель видит в данный момент, – это смесь событий, происходивших все дальше в прошлом и все дальше в пространстве.Если смотреть на ночное небо, полное звезд, то расстояния до этих звезд составляют от нескольких до сотен тысяч св. лет, следовательно, наблюдающий видит свет от этих звезд, испущенный в разное время и одновременно дошедший до его глаза, т.е он. видит разновременные события.

Полезнее понятие карты мира. Ее можно представлять как карту событий в сечении 4-мерного пространства Минковского плоскостью постоянного времени t = t 0. Карта мира – это как бы трехмерный мгновенный фотоснимок в натуральную величину, сделанный одновременно везде, застывшее мгновение в пространственной системе отсчета наблюдателя. Реализовать такую карту мира могут совместные снимки, сделанные вспомогательными наблюдателями, размещенными в узлах пространственной решетки в данной инерциальной системе, причем каждый фотографирует свою окрестность в заранее обусловленный момент времени t = t 0, а потом снимки склеиваются.

Когда говорят, что длина тела в системе S равна такой-то величине, речь идет о карте мира, т.е. об одновременной фиксации положений концов стержня в заданный момент времени. То, что на самом деле видит глаз, наблюдая движущееся тело, совершенно другой и не очень существенный вопрос.

Для вывода формулы сокращения длины преобразования Лоренца от системы S к системе S " записываются для приращений координат:

Dx ў0 = g(Dx 0 – v Dx 1), Dx ў1 = g(Dx 1 – v Dx 0).

Во второй формуле нужно положить Dx 0 = 0 (одновременная фиксация концов стержня в системе S !). Тогда Dx ў1 = gDx 1. Если обозначить Dx ў1 = L 0, а Dx 1 = L , то

L = L 0/g ,

(g – лоренц-фактор).

Все парадоксы сокращения длины связаны, конечно, с симметрией эффекта: если наблюдатель в S видит сокращение длины, то и наблюдатель в S " должен видеть то же самое. Из «парадоксов» СТО можно сделать важный вывод: какой бы результат ни получился путем корректных рассуждений в некоторой инерциальной системе отсчета, он является верным в любой другой инерциальной системе отсчета.

При правильном использовании, СТО не допускает никаких «парадоксов».

Некоторые кажущиеся очевидными вещи оказываются совсем не такими очевидными в рамках СТО. Например, казалось бы, если вдоль оси x летит куб заданного размера, то, в силу лоренцовского сокращения, он должен в лабораторной системе выглядеть сплющенным в направлении движения, превратившимся в параллелепипед. Подробный расчет показывает, однако, что это не так: видимый куб не меняет своих размеров и только поворачивается на некоторый угол относительно оси x . Этот результат («невидимость лоренцова сокращения») был получен только через пятьдесят лет после создания СТО.

Александр Берков