Эйнштейн утверждал, что в основание своей теории он положил два постулата: обобщённый принцип относительности и принцип постоянства скорости света.
Однако есть ещё и третий! Им является требование инвариантности (ковариантности) формы записи физических явлений по отношению к группе преобразований Лоренца. Но автор теории, по-видимому, считал ковариантность не произвольным утверждением, а строго доказанным законом природы, на который можно опираться в доказательствах, как на "истину в последней инстанции".
Действительно, доказательство непротиворечивости выбранных постулатов (как и истинность теории в целом), Эйнштейн видел в том, что преобразования Лоренца, применяемые при переходе из неподвижной системы отсчёта к движущейся, оставляют неизменной форму записи уравнения фронта сферической световой волны [1, стр. 16].
Процитируем автора СТО: "Итак, рассматриваемая шаровая волна, наблюдаемая в движущейся системе, также является шаровой волной, распространяющейся со скоростью V. Тем самым доказано, что наши два основных принципа совместимы". Формально это утверждение следует считать верным, поскольку ковариантность, как таковую, общепринято отождествлять с физическим принципом относительности.
При этом заметим, что уподобление физического принципа относительности ковариантной форме записи физических законов ранее постулировал Лоренц. Он брал это положение за самоочевидную истину, без доказательства, когда подбирал преобразования для уравнений Максвелла, тем самым как бы пытаясь перенести принцип относительности Галилея на природу электромагнитных явлений.
Но будет полнейшим произволом утверждение, что ковариантность и принцип относительности это одно и тоже, что это твёрдо установленный и доказанный факт. Сомнение возникают сразу, если применять ковариантность к форме записи уравнения при подсчёте кинетической энергии одного и того же тела для разных систем отсчёта, движущихся друг относительно друга.
При этом неважно, какие именно используются преобразования, Галилея или Лоренца, поскольку существенными являются не величины скоростей движения систем отсчёта и тела, а то, что в форму записи кинетической энергии тела входят его абсолютные, а не относительные скорости.
В рассматриваемом случае сохранение условия ковариантности нарушает закон сохранения энергии. Естественно, что, при необходимости сохранения принципа относительности в физике и разработке соответствующего ему нового вида преобразований, опираться придётся все же на закон сохранения энергии, как на основополагающий принцип природы, установленный в экспериментах, а не на изобретённую Лоренцем ковариантность, которая, вероятнее всего, при этом не будет выполняться.
Поэтому, ковариантность следует рассматривать не более как математический феномен, согласованно преобразующий все члены уравнения так, что его вид остаётся неизменным, но который пока ещё не нашел своей должной физической интерпретации.
Как указывалось выше, для реальной, а не математической физики, такой приём просто непригоден, поскольку он противоречит закону сохранения энергии и из него "естественным образом" вытекает возможность создания "вечных двигателей", то есть получения энергии из ничего.
Сказанное выше не только разрывает какую-либо связь между физическим принципом относительности и ковариантной формой записи физических законов, но и вызывает сомнения в истинности самого физического принципа относительности, о чём будет говориться в конце настоящей статьи. Ниже будет показано, что несостоятельность СТО, как феноменологической теории, базируется вовсе не на этом положении, хотя одно оно уже исключает её из ранга теорий, объективно описывающих свойства пространства, а на логических ошибках Эйнштейна, приводящих к несовместности выдвинутых им постулатов уже в формальных рамках математической модели самой теории.
Противоречие между принципами (скорость любого движения для двух наблюдателей, движущихся относительно друг друга, имеет различные значения), Эйнштейн считал кажущимся и разрешал его с помощью утверждения, что одновремённые события в одной системе отсчёта могут быть неодновременными в другой. Однако доказательство относительности одновремённых событий ещё не означает доказательства совместности принципов. Это только намёк на это, поскольку является незавершённым рассуждением, так как в работе нет ни доказательств, ни даже ссылки на то, что совместность постулатов и относительность одновременности жёстко связаны друг с другом настолько, что одно положение является следствием другого.
Положение об относительности одновременных событий возникает вследствие реализации способа синхронизации часов. На важность синхронизации часов впервые указал А. Пуанкаре. Он утверждал (см. его статью "Измерение времени" 1898 г.), что в методике синхронизации особое место занимает положение о том, чтобы время прохождения синхронизующего светового импульса от первых часов ко вторым должно быть в точности равно времени прохождения светом обратного пути (изотропность скорости света) [2].
Это условие синхронизации является краеугольным камнем СТО и именно на него опирается Эйнштейн, провозглашая постулат о постоянстве скорости света. Однако если последовательно применять метод синхронизации к часам, расположенным в разных инерциальных системах отсчёта (и при этом оставаться в рамках логики самой теории и не привлекать никаких новых положений, например: гипотезу светоносного эфира), то выясняется, что (после процедуры синхронизации часов), рассчитанные промежутки времени прохождения лучом света прямого и обратного пути в этих системах будут разными. А это нонсенс, поскольку результат одного и того же эксперимента не может измениться при его рассмотрении из другой системы отсчета. Действительно, поскольку системы равноправны (принцип относительности) и скорость света в них имеет одно и то же значение и она изотропна (принцип постоянства скорости света), то в них время прохождения светом прямого и обратного пути будет равным, а отношение указанных времён равно единице.
Это положение постулируется и на его основе производится синхронизация часов, принадлежащих разным системам измерения. Для часов "движущейся" системы, наблюдаемых из неподвижной, синхронизация будет нарушена. Именно на это указывал Эйнштейн, рассматривая вопросы синхронизации.
Но дальше этого утверждения он "не пошёл", т.е. не доказал, что при наличии не синхронности хода часов в разных системах, всё же отношение интервалов времени, затрачиваемых светом при прохождении прямого и обратного пути, в них будет одним и тем же. В противном случае нарушается принцип относительности и по результатам таких опытов может быть найдена абсолютная система отсчёта, в которой указанные промежутки времени будут равны, а их отношение равно единице.
Таким образом, одно лишь доказательство не синхронности показаний часов, находящихся в разных системах отсчёта, ещё не опровергает и не подтверждает намека Эйнштейна на то, что этого вполне достаточно для равенства указанных промежутков времени, а, следовательно, для совместности постулатов.
Для решения этой проблемы определим величину рассинхронизации часов ∆, расположенных на концах движущегося стержня, в точках А и В, то есть несовпадение показания стрелок часов, или то, на сколько делений стрелки одних часов (например А) сдвинуты относительно стрелок других часов (В) для одного и того же момента времени, определяемого по часам "неподвижной" системы отсчёта.
Несложный расчёт показывает (здесь используются та же методика и те же обозначения, которыми пользовался Эйнштейн в своей статье), что разница определится по формуле ∆ = tВ1- tА1 = . Здесь tА1 и tВ1 время, которое показывают часы в точках А и В, rab - расстояние между часами, V - скорость света, v - относительная скорость систем отсчёта. Далее проводится мысленный эксперимент, суть которого заключается в том, что оба наблюдателя, находящиеся у часов движущейся системы, в одно и тоже время (начало отсчёта времени), по своим уже синхронизированным часам, производят вспышки света, а затем фиксируют момент прихода света от вспышки, произведённой у противоположных часов.
После этого, величину интервалов времени, измеренных каждым наблюдателем (то есть разницу во времени, возникающую между началом отсчёта и моментом прихода света от вспышек, произведённых у противоположных часов), сравнивают друг с другом. Для этого, наблюдатели сообщают друг другу по радиосвязи, телефону или иным способом величины измеренных интервалов времени. Поскольку эксперимент мысленный, то для наблюдателей движущейся системы указанные интервалы времени постулируются одинаковыми. Тогда как для наблюдателей неподвижной системы они могут быть вычислены. При этом учитывается, что часы в движущейся системе идут не синхронно, и скорость света в ней в прямом и обратном направлениях будет различна. Расчёты показывают, что в этой системе разница измеренных интервалов времени ∆ tВ , ∆ tA определится по формуле
∆ tВ - ∆ tA = + ∆ - [ - ∆] = + 2∆ .
Здесь, как и прежде, используются обозначения автора СТО. Из уравнения видно, что промежутки времени разные, тогда как согласно принципу относительности они должны быть равны друг другу. А это уже есть прямое противоречие между постулатами.
Такую апорию специальная теория относительности преодолеть не в состоянии, поскольку в ней самой изначально, в виде постулатов, несовместимых друг с другом, уже заложено указанное противоречие. Противоречие было выявлено одним из авторов настоящей статьи ещё в 1973 г., [3].
Однако, результаты и выводы рассмотренного выше мысленного эксперимента, это всё же есть только логический вывод, обоснованное утверждение. А как дело обстоит в реальности, в самой природе?
Ответ на поставленный вопрос дал эксперимент, выполненный в 1973 - 1975 гг., [4]. В опыте использовалась схема вышеописанного эксперимента с двумя разнесёнными часами. При сохранении её сути, то есть измерении скорости света, при его распространении только в одном направлении (из пункта А в пункт В или наоборот, то есть не по замкнутому пути), фактически измерялось не полное время, затрачиваемое лучом света, на преодоление расстояния между пунктами, а изменение величины этого времени, которое происходит через каждые 10 секунд после предыдущего замера.
Изменение промежутка времени связанно с вращением Земли вокруг своей оси, то есть изменением проекции вектора скорости света, на прямую, соединяющую пункты А и В. В описываемом опыте были использованы клистронные генераторы радиоволн (с длинной волны в 3 см.) с кварцевой стабилизацией частоты. Генераторы одновременно играли роль и часов и устройства "вспышек света".
Волна, излученная генератором, находящимся в пункте А, принимались радиоприёмником в пункте В и её фаза сравнивалась с фазой волны другого клистронного генератора, расположенного в этом же пункте В.
Изменение разности фаз отождествлялось с изменением времени, которое требовалось радиоволне для прохождении одного и того же пути в разное время суток. Для этого волна усиливалась, нормировалась по амплитуде и подавалась на фазовый детектор. Фазовый детектор, а им был смесительный пентод, имел два входа, на один из которых подавалось напряжение, от принятых из пункта А радиоволн, а на другой вход - напряжение от второго клистронного генератора, расположенного здесь же в пункте В. Смесительный пентод вырабатывал переменный сигнал, амплитуда и форма которого находилась в прямой зависимости от сдвига фаз переменных напряжений, подаваемых на его оба входа.
Этот сигнал направлялся на измерительный конденсатор и заряжал его. Заряд конденсатора производился в течение 7 секунд, затем его отсоединяли от пентода и в последующие 3 секунды производили измерение напряжения на его пластинах и величины разрядного тока, протекающего через строго нормированное сопротивление. После контрольного замыкания пластин конденсатора между собой (полное "обнуление" конденсатора), его снова подсоединяли к пентоду.
Запись данных производилась на ленте самописца, на которой делалась отметка времени замера. Все перечисленные выше операции проводились в автоматическом режиме с помощью устройства, вырабатывающего сигналы управления от счетчиков импульсов, подаваемых с кварцевого генератора частоты.
Было проведено 4 вида суточных опытов. Первый вид состоял из серии опытов, когда обе установки были расположены в одном месте. Во 2-м виде опытов установки были разнесены друг от друга на расстояние в 300 м. по линии восток - запад; в 3-м - на 750 м; в 4-м - на 1,5 км. В каждом из опытов все замеры проводились непрерывно в течении 24 часов с "шагом" в 10 с.
Перед началом каждого опыта, с помощью фозовращателя, добивались минимального значения суммированной амплитуды биений. Переносимый генератор излучал электромагнитные волны с помощью специальной направленной антенны. Другая специальная направленная антенна и приёмник прямого усиления принимали этот сигнал. Они были расположены в базовом пункте, то есть там, где размещался второй генератор, фазовый детектор, измерительная и записывающая аппаратура.
Как уже указывалось, измеряемой величиной был усреднённый показатель суммированной амплитуды биений, снимаемый с пентода, выраженный в виде разности потенциалов на пластинах измерительного конденсатора, а так же в величине его разрядного тока.
Эксперимент показал, что измеряемые величины для расстояний в 300 м, 750 м и 1,5 км отличаются друг от друга только периодической суточной динамикой сигнала, имеющей максимумы и минимумы. Количество максимумов и минимумов находились в прямой зависимости от расстояния между установками. Когда клистронные генераторы находились в одном месте, то периодической суточной динамики усреднённого показателя не было, а их максимальная "шумовая" амплитуда составляла примерно 15 - 17% от максимальной амплитуды, когда установки разносились на указанные расстояния.
При расстоянии в 300 м. за сутки наблюдалось 187 максимумов, при 750 м. - 467 максимумов, а при 1,5 км. - 933 максимума. В течение суток количество максимумов, приходящихся на единицу времени наблюдения (один час), было разным. Наблюдалось две полуволны с периодом в 12 часов. Время возникновения минимального количества максимумов соответствует зимнему времени суток, имеющему координату прямого восхождения α = 12h Ђ 1h.
Вторая астрономическая координата (склонение) не была определена. Прямо пропорциональная зависимость количества максимумов, насчитываемая за выделенный период времени (12 часов), от увеличения расстояния между генераторами, позволила сделать вывод о том, что наша планета движется в указанном направлении с абсолютной скоростью в 700 Ђ 50 км/с.
Таким образом опытным путём было доказано, что не только ошибочен принцип постоянства скорости света (она не изотропна), но и подтверждено существование абсолютной системы отсчёта, то есть несостоятельность и самого принципа относительности.
Формальной целью разработки СТО для Эйнштейна явилась асимметрия в объяснении явлений возникновения электрического тока при движении магнита или проводника. Решение этой проблемы средствами математической физики на базе принципа относительности привело к таким понятиям магнитного и электрического полей, которые были лишёны какой-либо структуры и наделялись способностью только изменяться, но не перемещаться в пространстве. Это объясняется тем, что физик-теоретик работает лишь с теми эмпирическими законами, которые были выработаны экспериментаторами. Хотя к тому времени уже были известны такие эксперименты, как униполярная индукция Фарадея, опыт Геринга, эффект Бъю-Ли и др., естественное объяснение которых приводило к понятию структуры поля и его движения в пространстве. Но эти свойства не были обобщены и не нашли своего отражения в законах электромагнитного поля. Иными словами уравнения Максвелла уже тогда не отражали всех реальных свойств электромагнитного поля. И только изучение явления электродинамического взаимодействия электрических токов проводимости с электромагнитной волной заставило вернуться к вопросу структуры поля и его взаимоотношения с пространством.
Более того, само явление давало в руки исследователей реальный механизм силового взаимодействия с физическим вакуумом, с целью получения движения в пустоте и преобразования кинетической энергии движения космических тел в энергию электрического тока. При этом вопрос о природе инертной массы вещества снова вернулся в лоно теории электромагнитного поля, как это было во времена Лоренца [5].
При этом, если ранее внутренние механизмы геофизических явлений искали во взаимодействии элементов, составляющих эти системы, то теперь они находят более простое объяснение в анизотропии окружающего пространства, вызванного абсолютным движением Земли [6]. К ним относятся: сезонность в числе землетрясений и скорости вращения планеты; периодичность движения полюсов и скорости вращения атмосферы планеты; особенности вулканической активности и климата планеты и др. Такое объяснение стало возможным после того, как обнаружили, что перечисленные геофизические процессы более активно протекают только в определённых точках орбиты планеты. Указанное обстоятельство также объясняет некоторые особенности строения Солнечной системы, ранее ускользавшие из поля зрения физиков. К ним относится движение планет по эллиптическим, а не круговым орбитам; нахождение Солнца в одном и том же фокусе для орбит всех планет; аналогичные особенности движения комет и астероидов; и др. Особое место занимает эффект Глушко - Михельсона, связанный с преобразованием частоты электромагнитной волны вследствие изменения свойств среды распространения волнового процесса. Применённый для объяснения явления межгалактического красного смещения и реликтового излучения, он прямо указывал на наличие физических свойств у пустого космического пространства, без материальности которого перечисленные явления принципиально не могут произойти [7].
Литература
1.Эйнштейн А. К электродинамике движущихся тел. Собрание научных трудов. Т.1. М. 1965.
2.Пуанкаре А. Ценность науки. Сборник "О науке". М.Наука. 1983.
3. Глушко В.П. Об одновременности удаленных событий в специальной теории относительности. Тезисы докладов 27 студенческой научной конференции (естественные науки), Казахский ордена трудового Красного знамени государственный университет им. С. М. Кирова. Алма-Ата. 1973.
4. Глушко В.П. и др. Эксперименты по измерению абсолютной скорости движения Земли. 3-я научно-техническая сессия по проблеме энергетической инверсии (ЭНИН). Тезисы докладов. Москва, 1975.
5. Глушко В.П. и др. Электрические машины большого космоса. Тезисы докладов международной научно-практической конференции. Суверенный Казахстан: 10-летний путь развития космических исследований. Алматы 2001.
6. Глушко В.П. и др. Геофизические явления и космологический фактор. Материалы научно- практической конференции. Состояние и перспективы научной и инновационной деятельности в космической сфере Республики Казахстан. Алматы 2005.
7. Глушко В.В. Новый подход в изучении свойств пустого космического пространства. Тезисы докладов международной научно-практической конференции. Суверенный Казахстан: 10-летний путь развития космических исследований. Алматы 2001.