ФИЗИКА ЯВЛЕНИЙ В ДВИЖУЩИХСЯ И НЕПОДВИЖНЫХ СИСТЕМАХ ОТСЧЕТА
Д. В. Тальковский г. Минск, 1979 г.
ВВЕДЕНИЕ
Вашему вниманию, дорогой читатель, предлагается точка зрения, отличающаяся от общепринятой точки зрения на принцип относительности движения Галилея /Эйнштейна/, включая также отношение к системам отсчета. Новый подход к системам отсчета в таком случае заключается в определении настоятельной необходимости учитывать как геометрические размеры, так и физические свойства рассматриваемых нами систем отсчета. А также крайней необходимости различения физических систем отсчета и геометрических /математических/ систем координат. Системы отсчета в таком случае это не что иное, как совокупность физического пространства и времени, обеспечивающих жизненно необходимые условия для жизни наблюдателей этих систем отсчета. Системы отсчета бывают абсолютными и относительными, естественными и искусственными, инвариантными, то есть равнозначными, /равноценными/ и неинвариантными. Пространство на поверхности Земли - Абсолютная и естественная система отсчета, покоящихся /или просто живущих на Земле наблюдателей/, - людей.
Измеряя ускорение свободного падения тел в поле гравитационного притяжения Земли на разных широтах, наблюдатели /люди/ пришли к выводу, что пространство на поверхности Земли изотропно, а на разных широтах, условно, /приблизительно/ изотропно, в направлении, перпендикулярному радиусу Земли, и во всех случаях анизотропно по направлению к центру Земли. То есть в направлении, параллельному ее радиусу. Как мы уже говорили, все системы отсчета воспринимаются наблюдателями на Земле как внутренние и внешние, относительные и абсолютные, естественные и искусственные, неинвариантные и инвариантные, инерциальные и неинерциальные. Необходимо так же отметить, что наблюдатели системы отсчета Земля теперь с абсолютной достоверностью установили, что все тела во Вселенной притягиваются друг к другу с силой прямо пропорциональной массе тел и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. Из-за чего каждое тело в разных системах отсчета, что в космосе, что на Земле обладает разной инерцией, - свойством сохранять состояние своего покоя, зависящее как от массы тел, так и гравитационной плотности систем отсчета, в которой эти тела находится, и состояние которых там нами определяется.
При этом наблюдатели Абсолютной естественной системы отсчета земля установили, что инерциальных систем отсчета, другими словами систем отсчета в которых тела по инерции, то есть, без всяких на то естественных причин, могут двигаться с постоянной скоростью как угодно долго, в Природе не существует. Установлено также, что если в системе отсчета на тело действуют внешние уравновешенные силы гравитационного притяжения, другие уравновешенные силы, а также если равнодействующая всех внешних сил меньше силы инерции, то тело в этой системе отсчета - покоится, то есть, является или стремится стать составной и неотъемлемой частью этой системы отсчета. Как было сказано, системы отсчета бывают инвариантными, условно инвариантными и неинвариантными. Инвариантные системы отсчета это не что иное, как разные материальные объекты, например, абсолютная система отсчета наблюдателей, /людей/ - Земля, и другие, но уже относительные система отсчета - например, корабли Галилея, то есть искусственные /лабораторные/, системы отсчета физические свойства пространства-времени у которых, одинаковые. В силу чего все процессы и явления в таких системах отсчета протекают идентично и определяются одними законами.
Причем, если в инвариантных системах отсчета, которые мы по привычке /инерции/ продолжаем называть инерциальными системами отсчета, несмотря на то, что инерциальных систем отсчета в Природе не бывает, одинаковые значение принимали только изменение скорости и силы. То теперь в инвариантных системах отсчета одинаковое значение принимают не только изменение скорости и силы, но и сама величина скорости, а также пройденное или проходимое расстояние. Более того, определение движения тел и рассмотрение явлений в системах отсчета, к которым тела, вещества не относятся непосредственно, строго говоря, лишено смысла. Очевидно, что по мере все более глубокого изучения и освоения космического пространства, новый взгляд на системы отсчета будет приобретать все более и более актуальный характер.
Важным, как представляется, является также и то, что при обосновании нового взгляда на системы отсчета, а также принцип относительности Галилея и Эйнштейна, я старался придерживаться известного правила. А именно, не принимать за истинное, что таким не является и строго соблюдать порядок, в каком следует выводить одно суждение из другого. Другими словами, я стремился исходить из опыта, который мне представляется в виде Основных законов философии, Закона сохранения энергии, Всемирного закона тяготения, Второго закона Ньютона. Выводы из теории, построенной на опыте, как представляется, всегда должны подтверждаться экспериментами.
Что же касается идеализированного, т. е., не осуществимого в принципе эксперимента Галилео Галилея, на основании которого был сделан вывод о тождественности состояний покоя и равномерно-прямолинейного движения Земли, а также базирующегося на нем первом законе Ньютона, СТО А. Эйнштейна - все эти положениями, были отвергнутыми мной как ложный опыт. Разумеется, эксперимент всегда должен подтверждать выводы из теории, естественно, если теория построена на опыте, а выводы вытекают непосредственно из самой теории. Если же эксперимент не подтверждает выводы теории, то уже уточнению подлежит сама теория и что важно, но не всегда выполняется, та ее часть, которая привела к несоответствию ожидаемых и наблюдаемых явлений, то есть та часть теории, которая построена на ложном опыте.
Вот почему важно разделять и опасно отождествлять эксперимент, опыт и ложный эксперимент. Ведь из ложного эксперимента вытекает ложная теория, в частности, Специальная теория относительности Эйнштейна, в которой за счет отрицательного решения основного вопроса философии - отрицания опыта, было найдено объяснение результатам эксперимента Майкельсона-Морли. Порочность подобных действий - подмена опыта отрицательными экспериментами, очевидна. Принимая во внимание отрицательный результат эксперимента Майкельсона-Морли, А. Эйнштейн рассмотрел два случая, а именно, увлечение и абсолютное не увлечение движущейся Землей среды распространения света. Рассмотрев две крайние возможности распространения света в системе отсчета - Земля, Эйнштейн оставил без внимания естественную возможность, когда среда распространения света, предположительно гравитационное поле Земли, на незначительном расстоянии от ее поверхности, увлекается Землей. Но как можно путешествуя на автомобиле, изолирующем Вас от влияния внешней среды, исключать возможность того, что Земля, отправляясь в свой космический полет, позаботилась о себе подобным, же образом.
Другими словами, Альберт Эйнштейн невнимательно читал Галилео Галилея, который в своем бессмертном произведении 'Опыт, показывающий несостоятельность всех опытов, приводимых против движения Земли' писал: 'Уединитесь с кем-либо из друзей в просторное помещение под палубой какого-нибудь корабля, запаситесь'. Обратите внимание на слово, уединитесь, то есть, изолируйтесь. Более того, ни эксперимент Майкельсона-Морли, ни опыт Физо, ни годичная аберрация звезд, ни любые другие эксперименты, не могут отрицательно решить основной вопрос философии - а именно опровергнуть, в том числе и материальность среды распространения света. Простите, отрицать материальность, в том числе и среды распространения света, могут только люди, стремящееся поставить развитие физики на идеалистическую основу.
В.И. Ленин в книге "Материализм и эмпириокритицизм" писал: "Значит вне нас, независимо от нас и от нашего сознания существует движение материи, скажем, волны эфира определенной длины и определенной быстроты, которые, действуя на сетчатку, производят в человеке ощущение того или иного цвета. Так именно естествознание и смотрит. ... Это и есть материализм: материя, действуя на наши органы чувств, производят ощущения. Материя есть первичное. Ощущение, мысль, сознание - есть высший продукт особым образом организованной материи - ВТОРИЧНОЕ. Релятивисты же, выбросив из физики среду распространения света - первичное, автоматически поставили на первое место мысль, ощущение, сознание - идею. И, согласно классическому определению, стали идеалистами, использующими затруднения физики, для решения своих, узкокорыстных целей. Философия релятивистской физики А. Эйнштейна - идеализм. Не знать это, или делать вид, что это не так - значит сознательно подвергать себя обману. Тем не менее, среди физиков, считающих себя материалистами, широко распространено мнение, что в СТО А. Эйнштейна никакого идеализма нет и, что если Эйнштейн и отказался от "эфирной" теории света, то только в результате тех противоречий, в которых физика к тому времени запуталась сама. Более того, оказывается и в отказе от эфира, нет никакого идеализма, так как материализм утверждает только существование объективной реальности вне нашего сознания. А в каких формах существует материя - эфир это, или силовые поля - для материалиста не имеет значения, так как этот вопрос должны решать физики и астрономы, а не философы.
Уместно уточнить: физики - релятивисты, астрономы, научившиеся мыслить как релятивисты? Как Вы уже заметили, дорогой читатель, приведенное выше рассуждения находится в вопиющем противоречии с материалистической философией, которая утверждает, что: "... коренной вопрос философии - это вопрос о том, что первично - материя или сознание, что является источником нашего познания. Этот основной вопрос всякого мировоззрения нельзя смешивать с теми конкретными вопросами, которые решает физика, химия и другие науки". Совершенно очевидно, что релятивисты, выбросив из физики выродка в семье физических субстанций - эфир, материю, стали откровенными, хотя и не признающими это, идеалистами. В.И. Ленин, полемизируя со своими оппонентами, утверждал, что вопрос о признании существования материи, как объективного источника наших ощущений, есть именно гносеологический, а не физический или химический вопрос. Действительно, не имеет существенного значения, как называть среду распространения света - эфиром или силовым полем. Но заблуждающиеся вслед за Эйнштейном физики, считающие, что в релятивистской физике слово "эфир" просто заменено силовым полем, забыли как важно, чтобы это силовое поле - материя, не оставалось выродком в семье физических субстант, чтобы оно всегда занимало изначальное место в процессе познания мира окружающей действительности.
Тем не менее, релятивизм у нас широко распространен и продолжает все больше и больше распространяться дальше, что видно хотя бы из названия телепередачи "Очевидное - невероятное". Заметьте, в популярной телепередаче очевидное выступает и определяется уже как что-то непонятное и невероятное! То есть, решается не научная задача, в результате чего из неизвестного и невероятного получается что-то очевидное и понятное! А наоборот, строго по Эйнштейну: событие очевидное становится непонятным! Нельзя не заметить, что сама постановка вопроса: очевидное - невероятное, содержит в себе сверхзадачу на решение которой, как на алтарь, положено пятьдесят миллионов человеческих жизней. Нельзя допустить, чтобы жизнь всей цивилизации была отдана на откуп решения этой абсурдной во всех отношениях задачи. И вообще непонятно: зачем физике светлое, делать темным, если и так всем хорошо известно, что свет - это самое темное пятно развития современной физики?
Таким образом, релятивисты не без основания видят смертельную угрозу своему существованию в вечно живом и верном марксистско-ленинском материалистическом учении. Так у В. Л. Гинзбурга можно прочитать: "Нельзя, однако, не признать, если говорить об истории философии в целом, такие "лабораторные занятия" философов в значительном числе случаев не принесли науке пользы, а иногда и наносили большой вред. Оглядываюсь назад, мы видим, что нет, пожалуй, ни одной великой теории в области физики, астрономии и биологии, которая не была провозглашена представителями тех или иных философских направлений или ложной, или даже антинаучной и крамольной". Отсюда, как Вы понимаете, дорогой читатель, и нападки на философов-материалистов, попытки изменить основной вопрос философии, отождествить разные философские направления, подорвать доверие к научным постулатам. Задача релятивистской физики, как известно, заключается в упорядочении постижений мира наших чувственных восприятий. Задача прямо скажем - нелепая, не имеющая ничего общего с наукой - познанием мира явлений. Естественно, для познания мира окружающей действительности надо исходить не из релятивистских отрицательных экспериментов и постулатов Специальной ТО Эйнштейна, а из опыта.
СТО Эйнштейна начинайся с грубой ошибки, не заметить которую, исходя из опыта, невозможно: "Известно, что электродинамика Максвелла приводит в применении к движущимся телам, к асимметрии, которая не свойственна, по-видимому, самим явлением" Если эту основную мысль учения Альберта Эйнштейна выразить другими словами, то она будет выглядеть приблизительно так. До меня (Эйнштейна) считали, что если гора не идет к Магомету, то Магомет идет к горе. После меня, Эйнштейна, Магомет, идя к горе, может считать себя покоящимся и считать, что не он, а гора идет к Магомету. Потому что, как утверждает Эйнштейн, все зависит от точки зрения или систем отсчета. А так как все системы отсчета согласно теории Альберта Эйнштейна равноправны, то у Вас нет никакой возможности выделить хотя бы одну из них. Или, вот еще взгляд на учение Эйнштейна. Есть точка зрения, /система отсчета/, в которой Че Гевара - это человек, бесконечно любящий человечество и который, подобно Данко, отдал свою собственную жизнь во имя торжества жизни людей на планете Земле. И есть другая точка зрения, система отсчета, в которой Че Гевара - это бандит, вторгшийся в Боливию с целью свержения милого буржуазии, господствующего там строя, который сам при этом, уничтожает своих же собственных людей. Как видите, имеются две точки зрения, две системы отсчета, но так как они равноправные, у Вас нет никакой возможности выделить одну из них. Че Гевара, лейтенант Колли, а теперь и президент Грузии, Саакашвили - герои они или бандиты, установить уже ну никак невозможно.
Специальная теория относительности - идеалистическая теория еще и потому, что при синхронизации удаленных друг от друга часов, не вводится поправка на конечность скорости распространения синхронизирующего светового сигнала. А. Эйнштейн предложил условия синхронизации часов. Но условия синхронизации часов, кем бы они ни были определены, и как удачно небыли сформулированы, не смогут заменить саму синхронизацию. В конечном итоге, если поправка на запаздывание синхронизирующего сигнала не вводится, то синхронизация часов отсутствует. Остаются идеалистические рассуждения, не способствующие объективному развитию физики. Остаются рассуждения, которые, вместе со спекулятивным отношением к отрицательным величинам, нулю и бесконечности, приводят к торжеству безумия физических теорий и концепций. Причем, господствующими, становятся наиболее безумные, как теории, так и концепции. Чтобы положить конец этому безумию, можно предположить, наконец, что средой распространения света является гравитационное поле, имеющее разную степень плотности. Так, например, плотность гравитационного поля, определяемая непосредственно на поверхности планет, в том числе Земли, отличается от гравитационной плотности околопланетного и межзвездного пространства. В таком случае, совершенно обоснованно можно говорить об увлечении планетами и звездами своего собственного гравитационного поля. То есть, можно совершенно обоснованно говорить об увлечении абсолютной системой отсчета планетой Земля, вращающейся вокруг своей оси и движущейся вокруг Солнца, своего собственного гравитационного поля, которое, как мы уже знаем, является средой распространения света.
Предлагаемая статья, дорогой читатель, лишена внутренних противоречий при количественном описании электромагнитных явлений, в частности, при описании распространения света в движущихся и неподвижных системах отсчета. В соответствии с материалистическим учением, нельзя также отождествлять математическое время и геометрическое пространство с объективными формами существования материи, физическим пространством - временем. Понимание относительности наших знании, признание, в отличие от релятивистов, считающих, что в мире все относительно, существование абсолютных истин, выгодно отличает предлагаемой Вашему вниманию точку зрения от других точек зрения. В заключение обычно принято благодарить тех и других ученых, которые проявили внимание к статье и чуткость к автору. Мне же некого благодарить ни за чуткость, ни за внимание. Сложилась парадоксальная ситуация: в стране, основателем которой является В.И. Ленин, последователь его идей в физике не может рассчитывать на внимание ученых-физиков. Попытки же связать публикацию моей статьи, с проведением эксперимента по обнаружению гравитационных волн в США через 10-15 лет, - абсурдны. Если разум не способен отличить друг от друга эксперимент, опыт и ложный эксперимент, его носителям уже не нужен опыт, их предназначение в таком случае заключается в том единственно, чтобы позволять осуществлять над собой поставленные отрицательные эксперименты.
О РАСПРОСТРАНЕНИИ ЗВУКА
Ввиду того, что А. Эйнштейн, рассматривая случаи распространения звуковых волн, при обосновании постулатов СТО, исходил из совершенно ошибочных своих суждений и выводов о распространении звука и света в системах отсчета увлекающих и не увлекающих среды их распространения. Рассмотрим более подробно эти, равно как и другие возможные рассуждения, и выводы о распространении звуковых волн в разных системах отсчета. С тем, чтобы все эти рассуждения и выводы, в том числе и заведомо неверные, не вносили элемент заблуждения при проведении аналогии по распространению звуковых и световых волн в средах, которые, уже по определению, покоятся в своих системах отсчета. Другими словами подвергнем скрупулезному анализу приведенную А. Эйнштейном аналогию распространения звуковых и световых волн в системах отсчета увлекающих и не увлекающих среды их распространения, на основании которой А. Эйнштейн и его последователи, пришли к ошибочному выводу, что среда распространения света - это "выродок" в семье физических субстант.
РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЗВУКА В ИНВАРИАНТНЫХ СИСТЕМАХ ОТСЧЕТА
В инвариантных, то есть равнозначных, равноценных системах отсчета, увлекающих или просто изолирующих, то есть, переносящих в своем движении воздух, распространение звуковых волн определяется:
Во-первых, это состоянием воздуха рассматриваемых инвариантных систем отсчета, то есть, температурой и давлением воздуха, переносимого относительными системами отсчета - теми же кораблями Галилея. А также состоянием воздуха, увлекаемого Землей, то есть, воздуха, покоящегося в абсолютной системы отсчета - Земля, которая, как известно, при своем движении вокруг Солнца и вращении вокруг своей оси, увлекает во всех случаях свою собственную атмосферу - воздух.
Во-вторых, параметрами источника звука, частотой колебания в частности того же камертона. Предположим, что у нас имеется специально изготовленный камертон, частота колебания которого является функцией только его свойств, и в таком случае от состояния окружающей его среды, а также своего собственного состояния - покоя или движения относительно воздуха, не зависит, и равна, к примеру, 200 герц. Другими словами, наш специально изготовленный камертон, независимо от температуры и давления воздуха, в котором он осуществляет свои колебания, а также от того покоится камертон или движется относительно этого воздуха с любыми скоростями, всегда будет иметь строго заданную нами частоту, равную, например, 200 герц.
Длина волны звука в таком случае будет определяться, естественно, уже только состоянием среды распространения звука. Если параметры воздуха: температура и давление воздуха неизменны, то и длина волны, так же всегда будет постоянной, то есть, константой. Судите сами, предположим, что в инвариантных системах отсчета, увлекающих или просто переносящих среду распространения звука, состояние среды распространения звука неизменно и определяет длину волны, равную, скажем, 2 метрам. В таком случае в каждой инвариантной системе отсчета, от специального камертона во все стороны будут распространяться звуковые волны, которые за 1/200 секунды будут проходить расстояние, равное 2 метрам. Скорость распространения звука, как известно, равна произведению длины волны на частоту. Но определяется скорость звука не частотой колебания камертона, которая может изменяться произвольно, а длиной волны, определяемой единственно средой и ее состоянием, то есть температурой и давлением воздуха. Если температура и давление воздуха в рассматриваемых системах отсчета будут неизменными, то и скорость распространения звуковых волн, образуемых камертоном, в этих инвариантных системах отсчета, также будет постоянной. То есть, независящей ни от состояния покоя или движения камертона, ни от задаваемой ему частоты.
Чтобы бы скрупулезно во всем разобраться, рассмотрим справедливость приведенных выше утверждений на конкретном примере. Пусть в точка А, абсолютной системы отсчета - Земля, находится камертон, а на расстоянии 400 метров, определенных с необходимой нам точностью, по обе стороны от камертона в точках Б и С, находятся наблюдатели, в нашем случае, слушатели. Предположим, что в фиксированный момент времени наш камертон - например, полый шар малых размеров, начнет пульсировать с частотой, равной 200 герцам. То есть, за 1/400 секунды шар сначала сожмется до своих минимальных размеров, из-за чего воздух устремится в образовавшийся вакуум со скоростью, определяемой его плотностью. Затем, в течение последующие 1/400 секунды, шар будет уже расширяться, и толкать перед собой воздух. В результате чего, в момент, примерно на порядок выше, чем 1/400 секунды, при начале очередного сжимания шара, от него отделится волна воздуха. Отделится тот же воздух, но уже с другими физическими и геометрическими параметрами, то есть, другой температурой и давлением, замкнутого, ограниченным пространством, воздуха, который условно можно назвать гребнем волны воздуха. Таким образом, именно скорость распространения этих гребней волн воздуха - это как раз и есть тот параметр, который мы называем скоростью звука. Теперь становится понятно, почему скорость звука не зависит:
ни от частоты камертона - практически, скорости образования гребней волн воздуха;
ни от его размеров, определяющих геометрические параметры гребней волн воздуха;
ни от состояния камертона - его покоя или движения.
РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЗВУКА ОТ ДВИЖУЩИХСЯ СИСТЕМ ОТСЧЕТА.
Общий случай. Простейшим примером распространения звуковых волн в инвариантных системах отсчета от движущейся системы отсчета не увлекающей и не переносящей собственную среду распространения звука - свой воздух, является движущийся специальный камертон. Пусть наш движущийся специальный камертон колеблется с частотой, которая, как мы знаем, не зависит от скорости его движения и равна, например, 200 герц. Причем, когда мы рассматриваем случаи движения камертона с разными скоростями, то мы понимаем, что речь идет не, просто о движении камертона, а о движении системы отсчета, не увлекающую и не переносящую свою собственную среду распространения звука. Понимаем, что речь идет о движении системы отсчета, не имеющей своей собственной среды, но движущейся или в абсолютной системе отсчета - Земля, или в относительных системах отсчета - например, кораблях Галилея, в которых среда распространения звука - воздух, всегда покоится по определению. Помните Галилей, писал: 'Уединитесь с кем-либо из друзей в просторное помещение... '. Далее, пусть наш движущийся в абсолютной или относительных, но обязательно инвариантных системах отсчета, камертон, начинает издавать колебания воздуха в фиксированной точке А, удаленной от точек Б и С, где находятся слушатели, на равное расстояние - L. Рассмотрим на графике случаи распространения звуковых волн от движущегося с разными скоростями камертона, при условии, что в результате этого движения, состояние среды распространения звука наших инвариантных систем отсчета, не изменилось
.
Во-первых, мы видим, что звук достигнет наблюдателей (слушателей) в точках Б и С, несмотря что к слушателю в точке Б камертон приближался, а от слушателя в точке С - удалялся, всегда в одно время, такое же, как и в случае, когда камертон покоился в точке А, разумеется, если скорость движения камертона меньше скорости звука.
Во-вторых, при движении камертона со скоростью, равной, например, половине скорости звука, в сторону движения камертона, к наблюдателю в точке Б, будут распространяться звуковые волны с частотой в два раза большей и длиной волны, соответственно, в два раза меньшей, чем действительная частота камертона из-за чего слушателю точки Б будет казаться, что частота колебания камертона изменилась.
Что касается слушателя, расположенного в точке С, от которого камертон удаляется, то к нему будут распространяться звук с длиной волны, равной, - 3/2 от 2 метров и кажущейся частоты, составляющей 2/3 от 200 герц. Очевидно, при движении источника звука, т. е., системы отсчета не увлекающей, не переносящей и даже не имеющей собственной среды распространения звука, мы имеем тот случай, когда изменение частоты, в результате этого движения, приводит к изменению расстояния между гребнями волн воздуха, - изменению длины волны звука.
В результате, картина воспринимаемого звука слушателями в точках Б и С будет различная. Тогда как истинная частота колебания камертона, а так же скорость звука, остаются неизменными и потому, если скорость движения камертона меньше скорости звука, слушатель в точке Б услышит звук так же быстро, как и слушатель в точке С. Если же скорость движения камертона будет больше, чем скорость звука, то картина распространения гребней волн воздуха, по понятным нам причинам, не связанным с изменением скорости распространения звука - гребней волн воздуха, изменится, в силу чего звуковые волны достигнут слушателей в точках Б и С за разное время. Что же касается длины волн и частоты, воспринимаемого слушателями звука, а также определение скорости распространения, то все эти параметры определяются аналогично случаю, когда скорость движения камертона была меньше, чем скорость звука.
Специальный случай. Рассмотрим случай, противоположный приведенному выше случаю. А именно, пусть в точке А, относительной системы отсчета - корабле Галилея, покоится, относительно абсолютной системы отсчета - Земля, камертон, то есть, система отсчета не увлекающая и даже не имеющая собственной среды распространения звука. А к камертону и от него, вместе со слушателями в точках Б и С, со скоростью равной половине скорости звука, движется корабль Галилея. Можно ли сказать, что для воспринимаемого в этом случае, и предыдущем случае, слушателям в точках Б и С, будет безразлично, что относительно чего движется: или как раньше, камертон, относительно неподвижных в точках В и С слушателей, или как теперь, когда слушатели, со своей средой распространения звука на корабле Галилея, движутся относительно, неподвижного в точке А, камертона?
Очевидно, что в результате движения корабля Галилея вместе со слушателями в точках Б и С, относительно неподвижного камертона, слушателям будет уже не только казаться, что частота камертона, в результате их движения, изменилась. Но и скорость гребней волн воздуха, определяемая движущимися слушателями в этом случае будет уже складываться с их собственной скоростью, а не оставаться постоянной, как это было, когда слушатели покоились, а двигался камертон. Так барабанные перепонки, приближающегося к камертону слушателя, будет соприкасаться с гребнями волн воздуха не со скорость 400 метров в секунду, как это было в случае, когда двигался камертона, а со скоростью, равной 600 метрам в секунду, из-за чего движущийся слушатель будет испытывать известный дискомфорт от воспринимаемого им звука. Что касается удаляющегося от камертона слушателя, то гребни волн воздуха будут ударяться в его барабанные перепонки со скоростью, равной 200 метров в секунду. Другими словами, в этом случае, слушатели в точках Б и С услышат звук уже в совершенно разное время, и совершенно другими параметрами звука. Так слушатель, который приближается к камертону, услышит звук с длиной волны меньшей и частотой большей, не в 2, а только в 1,5 раза, и не через 1, а через 2/3 секунды. Тогда как слушатель в точке С, который будет удаляться от камертона, услышит звук с длиной волны в 2 раза большей, и соответственно, частотой в 2 раза меньшей, но не через 1, а только через 2 секунды.
Таким образом, простейшие графические рассмотрения распространения волн звука в инвариантных системах отсчета от движущегося камертона - системы отсчета не увлекающей и не переносящей среду распространения звука, а также рассмотрение распространения волн звука в инвариантных системах отсчета, определяемых движущимися слушателями-наблюдателями, позволяют сделать нам вывод, что принцип относительности Галилея-Эйнштейна - ошибочен. Как ошибочно и само учение Альберта Эйнштейна, опровергающее асимметрию электродинамики Максвелла, которая, в действительности таки, свойственна самим явлением. Спасти, то есть сохранить хоть какую-то надежду на достоверность учения Эйнштейна, опровергающего асимметрию электродинамики Максвелла, может только широко проповедуемый апологетами релятивизма, так называемый корпускулярно-волновой дуализм света.
КОРПУСКУЛЯРНАЯ ТЕОРИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ СВЕТА
Прежде чем перейти к рассмотрению вопроса о том, что же собой представляет корпускулярная теория распространения света, представим себе пусть даже на какое-то очень короткое время, что звук имеет не волновую, а корпускулярную природу своего возникновения и распространения. Другими словами, представим себе, что когда мы слышим, например, своего собеседника, то причиной всему являются уже не гребни волн воздуха, ударяющиеся в наши барабанные перепонки всегда с одинаковой скоростью, разумеется, если слушатель покоится или движется с незначительной скоростью. А 'корпускулы звука', которые должны уже в таком случае ударяться в наши барабанные перепонки, причем с разной скоростью, причем разной частотой, а также разной интенсивностью и только тогда все это будет восприниматься нами как, воспроизводимый собеседником, звук. Бог с ним, с этим нашим собеседником. Оставим его в покое и вернемся к хорошо знакомому нам камертону, функции которого при этом возрастают многократно. Судите сами, теперь камертон не просто должен колебаться с разной частотой и интенсивностью, как это имеет место при образовании волн воздуха. Камертон теперь просто обязан иметь, что бы потом испускать 'корпускулы звука' разных размеров, через разные, причем точно выверенные промежутки времени, с разными скоростями, от значения которых и зависит теперь частота воспринимаемого слушателями звука.
Сложность устройства камертона при этом возрастает многократно, но зато есть и свои плюсы. Для возникновения и распространения звука уже совершенно не нужна среда, которая потом, при помощи камертона, образует волну. Напротив, совершенно напротив, любая среда (воздух, жидкость)- это противник распространения корпускул, испускаемых камертоном. Другими словами, чем плотнее среда, разделяющая источник звука и слушателя, тем труднее корпускулам будет достигать слушателя, естественно тратя на это большее время, затрачивая большую энергию. В волновой теории распространения звука все происходит с точностью наоборот. Помните, чем плотнее воздух, тем с большей скоростью он будет сначала заполнять образовавшийся вакуум, а затем, в форме гребней волн воздуха, двигаться к слушателю. Таким образом, теория возникновение и распространения корпускул не то, что не совпадает, а она диаметрально противоположная теории образования и распространения волн, что естественно, находит свое отражение и в математических уравнениях, отображающих распространение волн в средах, а также корпускул, которым среда только мешает.
РАСПРОСТРАНЕНИЕ КОРПУСКУЛ В ИНВАРИАНТНЫХ СИСТЕМАХ ОТСЧЕТА
Общий случай. Пусть наш специальный камертон, когда покоится, испускает корпускулы звука со скоростью, определяющую частоту, равную, например, 200 герц. Другими словами, пусть скорость движения корпускул, испускаемая покоящимся камертоном, равна, к примеру, 400 метров в секунду. Очевидно, что при движении камертона со скоростью, равной половине скорости звука, в сторону движения камертона, к наблюдателю в точке Б, будут распространяться корпускулы звука уже со скоростью 600 метров в секунду, из-за чего слушатель, к которому камертон приближается, услышит звук через 2/3 секунды, с частотой в 1,5 раза большей, и длиной волны, соответственно в 1,5 раза меньшей, чем когда камертон покоился. Что касается слушателя, расположенного в точке С, от которого камертон удаляется, то к нему будут распространяться корпускулы звука со скоростью 200 метров в секунду, из-за чего слушатель, от которого камертон удаляется, услышит звук только через 2 секунды с частотой в 2 раза меньшей, и длиной волны, соответственно, в 2 раза большей, чем в случае, когда камертон покоился. Рассмотрим, какие же выводы можно сделать из приведенных выше рассуждений.
Во-первых, мы видим, что корпускулярная теория, в отличие от волновой теории предполагает, что звук достигнет слушателей в точках Б и С не за 1 секунду, а за 2/3 и 2 секунды, соответственно. Другими словами, очевидно, что установить, что же собой представляет свет, с учетом достигнутой теперь точности измерения, и имеющихся теорий распространения корпускул и волн, не составляет никакого труда.
Во-вторых, мы видим, что именно корпускулярная теория света 'спасает' принцип относительности Галилея-Эйнштейна и именно потому 'ученые' держатся за корпускулярно-волновой дуализм, как утопающий за соломинку. Иначе говоря, все мы теперь ищем истоки двойных стандартов, в том числе и в политике. Но ведь фундамент двойных стандартов находятся на поверхности, а точнее находится на совести ученых, которые за деньги теперь готовы объяснить что угодно, когда угодно и кому угодно. Такого падения нравов в так называемой научной среде, история еще не знала. Самое же печальное заключается в том, что мир наш, как никогда, нуждается в научном решении глобальных проблем, довлеющих над человечеством, Проблем, которые могут решить только ученые. Где же они? И почему же вместо жизни, они так долго выбирают себе колбасу? Ответ на этот вопрос должны, даже обязаны искать, в том числе и политики.
ВОЛНОВАЯ ТЕОРИЯ СВЕТА
Теперь, когда мы все с абсолютной достоверностью знаем, что свет имеет свою волновую природу и возникновения, и распространения. Теперь, когда мы с такой же абсолютной достоверностью знаем, например, что свет - это самое темное пятно современной физики. Так вот, что мы еще знаем о свете как о волне, именно с такой же, абсолютной достоверностью. В том то все и дело, что очень и очень даже немного. Все это происходит по той простой причине, что мысли ученых, направлены не на отыскание объективных законов, а на спасение Принцип относительности Галилея-Эйнштейна.
ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
Специальная теория относительности А. Эйнштейна основывается на двух постулатах, каждый из которых, в интерпретации А. Эйнштейна, противоречив. Рассмотрим первый из этих постулатов, который утверждает, что скорость света в вакууме одинакова во всех системах координат, движущихся прямолинейно и равномерно друг относительно друга. При постулировании скорости света в инерциальных (инвариантных) системах отсчета, А. Эйнштейн исходил из того, что он разрешает какую-то проблему. Что световые волны, распространяющиеся в инвариантных системах отсчета, от движущегося источника света - это что-то другое, чем, например волны звука от движущегося камертона. Что скорость распространения волн света в среде, определяемая 'движущимися наблюдателями', зависит (не зависит) от скорости их собственного движения и что это отличает природу распространения волн света, от природы распространения других волн, например, волн звука в воздухе.
В действительности же, ничего эвристического в постулате о постоянстве скорости распространения света в инвариантных системах отсчета нет. Каждый теперь понимает, что скорость света в любой инвариантной системе отсчета, точно так же, как и скорость звука, из-за того, что среда распространения света (звука) у этих систем отсчета одинаковая по определению, есть тоже величина постоянная, константа. То есть величина, не зависящая ни от скорости движения источника света, ни излучаемой этим источником света частоты, ни от скорости движения систем отсчета с наблюдателями. Тогда как для 'движущегося наблюдателя', точно так же, как и для 'движущегося слушателя', которым мы совершенно неоправданно предоставляем статус систем отсчета, скорость распространения света, равно, как и звука, естественно будет зависеть от скорости движения 'наблюдателя-слушателя'. 'Наблюдателя-слушателя' - человека, который при первой же возможности, стремится изолировать себя от влияния внешней среды, то есть, стремится покоиться по отношению к своей среде жизнеобеспечения. Или, другими словами, стремится создать такую систему отсчета, которая, как минимум, переносит воздух, а в перспективе создаст силу гравитационного притяжения, инвариантную силе, образующей 'свободное' падение тел на планете Земля.
Во многом приведенные выше выводы мы можем сделать, только критически оценивая Теорию Относительности Эйнштейна, но если мы просто обратимся к здравому смыслу, то уже тогда увидим, что все эти наши рассуждения и выводы, раскрывают сущность распространения и световых, и звуковых волн одновременно. Необходимо отметить также позитивное влияние постулата Эйнштейна о постоянстве скорости распространения света в инерциальных, а в действительности инвариантных системах отсчета. Позитивное влияние постулата, который наложил известные ограничения на определение скорости света, посредством формального сложения скорости света, скорости движения источника света со скоростью движения наблюдателей, как все это имеет место в так называемом 'классическом' законе сложения скоростей.
Предположим, в двух точках А и Б находятся источник света и наблюдатель. В определенный момент времени в точке А включится источник света и наблюдатель начинает двигаться из точки Б к источнику света. Когда наблюдатель находится в точке Б неподвижно, скорость света для него определяется отношением:
Vсв. = АБ / t; [1]. Где t - время распространения света к неподвижному наблюдателю.
В случае движения наблюдателя, скорость света для него можно определить отношением:
Vсв. = АБ / t'; [2]. Где t' - время распространения света к движущемуся наблюдателю.
В таком случае скорость света для движущегося наблюдателя это величина, зависящая от скорости и направления его движения. А. Эйнштейн, в случае с распространением звуковых волн, рассматривая их относительно движущегося наблюдателя, так и поступает. Он именно так определяет скорость звука для движущегося наблюдателя.
То, что в случае со светом он поступает совсем не так, безусловно, справедливо. Было бы правильно, если бы он поступал так и при рассмотрении распространения звуковых волн. Скорость света, звука для движущегося наблюдателя в каждой из систем отсчета /координат/ в таком случае определяется отношением:
АД / t'; [3]. Где Д - точка, в которой свет /звук/ достигает движущегося наблюдателя.
А t` - это время распространения света к движущемуся наблюдателю. Разумеется, все эти рассуждения касаются случая, когда движущийся наблюдатель пренебрегает геометрическими размерами своей собственной системы /координат/ отсчета. В таком случае, по крайней мере, нет необходимости складывать скорость движения наблюдателя со скоростью распространения света и звука и вычислять какую-то величину, которую некоторые ученые называют 'скоростью света, звука для движущегося наблюдателя'. Мне могут возразить: но ведь 'классический закон' сложения скоростей, который Вы называете формальным, безупречно действует во всех других случаях. На что можно ответить: да! Действует, но только до поры, до времени, пока Ваш формализм еще не перенесен на изучения явлений, которые бы его вскрыли. Вот почему в предлагаемой Вашему вниманию статье, автор ставит перед собой цель раскрыть физический смысл инерциальных систем отсчета. Надо определенно знать: являются ли прямолинейно и равномерно движущиеся друг относительно друга системы отсчета реальными, куда мы можем помещать, к примеру, внутренних наблюдателей и убеждаться в справедливости принципа относительности Эйнштейна. Или же инерциальные системы отсчета есть ничто другое, как 'полезная фикция', реализовать которую не представляется никакой возможности. Такая постановка вопроса полностью себя оправдывает.
А. Эйнштейн вместе с Л. Инфельдом в книге 'Эволюция физики' писали, что если система отсчета, комната, увлекает находящуюся в ней материальную среду, воздух, в котором распространяются звуковые волны, то скорость звука будет различна для внешнего и внутреннего наблюдателя. Они полагали, что эти заключения вытекают из классических преобразований и, главное, могут быть доказаны экспериментально. Прежде, чем приступить к эксперименту, необходимо сделать ряд уточнений:
Равномерно и прямолинейно движущаяся система отсчета /координат/, в данном случае комната, не увлекает среду распространения звука, а переносит, что имеет существенное отличие. Такое же, к примеру, как если бы вместо того, чтобы увлечь Вас, дорогой читатель, интересной идеей и тем самым побудить к действию, Вас принуждают действовать.
В таком случае движущаяся комната - это система, ограниченная стенами, которые изолируют среду распространения звука, воздух внутреннего наблюдателя от внешней среды, лишая их возможности взаимодействовать друг с другом. Потому ни о каком увлечении не может быть и речи.
Предположим, что стены комнаты обладают свойством не препятствовать проникновению звуковых волн, что обеспечивает возможность их распространения в среде внешнего наблюдателя. Известно, что скорость звука для неизменной среды величина постоянная. Также известно, что комната в своем движении не изменяет среды распространения звука, воздух внешнего наблюдателя и, как мы только что говорили, искусственно переносят, естественно тоже не изменяя, среду распространения звука, воздух внутреннего наблюдателя.
Другими словами, среда внешнего наблюдателя идентична среде внутреннего наблюдателя, несмотря на движение системы координат внутреннего наблюдателя относительно системы координат внешнего наблюдателя. Рассмотрим случай, когда равномерно и прямолинейно движущейся системой координат является комната, в центре которой находится источник звука. Комната в своем движении переносит среду распространения звука, воздух внутреннего наблюдателя, не изменяя при этом среду распространения звука - воздух внешнего наблюдателя.
Рассуждения внутреннего наблюдателя.
Устройство моей комнаты такое, что она препятствует взаимодействию среды распространения звука, воздуха в моей системе со средой распространения звука внешнего наблюдателя, относительно которого происходит равномерное и прямолинейное перемещение. Скорость распространения звука в моей системе постоянна, потому звуковые волны достигают всех стен на равных расстояниях от центра в сторону движения, противоположную и перпендикулярную одновременно. За время, которое необходимо звуку, чтобы достичь стен, комната проходит какое-то расстояние в системе внешнего наблюдателя. Стены комнаты прозрачны и я виду, что звук, достигнув стен, продолжает распространяться в среде внешнего наблюдателя, относительно которого происходит движение комнаты. Несмотря на то, что звук возник в фиксированное время, на определенном расстоянии от внешнего наблюдателя, он будет проходить разные расстояния прежде чем достигает наблюдателя, в зависимости от того приближается, покоится или удаляется по отношению к нему моя система координат.
Рассуждения внешнего наблюдателя.
Равномерно и прямолинейно движущаяся система переносит среду распространения звука, воздух внутреннего наблюдателя не изменяет моей среды распространения звука, воздуха. Скорость звука в моей системе постоянная. Тем не менее я заметил, что звук достигает меня не за одно и то же время в зависимости от того приближается, удаляется или покоится относительно меня комната, несмотря на то, что он возникает в строго фиксированное время на одинаковом от меня расстоянии. Я полагаю, что это происходит из-за того, что при движении комнаты происходит процесс переноса среды распространения звука, воздуха внутреннего наблюдателя, из-за которого звуку в моей системе приходится проходить большее расстояние, когда комната удаляется, и меньшее, когда она приближается ко мне.
Зная размеры Движущейся системы отсчета /координат/, расстояние от источника звука до начала движущейся координатной системы, скорость и направление ее движения, и внешний, и внутренний наблюдатели смогут рассчитать время достижения звуковых волн внешнего наблюдателя t и общее расстояние, которое будет проходить звук прежде, чем он достигнет Внешнего наблюдателя из уравнений:
X = Xо +/- Vдв.*L./Vзв. [4]. t = tо +/- Vдв. *L./Vзв.2 [5]. Где:
Xо - фиксированное расстояние от источника звука до внешнего наблюдателя;
tо - время, в течение которого звук достигает внешнего наблюдателя, если комната покоится, а источник звука находится от него на расстоянии Xо;
Vдв. - скорость движения системы отсчета /координат/ внутреннего наблюдателя;
Vзв. - скорость распространения звука;
L - расстояние от источника звука до стены движущейся системы координат, от которой звук распространяется к внешнему наблюдателю.
Внешнего наблюдателя, в случае переноса среды распространения звука, /воздуха/, Движущейся системой отсчета, звуковые волны, достигнут не за одно и то же время, в зависимости от того, будет ли по отношению к нему Движущаяся система, в центре которой находится источник звука, покоиться, приближаться или удаляться. Однако, одних классических преобразований в этом случае недостаточно. Потому что наряду со скоростью движения системы координат, должны приниматься во внимание ее размеры. В данном случае - расстояние от центра движущейся системы отсчета до стены, от которой звуковые волны распространяются к внешнему наблюдателю.
Если движущаяся система координат не переносит среду распространения звука, воздух внутреннего наблюдателя /L стремится к нулю, например, в случае движущегося камертона/. Звук достигнет внешнего наблюдателя независимо от скорости и направления его движения. В этом случае о том, удаляется или приближается камертон к внешнему наблюдателю, можно судить только по кажущемуся изменению частоты колебаний движущегося камертона.
Рассмотрим второй случай.
В центре движущейся системы координат, комнаты, в своем движении переносящей среду распространения звука, находится внутренний наблюдатель. Источник звука помещен в системе Внешнего наблюдателя. Время, в течение которого звук достигает внутреннего наблюдателя t' можно найти из уравнения:
t' = (Xо +/- Vдв.*L./Vзв.) /(Vзв.+/- Vдв.) [6].
Из уравнения [6] видно, что волны звука не всегда достигают внутреннего наблюдателя или достигают за сравнительно малый промежуток времени. Но их этого совсем не следует, что скорость звука в системе внутреннего наблюдателя изменилась. Для подобных утверждений нет оснований, впрочем, как нет оснований складывать или вычитать скорость распространения звука со скоростью движущейся системы координат. Известно, в этом случае получаются относительные значения скорости распространения звуковых волн, которые не могут и не характеризуют процесс распространения звука ни в системе внутреннего, ни в системе внешнего наблюдателей. Практическая ценность относительных значений и истин общеизвестна. Они вполне оправданы для решения узкого круга проблем, не имеющих ничего общего с созданием физических законов. Автоматический перенос формальных утверждений в физическую картину строения мира неизбежно приводит к отрицательным результатам.
Какую смысловую нагрузку, например, несет в себе выражение типа: самолет - неподвижен, Земля - движется?! Так ставить вопрос может инженер, цель которого разработать и изготовить нужную модель летательного аппарата, но не физик, который не может не учитывать причин движения и покоя заданных систем. Которой не может не знать, что правильные суждения, абсолютные истины выкристаллизовываются из сумм относительных истин, но не наоборот.
В рассмотренном в статье случае важно то, что при движении системы отсчета с внутренним наблюдателем, среда в системах отсчета не изменялась, и тогда скорость звука, определяемая внешним и внутренним наблюдателем, так же будет постоянной.
В том случае, когда движущаяся система координат /система отсчета/не переносит среду распространения звука, воздух, говорить о скорости распространения звука для внутреннего наблюдателя просто не представляется возможным. Галилео Галилей, обосновывая свой принцип относительности рассуждал: 'Уединитесь с кем-либо из друзей в просторное помещение под палубой какого-нибудь корабля, запаситесь мухами, бабочками... и т.д.'. Можно ли после этого сомневаться в реальности движущихся систем координат?! Нельзя! Впрочем, как нельзя не учитывать их размеры и характер взаимодействия со средой, относительно которой они движутся. Мало сказать равномерно и прямолинейно движущаяся система координат. Надо четко представлять ее размеры, положение наблюдателей и исследуемого объекта внутри систем, состояние сред внутреннего и внешнего наблюдателей, возможность изменения сред в связи с движущейся системой координат внутреннего наблюдателя.
Обобщим приведенные выше случаи распространения звука в системах внешнего и внутреннего наблюдателей. Пусть внутренний наблюдатель, находящийся в движущейся системе координат, переносящей среду распространения звука, воздух, и внешний наблюдатель в определённый момент одновременно подают звуковые сигналы. Зная скорость и направление, размеры движущейся системы, положение внутреннего наблюдателя относительно систем координат, расстояние между наблюдателями в момент подачи сигнала, можно, используя приведенные выше уравнения, рассчитать момент достижения звуковых волн внутреннего и внешнего наблюдателей. Звук достигает их не одновременно. Это и понятно! Но раньше это объяснялось изменением скорости распространения звука определяемой внутренним и внешним наблюдателями. А Эйнштейн в книге, выпущенной с Л. Инфельдом, написал: 'Внешний наблюдатель заявляет: скорость звука, распространяющегося в движущейся комнате, определенная в моей системе координат, не одинакова во всех направлениях. Она больше, чем установленная скорость звука, в направлении движения комнаты и меньше в противоположном направлении. Эти заключения вытекают из классических преобразований и могут быть доказаны экспериментально. Комната увлекает находящуюся в ней материальную среду, воздух, в котором распространяются звуковые волны. И поэтому скорость звука будет различная для внешнего и внутреннего наблюдателя'.
Смысл приведенных в статье автором рассуждений заключается в том, что скорость звука в рассматриваемых случаях, как для внутреннего, так и внешнего наблюдателя абсолютна, постоянна и неизменна, и в этом нетрудно убедиться.
Что собой представляет среда, звуковые волны в которой распространяются со скоростью не 340 м/с. а, например, 30 м/с или 3000 м/с? Какие физические свойства этой среды? Она может быть реальной средой, окружающей наблюдателя? Как вычисляется скорость звука внешним и внутренним наблюдателями?! Сложение и вычитание скорости распространения звука со скоростью движения системы отсчета неудовлетворительно.
Но тогда чем объяснить неодновременное достижение звуковых волн внешнего и внутреннего наблюдателей?! Бесспорно! Только одним - принципиальным отличием систем отсчета как внешнего, так и внутреннего наблюдателей. Систему отсчета наблюдателей, относительно которых окружающая среда покоится в силу естественного ее переноса, условий назовем Внешней системой отсчета.
Внешняя система отсчета
Пространство на поверхности Земли - естественная система отсчета живущих на ней наблюдателей. Изучая различные физические процессы, свойства окружающей среды, внешние наблюдатели пришли к выводу, что в любой точке плоскости Земли, задаваемой двумя взаимно перпендикулярными прямыми X-Y, пространство обладает одинаковыми физическими свойствами, а среда - изотропна. Помещая в каждую точку поверхности Земли систему координат X-Y-Z, где Z - прямая, параллельная радиусу Земли, они могут убедиться в том, что их точка отсчета ничем не отличается от других, от которых каждый начинает изучение мира окружающих явлений. Совокупность инвариантных точек отсчета с нулевым значением координат, когда там находится один из наблюдателей и просто точек, задаваемых числами, составляет систему отсчета внешних наблюдателей.
Расстояние между точками системы отсчета измеряется при помощи минимального существующего эталона длины, не меняющего свою величину в процессе измерения. Если в каждой рассматриваемой точке отсчета помещены часы, устроенные одинаковым образом, то они показывают математическое, абсолютно одинаковое время. Время, которое каждый из наблюдателей видит на своих часах. Ввиду того, что в природе отсутствует мгновенно распространяющиеся сигналы, при помощи которых можно было бы установить одинаковое время для каждого наблюдателя, абсолютно равное время устанавливается при помощи сигнала, распространяющегося с конечной скоростью с учетом поправки на синхронизацию.
Синхронизацию часов во внешней системе отсчета.
При установке часов на одно и то же время каждый из наблюдателей должен знать:
его часы или показывают абсолютное время, или подлежат синхронизации в установленный момент;
расстояние между наблюдателями;
величину скорости распространения синхронизирующего сигнала к каждому из наблюдателей.
Пусть скорость распространения синхронизирующего сигнала от наблюдателя 'А' к наблюдателю 'Б', расстояние между которыми 'X', равна скорости распространения сигнала от наблюдателя 'Б' к наблюдателю 'А'. Это условие выполняется для изотропной среды и записывается в виде:
Дельта T = TБ - TА = TА - TБ [7]. Дельта T = X/C [8]. Где:
где X - расстояние между наблюдателями;
C - постоянная скорость синхронизирующего сигнала;
Дельта T - поправка на синхронизацию часов, которую необходимо ввести при установлении часов на равное время.
В случае если синхронизирующим сигналом является свет, и часы наблюдателя 'А' показывают абсолютное время, то наблюдатель 'Б', видя показания часов ТА, должен свои часы установить на время TБ = TА + Дельта T. Когда в точке 'Б' наблюдатель отсутствует, синхронизацию часов, находящихся в этой точке, можно осуществить при помощи сигнала, посылаемого наблюдателем 'А', часы которого показывают абсолютное время ТА. В этом случае наблюдатель А должен подать синхронизирующий сигнал, запускающий часы в точке 'Б' во время TБ = TА - Дельта T. Все часы, синхронизированные указанным способом, показывают единое время. Нельзя не заметить, что приведенный способ синхронизации принципиально отличается от способа синхронизации часов в специальной теории относительности Эйнштейна и еще раз убеждает всех нас в том, что теория А. Эйнштейна не по названию своему только, но и по существу относительная.
Условия синхронизации часов, предложенные А. Эйнштейном, как бы удачно они ни были сформулированы, не отражают всего процесса синхронизации часов наблюдателями Внешней системы отсчета,. Процесс, который необходим для того, чтобы каждый из наблюдателей в точке А и точке Б мог определять скорость в среде их разделяющей, используя для этого не только показания своих часов, но, к примеру, наблюдатель в точке А мог использовать в своих расчетах также показания часов в точке Б. Если все наблюдатели во Внешней и Внутренней системах отсчета будут синхронизировать свои часы так, как это предлагает А. Эйнштейн, они не смогут измерить скорость света в среде их разделяющей, даже если Внутренняя система будет составлять часть Внешней системы отсчета. Для того чтобы обсудить вопрос синхронизации часов наблюдателями, которые находятся в различных системах отсчета, надо добиться однозначного понимания всеми, значит и нам с Вами, дорогой читатель, что мы понимаем под часами идущими синхронно.
Рассуждения наблюдателей Внешней системы отсчета.
Понятие времени для нас имеет свою историю. Первоначально оно выступало в неразрывных своих величинах: смена пор года, день, ночь, час, минута, секунда. По мере развития цивилизации, мы научились неразрывное ранее время дробить на прерывные величины. Чтобы понятие дробного времени не отражалось на сущности изучаемых нами процессов и явлений, мы стремились разбить его на абсолютно равные, ни от чего не зависящие отрезки. Было введено понятие математического времени. Для увеличения точности снятия отсчета времени стремились увеличить частоту его деления по следующему принципу. Путь Вам нужно разделить целое число, например яблоко на две, как можно более точные их части. Можно пытаться сделать это при помощи единичного деления. Точность такого деления невелика. Можно разделить яблоко при помощи шестнадцати делений на тридцать две части и взять соответственным образом необходимое число из них. Точность деления яблока на части при этом возрастет. Весь вопрос и проблема даже заключается теперь в механизме, которой бы делил непрерывное для нас в принципе время на как можно более мелкие и точные его части, воспринимаемое человеком в прерывных единицах его измерения таких, например, как секунда, минута, час, день, ночь, сутки. Началось практическое конструирование механизмов, способных воспроизводить математическое время.
При воспроизведении математического времени важно делить время не только на как можно дробные части, при этом увеличивается точность снятия отсчета. Но и как можно равные части - это определяет точность хода или ритм часов. Математическое деление на равные части с заданной точностью не представляет трудностей. Трудности возникают при практическом воспроизведении частей деления, при появлении ошибок, неизбежных при любом делении. Важнейшие этапы в жизни и деятельности человека целиком определяются его возможностью как можно с большей точностью воспроизводить математическое время с тем, чтобы сравнивать какие и в какой степени изменения происходят в постоянно меняющейся Вселенной. Возможность сравнивать математическое время с реальными процессами окружающего мира является рычагом развития человечества, предопределяющим его прогресс. Прогресс, который в конечном итоге приведет к количественно новой ступени изучения мира окружающих явлений, когда причинные связи для их восстановления уже не будут налагать на время выполняемой им теперь функции. Пока это не произошло, вопрос воспроизведения математического времени с все увеличивающейся точностью при помощи часов наблюдателями Внешней системы отсчета будет не только центральным, но и трудным.
Ритм часов, как известно, подвержен влиянию окружающей среды. Причем влияние это определяется не только внешней средой, но устройством и принципом действия часов. Нельзя смотреть на часы любые, как на механизм, показывающий время. Нельзя требовать от механизма часов выполнения функций, которые ему не определены. Задачи часов делить для человека неразрывное время на как можно дробные и точные величины. Задача человека изучать что, как и почему происходит в постоянно меняющейся Вселенной за даже самые маленькие математически равные величины времени. Часы могут изменить свой ритм. Отношение человека к функции часов и своей функции измениться не может. Он всегда должен для раскрытия количественных и качественных связей абстрагировать к математическому времени. До тех пор, пока причинные связи не будут определяться другими способами. Какие же, в таком случае, часы наблюдатели Внешней системы отсчета могут считать синхронными. По всей вероятности, все в системе, которые с заданной точностью, определяющих их применение показывают одинаковое время. Как нет просто часов, показывающих время, так и нет двух одинаковых часов, одинаковым образом показывающих время. Вопрос синхронизации часов, в таком случае, не просто технический, но принципиальный.
Рассмотрим синхронизацию часов наблюдателей Внешней системы отсчета по способу, предложенному А. Эйнштейном. В точках А и Б находятся одинаковым образом устроенные часы. Пусть часы в точке А при отправлении сигналов, показывают время t1. Время на часах Б, когда сигнал приходит в точку Б и отражается в ней обратно, есть t`. Когда сигнал приходит обратно, часы в точке А показывают t2. По определению, часы в точке А и точке Б идут синхронно, если: t' = (t1 + t2) / 2 [9].
На первый взгляд может показаться, что на процесс синхронизации часов наблюдателями, находящимися в точке А и точке Б уравнением [9] накладываются вполне определенные ограничения, которых достаточно, чтобы часы, помещенные в различные точки системы отсчета, могли показывать абсолютно одинаковое, разумеется с точностью, на которую они рассчитаны, время.
Часы в точке А и точке Б должны быть устроены одинаковым образом.
В момент, когда световой сигнал приходит из точки А и точки Б, часы в точке Б должны быть установлены на: t' = (t1 + t2) / 2.
Несколько подробнее о первом ограничении. Означает ли, что часы, устроенные одинаковым образом, показывают одинаковым образом время? Одинаковым образом воспроизводят единицу измерения - секунду? Безусловно, нет. Устройства, воспроизводящие единицу измерения, какой бы класс точности изготовления они не имели, всегда имеет погрешность. С проблемой, чтобы все часы во Внешней системе отсчета с точностью, обуславливающей их применение, показывало одно и то же время, столкнулись давно. И решили ее просто. Часы стали синхронизировать на точность хода непосредственно на заводе. В настоящее время удалось изготовить часы, имеющие точность хода не менее 1x10-10 секунды. Надо полагать, что мы уже теперь имеем возможность снимать отсчет отправления и прихода светового сигнала по этим часам за промежуток не более 1x10-10. За это время источник света успевает сделать 1x105 колебаний, а свет распространиться на расстояние не более 3 см.
Появилась возможность синхронизировать часы с точностью до 1x10-10. Однако, как мы говорили ранее, ритм часов подвержен влиянию окружающей среды. Кроме того, при транспортировке он может измениться. Поэтому часы, после установки их в точке А и точке Б должны быть проверены на синхронность хода по уравнениям [10] - [11].
T1 - время отправления первого сигнала из точки А с точностью не ниже 1x10-10 по часам наблюдателя в точке А;
T2 - время отправления второго сигнала из точки А с точностью не ниже 1x10-10 по часам наблюдателя в точке А;
T11 - время прихода 1-го сигнала в точку Б с точностью не ниже 1x10-10 по часам в точке Б;
T21 - время прихода 2-го сигнала в точку Б с точностью не ниже 1x10-10 по часам в точке Б.
Аналогично: Дельта TБ1 = Дельта TА1; [11]. Где:
Дельта TБ1 - промежуток времени с точностью не ниже 1x10-10, через который наблюдатель Б посылает синхронизирующие сигналы;
Дельта TА1 - промежуток времени с точностью не ниже 1x10-10, через который наблюдатель А посылает синхронизирующие сигналы.
После проверки синхронности хода, часы на одинаковое время с точностью до 1x10-10 можно установить тогда, когда расстояние между ними будет определено с точностью до 3 см. С такое же точностью предположив, что среда между точкой А и точкой Б изотропна, можно измерить скорость света по часам каждого из наблюдателей. Часы в точке Б должны быть не просто установлены на время t`, они должны показывать время t` в момент прихода светового сигнала из точки А с точностью не ниже 1x10-10 сек.
Несколько слов об ограничении: t' = (t1 + t2) / 2 [9]. Некоторые ученые считают уравнение [9] условием синхронизации часов. Правильнее было бы считать его условием установления часов на единое время. На самом же деле это ничто иное, как условие проверки изотропности пространства, разделяющего точки А и Б. Вот когда мы научимся одинаковым образом изготавливать часы, по которым с высокой степенью точности, порядка 1x10-15 будем уметь снимать отсчет. Вот тогда мы сможем по этим часам определять свойства пространства, в которое они будут помещены и определять инвариантность свойств пространства в точках А и Б, а также изотропности среды их разделяющей. Мне искренне жаль, что я не смогу дожить до того времени. Но поверьте, дорогой читатель, я хочу его приблизить.
Рассуждения наблюдателей Внутренней системы отсчета.
Единица измерения времени - 1/31556927, 9/47 длительности тропического года для 0 января 1900 года в 12 часов времени эфемерид свободное творение человеческого разума. Нам трудно представить себе эту величину по той простой причину, что мы не знаем, от какой даты Вы ведете отсчет времени. Мы не знаем, что Вы называете длительностью тропического года. Наконец, мы не знаем Вашу систему исчисления.
Тем не менее, в нашей системе отсчета имеется устройство, воспроизводящее единицу измерения времени. Это устройство дробит время на самые мельчайшие и достаточно равные величины, которые нам удается отсчитывать. Интервал между отсчетами наших часов так мал, что свет за этот промежуток времени распространяется на величину, соизмеримую с длиной волны источника света.
При синхронизации наших часов, находящихся в точке А и Ваших в точке Б расстояние, которое их разделяет должно быть определено с точностью длины волны света, при помощи которого мы будем осуществлять синхронизацию часов. Как нам кажется, мы можем это сделать. Пространство в нашей системе отсчета, в различных ее точках, обладает одинаковыми свойствами. Среда - изотропна. Наша система отсчета находится неподвижно на поверхности Вашей системы. Можно предположить, что пространство в точке Б обладает такими же свойствами как и в точке А, где установлены часы, а среда нас разделяющая - изотропна. Если часы в точке Б снабжены зеркалом, мы можем с доступной нам точностью определить расстояние нас разделяющее и непосредственно приступить к синхронизации наших часов.
Наблюдатели во Внешней системе отсчета должны поступить таким же образом, разумеется, с доступной для них точностью. В момент времени, определенный с точностью, доступной для наблюдателей Внешней системы отсчета, световой сигнал отправляется из точки Б и через какой-то промежуток времени принимается наблюдателем в точке А, который по своим часам снимает отсчет. Через равные промежутки времени, измеренные по часам наблюдателей в точке Б, световой сигнал отправляется несколько раз. Наблюдатель в точке А каждый раз снимает отсчет прихода светового сигнала по своим часам. Сравнив промежуток прихода сигнала, наблюдатель в точке А может сделать вывод о точности, с которой отправляется световой сигнал, о точности, с которой идет часы в точке Б. Затем световой сигнал посылается наблюдателем Внутренней системы отсчета и принимается наблюдателем в точке Б, который по своим часам снимает отсчет прихода света, и, видя, что промежутки времени прихода света к нему равны, он может сделать вывод, что часы в точке А имеют большую точность хода.
После оценки точности хода часов, каждый из наблюдателей Внешней и Внутренней систем отсчета принимает решение об установлении их на единое время с целью определения законов, отображающих сущность явлений и процессов, протекающих в постоянно меняющейся Вселенной. Изучая физические процессы окружающего мира, каждый из наблюдателей Внешней системы отсчета вправе считать свою систему координат системой отсчета, не вызывая возражений других наблюдателей. Если в определенное, равное для всех наблюдателей время, в системе координат наблюдателя 'А' находится материальное тело с координатами для наблюдателя 'А' - x=0; y=0; z=z1; а для наблюдателя 'А`' - x=x1; y=y1; z=z1. Где:
где x1 - расстояние между наблюдателями по оси X;
z1 - расстояние материального тела от поверхности Земли;
y1 - расстояние между наблюдателями по оси Y.
И это материальное тело начинает свободное падение по прямой линии Z в момент T. То через промежуток времени T2 = T1 - T оно достигнет точки с координатами x=0; y=0; z=0; для наблюдателя 'А' и координатами x=x1; y=y1; z=0; для наблюдателя 'А`', где T - абсолютное время события соударения тела с Землей, видимое наблюдателем 'А' на своих часах. Наблюдатель 'А`' может видеть показания часов наблюдателя 'А' - T одновременное с моментом соударения тела с Землей. Его часы в этот момент будут показывать время:
T_(A`)=T_A+√(x_1^2+y_1^2 )/C; [14]
Одновременные события - это события, происходящие в единое время, видимое каждым наблюдателем на своих часах, или вычисленное с учетом поправки на синхронизацию. Расстояние, пройденное телом, для каждого из наблюдателей, равно абсолютной величине - z1; скорость - Z_1/T_2 ; ускорение - Z_1/(T_2^2 ).
До сих пор, рассматривая Внешнюю систему отсчета, мы исходили из условия, что наблюдатели находятся на определенном расстоянии неподвижно друг относительно друга. Но пусть их больше не удовлетворяют сведения о движении тела, полученные в результате внешних наблюдений, и они решили перенести систему отсчета на движущееся материальное тело. Движущуюся относительно Внешней системы отсчета систему отсчета внутренних наблюдателей, которая переносит среду внутренних наблюдений искусственно, назовем внутренней системой отсчета.
Внутренняя система отсчета
Внутренняя система отсчета, выделенная нами для рассмотрения распространения звуковых волн, всегда искусственная. О движении ее внешней наблюдатель может также судить по наблюдаемому им эффекту Доплера. Внутренний наблюдатель может узнать о движении своей системы отсчета при помощи эксперимента Майкельсона-Морли, посылая звуковые волны вдоль и поперек движущейся системы отсчета в среде внешнего наблюдателя. Систему отсчета внутренних наблюдателей проще представить в виде определенных размеров комнаты, которая изолирует их среду от внешней, и может в одном, первом случае перемещаться по поверхности Земли, а во втором - двигаться параллельно ее радиусу.
Первый случай. Внутренняя система отсчета равномерно перемещается по поверхности Земли с постоянной скоростью VДВ. Изучая физику окружающих явлений, наблюдатели Внутренней системы отсчета пришли к выводу, что их система ничем не отличается от Внешней системы отсчета. Плотность окружающего воздуха, гравитационная плотность, свойства среды не изменились в процессе равномерного перемещения. Ход часов, помещенных в каждую точку Внутренней системы отсчета, остался прежним. Синхронизация часов во Внутренней системе отсчета производится с учетом поправки на конечность скорости распространения синхронизирующего сигнала. Стены комнаты 'прозрачны' для синхронизирующих сигналов и это позволяет постоянно знать координаты внутренних и внешних наблюдателей относительно обеих систем отсчета.
Синхронизация часов во Внешней и Внутренней системах отсчета
При установлении часов на равное время каждый из наблюдателей обеих систем отсчета должен знать:
Показывают ли его часы абсолютное время или подлежат синхронизации в установленный момент.
Расстояние между наблюдателями в момент синхронизации - 'x0'.
Величину скорости распространения синхронизирующего сигнала VС.
Величину скорости движения Внутренней систему отсчета VДВ.
Величину расстояния от начала Внутренней системы отсчета до внутреннего наблюдателя в направлении распространения синхронизирующего сигнала к внешнему наблюдателю - 'l'.