Жу Вд Арк: другие произведения.

О Мысленных Экспериментах И О Логике

Журнал "Самиздат": [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Обзоры] [Помощь]
Peклaмa:
Конкурс "Мир боевых искусств. Wuxia" Переводы на Amazon!
Конкурсы романов на Author.Today
Конкурс Наследница на ПродаМан

Устали от серых будней?
[Создай аудиокнигу за 15 минут]
Диктор озвучит книги за 42 рубля
Peклaмa
 Ваша оценка:
  • Аннотация:
    продолжение цикла статей по ТО

  
  
  ФИЛОСОФСКОЕ ВВЕДЕНИЕ
  
  Логика должна быть предельно точна, чтобы не допускать ошибок. Если в логической цепи доказательств ущербно хотя бы одно звено, всё доказательство рушится. Именно по этой причине все труды Бенедикта Спинозы являются, к сожалению, длинной цепью ошибочных построений. Этот мыслитель решал задачу исследования с помощью логики вопросов о Боге. Он выпустил из виду, что Бог не обязан подчиняться логике, доступной человеку. Если мы признаем Бога, то логика к нему не применима. Если же мы его не признаем, то логика в этом направлении излишня. Логику можно применять лишь по отношению к тем явлениям, которые подчиняются логике. В этот перечень религия не входит. Убеждение, что законы природы подчиняются логике, отделено от религии вследствие метода, называемого бритвой Оккама. Физика должна подчиняться логике, поскольку мы предполагаем законы природы принципиально познаваемыми. Вопрос того, почему подчиняется физика логике, и подчиняется ли она ей, или нет - это вопрос философии, или религии, смотря по тому, кто что предпочитает. Набожность ученого не мешает ему искать логику в законах природы, в том случае, если он убежден, что Бог лишь создал законы природы, а далее в них не вмешивается. Если же ученый допускает вмешательство Бога в проявления законов природы, то он, следовательно, пытается логически обосновать чудеса, которые по определению не закономерны и не подчиняются логике. Очевидно, что такой ученый заблуждается настолько сильно, что перестаёт быть ученым.
  
  ФИЗИЧЕСКАЯ ПОДОПЛЁКА
  
  Большой любитель мысленных экспериментов Эйнштейн считал, что что-то может доказать, описывая некоторые умозрительные нереализуемые ситуации и называя тот результат, который ему представлялся единственно возможным. Именно таким способом он пришел к выводу, что пространство, время, масса зависят от скорости движения системы, и при этом, что удивительно, сама скорость движения системы - есть величина субъективная, которую можно произвольно задать нулевой, либо ненулевой.
  Согласно Эйнштейну, мы будем правы, утверждая, что движемся, но также справедливо можем утверждать, что покоимся. Что бы мы ни сочли за истину, не важно, поскольку в этом вопросе всё есть истина. Возможно, мы несёмся со страшной скоростью, и при этом сжимаемся, утяжеляемся, а наше время замедляется. А возможно, наша скорость не велика. Никто не может сказать, ибо движение, согласно Эйнштейновской теории, неотличимо от покоя принципиально. К этому он пришел на основании обдумывания известных экспериментальных данных и на основании им построенных цепей рассуждений, которые он считал логически безупречными и единственно возможными, а, следовательно, верными. Этот метод рассуждений - метод мысленных экспериментов.
  Один из аргументов Эйнштейна - требование симметрии. Но это требование не обосновано, не говоря уже о том, что его собственные построения крайне несимметричны. Любопытно, что, согласно Эйнштейну, нет принципиальной разницы между равномерным поступательным движением и покоем. Однако, он не отрицает, что есть разница между вращением и покоем. В природе, между тем, поступательное движение всегда сопровождается соответствующим вращением, чаще - несколькими видами вращения. В чистом виде поступательное движение в природе не встречается, его мы можем указать лишь на небольшом отрезке траектории, в случае, когда ускорением и искривлением траектории можно пренебречь. Длительно существуют в стационарном состоянии только такие формы движения, которые никак не назовешь поступательными. Это, чаще всего - вращение около какого-либо центра притяжения с одновременным обращением около собственной оси. Разработанная Эйнштейном теория не даёт оснований приравнять такое движение к покою, однако все его рассуждения построены именно на том, что именно в такой системе не было выявлено отличие движения от покоя. Следует решить вопрос: отличие не было выявлено в силу принципиальной тождественности такой формы движения покою, или же в силу грубости метода измерения? В первом случае теория должна строиться именно для такой формы движений. Во втором случае теория не должна утверждать принципиальной невозможности выявления отличий, а должна лишь основываться на экспериментально установленный факт малого отличия, признавая, что отличие имеет место, то есть покой всё же принципиально отличается от движения такого вида.
  Рассмотренный случай - пример далеко не самой грубой из ошибок, совершаемых при "мысленных экспериментах".
  Итак, мы видим, сколь недостоверным является этот метод. Удивительно, но этот метод принес желанные плоды: теория относительности приобрела всеобщее признание.
  Вершиной его доказательности являются утверждения, что в истинности его прогноза легко убедиться соответствующими измерениями. Любопытно, что обсуждения всего лишь отсутствия перемещения интерферометрической картины в интерферометре Майкельсона легли в основу утверждения о том, что пространство и время - величины, которые воспринимаются субъективно, и в различных системах воспринимаются по-разному. Ранее, до Эйнштейна, ни пространство, ни время вообще не были физическими величинами. Эйнштейн этими понятиями пополнил список физических величин, и напрасно. Длина стержня, интервал времени - это физические величины, но метрика пространства и времени - это величины исключительно математические. Когда мы говорим "2 х 2 = 4" мы не имеем в виду никаких конкретных величин. Мы подразумеваем лишь математическую меру. Если мы скажем "2 яблока х 2 = 4 яблока" это будет уже утверждение из области естествознания. Но если бы мы попытались выяснить, чему равно "2 яблока х 2 помидора", мы бы совершенно вышли из области естествознания, и нами должен был бы заниматься психоневролог. Аналогично утверждения: "стержень сохраняет свои размеры в пространстве" и "стержень растягивается в пространстве" оба относятся к физике, но утверждение "стержень растягивается вместе с пространством" выходит за рамки физики. Физика должна иметь дело с реальностью, которая измеряется в пространстве. Утверждение об изменение меры реальности выходит за рамки этой науки. Совершенно также вопрос о том, что есть время, не должен рассматриваться в физике вовсе. Этот вопрос относится к математике, отличающейся от геометрии лишь добавлением времени, если и на правах четвертой координаты, то лишь с оговоркой, что произвольное движение по этой координате возможно только в представлении, но не в реальности.
  Никакие измерения не могут в принципе подтвердить изменение темпа хода времени: изменение хода часов, даже если бы таковое обнаружилось, еще не означает тождественное изменение времени. Часы - это всего лишь прибор для отсчета идентичных событий. Время непосредственно измеряться не может. Если же время, действительно, вдруг изменило бы темп своего хода, то не нашлось бы устройства, который бы это мог зафиксировать, поскольку время первично по отношению к физическим процессам. Исключительно в случае, если бы в некотором фрагменте пространства при той же его скорости, что и окружающее пространство, темпы всех процессов одинаково отличались бы от темпов процессов вне этого фрагмента, можно было бы говорить о гипотетическом замедлении или ускорении процессов (но не времени) в этом фрагменте. Его можно было бы описать изменением временного масштаба. В этом случае нельзя было бы достоверно утверждать об изменении хода времени, но, во всяком случае, для этого был бы повод.
  Приведем пример. Если в некоторой смеси веществ идёт химическая реакция, то по скорости получения конечного продукта мы можем косвенно судить о времени. Если в некотором фрагменте объема помещен катализатор, который ускоряет эту реакцию, то у нас появляется основание утверждать, что в этом месте время идёт быстрее. Однако, это утверждение ошибочное. Быстрее идёт всего лишь только та химическая реакция, скорость которой выбрана для измерения времени. Если вместо химической реакции взять физический процесс или техническое приспособление, механизм, то суть рассуждений не меняется. Можно взять ходики, темп которых определяется силой тяжести, действующей на маятник. Следовательно, темп этих ходиков будет зависеть от силы гравитации, в частности, от их удаленности от центра Земли. В горах ходики будут идти медленнее, в низинах - быстрее. На космическом спутнике они вовсе остановятся, а вблизи поверхности больших планет ускорят свой ход. Означает ли это, что время зависит от гравитации? Конечно, нет. Какой бы механизм или процесс для измерения времени мы ни брали, и какие бы результаты не получали, время остается лишь абстрактной шкалой для отсчета темпов всех остальных событий, событий материального мира. Когда рассуждения ведутся относительно подвижных и неподвижных объектов, следует просто признать, что мы не обладаем столь совершенной методикой для сравнения темпов процессов в этих системах, чтобы говорить об экспериментальном измерении хотя бы изменения темпов реальных событий. Говорить о темпах времени и вовсе не следует.
  Утверждения об изменении масштабов времени как было изначально спекулятивным (чисто теоретическим, от английского аналога speculate - размышлять, раздумывать), так спекулятивным и осталось. То же относится к массам тел при релятивистских скоростях. Измерить можно импульс движущегося тела, траекторию и тому подобное. Масса непосредственным измерениям не поддается. Вычисления позволяют предположить не только увеличение массы, но и, допустим, уменьшение силы. Выбор между двумя возможностями остается спекулятивным занятием. Обычно ученого, пришедшего на основе размышлений к некоторой теории, то есть предубежденного, переубедить можно лишь в том случае, если следствия теории непосредственно опровергаются экспериментом, то есть с точностью до проверяемых математических соотношений. Утверждения же об изменении темпа времени при допущении изменения и других величин - пространства, массы и т.д. - остается принципиально неопровержимым, как, впрочем, и не доказуемым. В этом и сила и вредоносность спекулятивных теорий, построенных на верных математических соотношениях для физических законов.
  Впрочем, и до Эйнштейна метод мысленных экспериментов широко применялся в науке, и довольно часто приводил к абсурду, который не замечали эти мыслители, а иногда, как это ни странно, к верным заключениям (хотя и не верным путем).
  
  ОШИБОЧНОЕ РАССУЖДЕНИЕ С ОШИБОЧНЫМ РЕЗУЛЬТАТОМ
  
  В 1878 г. Максвелл предложил эксперимент с целью обнаружения эфирного ветра, который впоследствии привел к постановке опыта Майкельсона [1]. Рассматривается вагон длиной 2l, движущийся с постоянной скоростью v относительно абсолютно неподвижной системы отсчета, в которой скорость света во всех направлениях одинакова и равна c. В середине вагона помещен источник света. Если скорость света в эфире равна c, то скорость света в прямом направлении равна c1=c-v, а в противоположном c2 = c-v. Поэтому свет должен прийти к передней и задней стенкам в разные моменты времени. Выводится величина запаздывания одного луча по сравнению с другим, равная 2lv / (c^2-v^2), откуда, якобы, можно определить скорость вагона относительно среды. Это рассуждение Максвелла ошибочно. Измерения одновременности событий в удаленных точках пространства невозможны вследствие конечной скорости передачи информации. Приведение информации в единую точку может быть выполнено не быстрее, чем с помощью света. Если точка совмещения находится также в центре вагона, то оказывается, что эфирный ветер не нарушает одновременности поступления отклика от задней стенки вагона, и от передней стенки. В обоих случаях время до поступления отклика равно 2l / (c^2-v^2), поэтому интерферометр с равными параллельными или встречно направленными плечами не выявит ЭВ экспериментально при v << c.
  
  ОШИБОЧНОЕ РАССУЖДЕНИЕ, ПРИВОДЯЩЕЕ К ВЕРНОМУ РЕЗУЛЬТАТУ
  
  Любопытно, что Галилей, который широко использовал "мысленный эксперимент", ошибочно рассуждая, вывел всё же правильный закон падения тел в вакууме. Он рассуждал следующим образом: если тела с разными массами получают различные ускорения, то, соединив их, получим парадокс: с одной стороны, более лёгкое тело должно тормозить более тяжелое, а с другой стороны, суммарная масса увеличится, значит и скорость должна увеличиться. Парадокса нет только в случае, если ускорение не зависит от массы. Немногие эксперименты Галилея проводились, кроме того, не в вакууме, а на воздухе. Достоверно известно, что скорость падения различных тел в воздухе различная, поскольку зависит от равновесия сил тяжести и силы сопротивления воздуху. На этом принципе построен парашют. Интересно, что задолго до Галилея (1564-1642) был изобретен парашют Леонардо да Винчи (1452 - 1519) [4], демонстрирующий неравенство ускорений падения в воздушной среде (т.е. несвободного падения).
  
  НЕКОТРЫЕ МЫСЛЕННЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ 20 ВЕКА
  
  Обсуждая критику теории Лоренца, Эренфест, ошибочно отождествляет теоретическое объяснение и доказательство [2]. Объяснение предположительно указывает на механизм. Доказательства в теориях естествознания невозможны, а всякая теория - временна. Теоретически нельзя доказать даже справедливость законов Ньютона, включая случай, когда достоверно скоростью распространения силовых воздействий можно пренебречь. Эти законы, выведенные эмпирически, от этого не теряют своей истинности. Сама убежденность, что логическое рассуждение может служить доказательством соблюдения некоторого закона в реальности, основана лишь на опыте. Это убеждение нельзя доказать. Следовательно, нельзя доказать и всё остальное в отношении реального мира и физических законов лишь на основе логики. Наше мышление доверяет логике, но не логика доказывает доказательность логики. Логика требует ограниченного перечня аксиом и правил, и способна построить ряд следствий, и даже целую картину мира, на основе лишь этого перечня. Такова геометрия. Но физика в настоящее время не может ограничиться определенным набором аксиом. Логика может позволить опровергнуть ложные аксиомы, выводя из них противоречивое следствие, но физика самостоятельно не может решить, что есть противоречие, а что противоречием не является. В этом случае логика бессильна. Аксиоматика физики с привлечением логики приводит к выводу, что атомы должны излучать электромагнитную энергию, следовательно, электроны должны терять энергию, и со временем обязаны упасть на ядро. Но этого не происходит. Приходится на нынешнем этапе физики дополнять ее аксиоматику постулатом о квантовой природе энергии, который пока еще не выводится из остальных постулатов и противоречит классической механике в целом.
  Противоположный пример: парадокс близнецов - это уже противоречие. Логика обязана запретить одну из аксиом, послуживших основанием для такого заключения. Но в современной физике исходные аксиомы не запрещаются, хотя парадокса близнецов никто не наблюдал в реальности, и он должен был бы наблюдаться. Физики забывают, что для его наблюдения нет необходимости говорить о слишком больших скоростях движения. Достаточно утверждать о большой длительности движения. Поскольку мир существует бесконечно долго, и отдельные его компоненты движутся с различными скоростями, в возрасте этих компонент должны накапливаться разницы. Все звёзды и планеты движутся с различными скоростями, мы, следовательно, должны говорить о различных темпах времени на них, однако мы этого не делаем, оставаясь интуитивно на традиционных представлениях о времени. Расстояние до астрономических объектов мы также исчисляем в предположении, что мы покоимся. Таким образом, существующую теорию следует признать весьма странной. Сложилась она такой во многом благодаря методу "мысленных экспериментов". Современная космология причудливым образом сочетает в себе фактические данные астрономии и спекулятивные утверждения теории относительности. Никаких экспериментальных сведений о "черных дырах" наука не знает, однако, оперирует этими понятиями так, как будто это - установленная реальность космического мира. То же самое относится к экстраполяциям и прогнозам в далекое прошлое и в далекое будущее Вселенной, а также к обсуждению её конечных размеров и границ. Ничего из этого не следует и не может следовать из наблюдений и экспериментов. Однако астрономия приняла эти гипотезы на основании их, казалось бы, исключительной достоверности. Любопытно, что астрономия не берёт на себя труд скорректировать неверные посылки в теоретической физике относительно широко исследованных астрономических объектов, таких, как Солнце [3]. Физика же не интересуется сведениями о Солнце, хотя и считает важнейшим доказательством теории относительности именно экспериментально наблюдение "гравитационных линз", связанное именно с Солнцем. Если бы ученые из этих двух родственных наук обменялись своим мнением о том, что собой представляет Солнце, они бы обнаружили очень резкое отличие этих представлений. При этом астрономы полностью восприняли утверждения физиков о "черных дырах". Если бы они проверили достоверность метода "мысленного эксперимента" на таком относительно простом и доступном для исследования объекте, как Солнце, они бы уяснили, что физикам в этом вопросе доверять нельзя. Релятивисты вслед за Эйнштейном рассматривают Солнце как раскаленный шар, окруженный вакуумом, на основании чего заключают, что отклонение звездного света вблизи поверхности Солнца - это убедительное доказательство взаимодействия света с гравитационным полем, поскольку, якобы, ничем иным это отклонение света объяснить нельзя. Астрономы же достоверно знают, что Солнце окружено раскаленными прозрачными газами, называемыми Солнечной короной, которые на основании правил линейной оптики дают тот же эффект без привлечения гравитационных объяснений.
  Вспоминается герой рассказа Марка Твена "Как я редактировал сельскохозяйственную газету", который советовал своим читателям для сбора брюквы просить залезть "на это дерево" мальчика, который бы его потряс его ветви. Читатель возразил горе-редактору "Брюква не растёт на дереве!". Надо было бы и астрономам пояснить релятивистам: "Солнце не окружено вакуумом!" Быть может, многое после этого встало бы на свои места.
  Вывод, который можно из этого сделать: мысленный эксперимент должен опираться на достоверные знания (кроме тех гипотез, который проверяются этим экспериментом). Кроме того, логика таких рассуждений должна быть безошибочной, а получение парадокса должно трактоваться как опровержение одной из посылок.
  
  НАУЧНОСТЬ ГИПОТЕЗЫ, КОТОРАЯ ПОДЛЕЖИТ ПРОВЕРКЕ
  
  Необходимое, но не достаточное условие истинности теории состоит в том, чтобы её законы экспериментально не опровергались. Но таким свойством могут обладать несколько теорий одновременно, даже если они исключают друг друга. Кроме того, часто эксперимент содержит ошибки, либо ошибочно трактуется. Например, наблюдая трек частицы, длина которого превышает произведение скорости света на время жизни этой частицы, можно сделать одно из следующих заключений:
  1. Считать, что экспериментально доказано изменение времени при движении с релятивистскими скоростями (полагая несомненным невозможность движения частицы со скоростью, превышающей скорость света).
  2. Считать, что экспериментально доказана возможность движения частицы со скоростью, большей скорости света (полагая невозможным изменения темпа времени в какой-либо системе).
  Аналогично, рассматривая эффект Хаббла, можно заключить, что:
  1. Вселенная расширяется (полагая несомненным постоянство скорости и частоты колебаний света во времени и в пространстве),
  2. Скорость света либо частота его колебаний по мере распространения во времени и в пространстве уменьшаются (полагая несомненным относительное постоянство геометрических размеров вселенной в пространстве); при этом возможен выбор между постоянством частоты и постоянством скорости распространения света.
  Таким образом, одни и те же эксперименты дают козыри в руки апологетов взаимоисключающих, диаметрально противоположных теорий.
  Критерий научности сформулировать сложно. Однако, мы можем предположить, что чем проще предположение, приводящее к объяснению феномена, для которого строится теория, тем больше шансов у этого предположения быть истинным. Простота в данном случае не сводится к простоте формулировки. Формулировка "Господь так положил" является самой простой, но это объяснение следует признать наиболее сложным. Чем меньше фундаментальных понятий пересматривается в гипотезе, тем лучше, просто потому, что в идеале гипотеза вовсе не должна затрагивать фундаментальных понятий. Целесообразно искать объяснение среди тех понятий, величин и законов, которые уже имеются в теории данного явления. Например, объяснить радугу присутствием красителя в небе было бы просто по формулировке, но сложно по гипотезе. Напротив, объяснение преломлением солнечного света в каплях воды было бы, возможно, более сложно по формулировке, но более простым по сути: мы достоверно знаем, что в воздухе имеется вода и солнечный свет, предположение же о наличии красителя - искусственно вносимое.
  Поэтому в рассмотренных примерах допущения под номером 2 о сверхсветовых скоростях частицы и о затухании фазовой скорости света в пространстве является более простой и естественной гипотезой, которая не затрагивает понятий времени и пространства. Объяснения же под номерами 1 через изменение времени и через расширение пространства и Вселенной - сложные, чрезмерно искусственные, маловероятные, и поэтому - не научные.
  
  ОШИБКИ В ТРАКТОВКЕ ОПЫТА МАЙКЕЛЬСОНА
  
  В трактовке опыта Майкельсона ошибочно был сделан прогноз о том, каким образом движение интерферометра в светоносной среде скажется на фазовой скорости света внутри него.
  Разберём простой пример. Пусть на поверхности покоящейся жидкости расположен источник вертикальных колебаний, создающий волну, которая распространяется во все стороны с одинаковой скоростью V. Не зависимо от того, зависит ли скорость распространения волны от частоты колебаний, можно утверждать, что плоская волна от линейного источника, колеблющегося с такой же частотой и амплитудой, будет распространяться в направлении, перпендикулярной поверхности этого источника с той же скоростью V. Этот результат легко получается с помощью принципа Гюйгенса. Теперь поместим два взаимно ортогональных линейных источника колебаний, чтобы получить два плоских волновых фронта, распространяющихся взаимно ортогонально. Что будет с волной? Если справедлив принцип суперпозиции, то в месте пересечения двух плоских волн будет иметь место интерференция. Тогда горбы и впадины волны в зоне интерференции будут перемещаться со скоростью, большей в корень из двух, в направлении биссектрисы угла между направлениями распространения отдельных компонент этих волн. Можно возразить, что в этом случае на силы поверхностного натяжения будут воздействовать увеличенная амплитуда колебаний, и в случае имеющейся зависимости скорости распространения волны от сил поверхностного натяжения скорость этих горбов и впадин может быть иной. Но эта оговорка может быть справедлива лишь к модельной среде и к поверхностным волнам. Нет сомнений, что для света при подобных аналогиях должен быть справедлив принцип суперпозиции, поскольку принцип суперпозиции света наблюдается всегда и без ограничений на его мощность. Итак, мы убедились, что фазовая скорость волны может быть в корень из двух больше, чем скорость распространения фронта сферической волны. Предположим теперь, что плоская волна отражается от плоского зеркала. На поверхностных волнах эту ситуацию смоделировать не так легко. Необходимо понять, что волна отталкивается от зеркала подобно тому, как при упругих столкновениях отталкивается шар от препятствия. Если препятствие перемещается, то угол отражения изменится. Препятствие как бы дополнительно сообщает шару кинетическую энергию. Если луч света отражается от движущегося зеркала, можно предположить в силу аналогичного механизма, что и отраженный луч будет несколько "отталкиваться" от отражающей поверхности. Движение зеркала создает дополнительную фазовую скорость. Для световых явлений это можно объяснить через эффект Доплера. Суть явления состоит в том, что отраженный луч изменит не только направление перемещения, но и свою фазовую скорость. Поскольку зеркало движется в определенном направлении, можно фазовую скорость света разложить на две компоненты: параллельную и ортогональную по отношению к движению зеркала. Ортогональная компонента должна сохранить свое значение без изменения, лишь поменяв знак после отражения, а параллельная компонента должна приобрести дополнительное значение.
  В рамках таких рассуждений можно сделать заключение, что движение интерферометра Майкельсона способствует изменению фазовых скоростей света, если рассматривать эти скорости в неподвижной системе координат. Это приводит к тому, что интерференционная картина, получаемая при совмещении пучков, прошедших два ортогональных плеча интерферометра, не изменяет своего вида при изменении скорости интерферометра относительно среды, если источник света также движется. Если скорость источника не равна скорости интерферометра и меняется (как это получается в случае использования света от звезды), то должна быть учтена разница частот в излучения вследствие доплеровского эффекта, порождаемого движением источника света по отношению к интерферометру. Движение интерферометра по отношению к источнику света, безусловно, всегда должно выявляться экспериментально, что и происходит. Движение же лаборатории по отношению к среде, к "эфиру", таким образом, не выявляется, поскольку и не должно выявляться в рассмотренном эффекте.
  
  СУДЬБА АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ОБЪЯСНЕНИЙ ОПЫТА МАЙКЕЛЬСОНА
  
  Опыт Майкельсона может быть объяснен на основании гипотезы Ритца. Это объяснение официальная наука отвергла. Опыт Майкельсона может быть также объяснен с помощью гипотезы Лоренца, также отвергнутой официальной наукой. Подчеркнем, что любая из этих гипотез, во-первых, абсолютно достаточна, во-вторых, не приводит к очевидным противоречиям, в-третьих, логична. Гипотеза Ритца основана на корпускулярной теории света, но она и не противоречит волновой теории. Гипотеза Лоренца основана на волновой теории света.
  Спрашивается: надо ли объединять две гипотезы в одну, если любая из них достаточна для объяснения? При этом следует учесть, что эти две гипотезы не могут быть объединены в одну без того, чтобы не создать целый веер противоречивых следствий.
  Но, если вдуматься, именно это совершил Эйнштейн, создав теорию относительности.
  Действительно, достаточно вслед за Ритцем предположить, что скорость света зависит от источника света, и результат опыта Майкельсона перестает быть удивительным: напротив, он становится естественным. Корпускулярная теория света должна, казалось бы, привести единственно к этой гипотезе. В этом случае скорость света не изменяется при движении лаборатории вместе с источником, что соответствует экспериментам: движения Земли не позволили себя выявить при измерениях скорости света. Убедительных оснований для отказа от гипотезы Ритца наукой до сих пор не приведено, а те основания, которые приводились, давно сняты, поскольку опровергнуты. Корпускулярная теория света принята официально (точнее - двойственная природа, которая включает и корпускулярную). Но ведь гипотеза Ритца должна, несомненно, следовать из корпускулярных свойств света. Для того, чтобы меня не считали апологетом теории Ритца, уточню здесь же лишь одно: предположение Ритца должно быть справедливо не по отношению к скорости распространения волнового фронта, который реально в экспериментах не измеряется, а выполняется применительно к фазовой скорости, которая именно и ответственна за интерферометрические картины, которые исследуются в опыте Майкельсона. Иными словами, Ритц был прав, но не в отношении скорости распространения, а в отношении фазовой скорости. Отличие мы поясним позже. Здесь же только зафиксируем факт: гипотеза Ритца не противоречит никаким реальным экспериментам, согласуется с принятой корпускулярной теорией света, и самодостаточна для объяснения опыта Майкельсона. Принятие этой гипотезы снимает все релятивистские эффекты и построения с изменениями масштабов тел и темпа времени, это внутренне не противоречивая гипотеза, не приводящая к парадоксам. Можно показать, что принятие теории относительности частично возвращает гипотезу Ритца. Действительно, согласно этой теории, скорость света в системе отсчета, связанной с источником, всегда оказывается постоянной, то есть можно говорить о том, что скорость источника влияет на скорость света. Это скрытое согласие с гипотезой Ритца делает приемлемой квантовую теорию света, то есть теорию истечения вещества (фотонов) с определенной скоростью относительно источника.
  Приблизительно то же самое можно сказать и о теории Лоренца, с оговоркой, что она не требует принятия гипотезы Ритца, и даже исключает её. Теория Лоренца предполагает независимость скорости света от скорости источника и приемника, а постоянство ее только относительно некоторой покоящейся среды - эфира (позднее - эфир получил название вакуума с сохранением почти всех его свойств, за исключением определенной скорости). Лоренц предположил сокращение тел вследствие их движения относительно эфира. Он вывел и коэффициент сокращения, обеспечивающий совпадение результатов опыта Майкельсона в подвижной и в покоящейся относительно эфира лаборатории. Теория Лоренца самодостаточна для объяснения опыта Майкельсона, она логически обоснована весьма сильно, она не может быть опровергнута экспериментами, и она не приводит к парадоксам. Мало того, некоторые эффекты, обнаруженные впоследствии, хорошо объясняются с позиции этой теории. Сокращение тел может быть объяснено тем, что тела состоят из атомов и электронов, удерживаемых на орбитах электромагнитными полями. Если скорость распространения полей меняется вследствие движения лаборатории в эфире, то и геометрические размеры всех элементов лаборатории имеют право измениться, поскольку они определятся размерами кристаллических решеток в молекулах, то есть могут зависеть от скорости распространения поля в среде. Теория Лоренца хорошо согласуется с чисто волновой теорией света. Нельзя сказать, что Эйнштейн опроверг эту теорию, противопоставил ей что-либо иное. Согласно теории относительности, геометрические размеры тел также должны изменяться по, казалось бы, тем же самым соотношениям. Однако детальный анализ показывает, что преобразования, используемые Эйнштейном, не являются преобразованиями Лоренца. Действительно, Лоренц предполагал наличие единственной покоящейся системы отсчета, не зависимо от того, известен ли нам метод отличия её от движущихся систем, или не известен. Следовательно, при переходе из одной системы в другую в одном случае время может замедлиться, а в другом - ускориться, в зависимости от того, которая из систем движется с большей скоростью относительно неподвижного эфира. Кроме того, такие переходы нельзя делать бесконечно.
  
  ЕЩЁ ОДИН МЫСЛЕННЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ ???
  
  Вообразим себе одну покоящуюся систему номер 0. Пусть относительно нее система номер 1 движется со скоростью V в направлении X. Пусть относительно системы номер 1 системы номер 2 также движется со скоростью V в том же направлении. Пусть таких систем существует неограниченное множество, и выполняется правило: система номер N+1 движется относительно системы номер N со скоростью V в направлении X. В этом случае для теории Лоренца мы могли бы утверждать, что, находясь в покоящейся системе, мы бы определили скорость системы номер N как NV. В частности, если бы был справедлив запрет на движение со скоростью v = c, то можно было бы в качестве следствия для любого V указать последнюю систему, для которой еще возможно выполнение оговоренного условия. В системах с большим номером, согласно теории Лоренца, длины претерпевали бы большее сокращение, а ход времени - большее замедление. При переходе из системы с большим номером в систему с меньшим номером, следовательно, имело бы место увеличение размеров и убыстрение хода времени. Эта же картина с позиций теории относительности качественно меняется. Согласно представлениям Эйнштейна, ограничение на скорость вовсе не вызывает ограничения на количество таких систем: все системы могут двигаться так, как описано выше, и при этом количество систем может быть бесконечным. Переход из системы с большим номером в систему с меньшим номером, согласно теории относительности ничем не отличается от обратного перехода. Поэтому в каждом случае должно иметь место сокращение длины и замедление времени. Остается непонятным, почему именно сокращение и замедление? Почему не наоборот? Увеличение размеров и ускорение времени дает точно тот же результат! Именно невозможность отличить сокращение и удлинение изнутри этих систем лежит у Лоренца в основе созданной картины. Но у Лоренца она логична: существует покоящаяся система. Невозможность отличия относится по Лоренцу только к движущимся системам, а объективно можно выделить и указать, какие из систем сокращаются больше, а какие меньше, и, следовательно, при переходе из каких систем в какие имеет место сокращение и замедление, а в каких - удлинение и ускорение. Эйнштейн построил теорию, согласно которой при переходе из системы в систему имеют место сокращения и замедления (и увеличение массы). Можно построит аналогичную теорию, согласно которой имеет место удлинение и ускорение (и уменьшение массы). На каком основании можно было бы отдать предпочтение одной из этих теорий перед другой? Только лишь на том основании, что не ясно, почему бы движение вызывало удлинение, ускорение и снижение массы? Но ведь точно также не ясно, почему бы оно вызывало обратные изменения. По Лоренцу как раз совершенно понятно, что движение в среде, в эфире, вызывает замедление достижения волнами тех же расстояний. Отсюда логически вытекает предположение, что условия равновесия электромагнитных систем нарушатся. Из этого следует, что размеры могут измениться: именно уменьшится. Из этого следует и всё остальное. По Лоренцу переход из более быстро движущейся системы в менее подвижную сопровождается именно удлинением, уменьшением массы и ускорением времени. Из этого мы видим, что такой переход также не будет замечен и не скажется на законах физики. По Эйнштейну тот же самый переход сопровождается противоположными изменениями, которые также не будут обнаружены. Следовательно, разницу между направлением изменения выявить экспериментально невозможно. Так на основании чего же сделан вывод именно о сокращении, замедлении и утяжелении в каждом случае? В теории Лоренца была своя логика, но в теории Эйнштейна логики, объясняющей такое положение дел, нет. Единственное объяснение состоит в утверждении, что преобразования Лоренца - единственные преобразования, которые сохраняют скорость света постоянной. Но эти преобразования - четная функция по отношению к скорости системы. Следовательно, знак скорости не влияет на результат. Требование симметричности нарушается. Существует не одно, а бесконечное множество преобразований Лоренца, отличающихся выбором покоящейся системы. В частности, можно осуществить такое преобразование на только с уменьшением размеров, но и с увеличением размеров. Если нельзя выделить покоящейся системы, то нельзя и привести аргумента в пользу выбора именно укорочения. Таким образом, тела могут укорачиваться, они могут и удлиняться, важно только, что скорость света остается постоянной. Коль скоро нет возможности предположить, что именно происходит - укорочение или удлинение - не проще ли предположить, что не происходит ни того, ни другого? Не логичнее ли это? Мне могут возразить, что в этом случае не получается объяснения опыта Майкельсона, но это не так.
  Мы уже говорили, что гипотеза Ритца применительно к фазовой скорости объясняет результат опыта Майкельсона. Эта гипотеза имеет достаточно оснований для ее принятия. Теория относительности эту гипотезу эксплуатирует в неявном виде, именно в такой форме, с которой согласиться нельзя, поскольку получается противоречивая, невозможная картина. Согласно теории относительности, скорость света в системе, связанной с источником излучения, не зависит от скорости движения этого источника в среде и равна c во всех направлениях. Если бы было принято уточнение, что здесь речь идет лишь о фазовой скорости, то оказалось бы, что такое предположение ни только не противоречит волновой теории света и наличию среды, но и даже является прямым следствием этих условий. Таким образом, предположение Ритца в отношении к фазовой скорости света снимает необходимость введения изменения масштабов тел, времени и изменения массы, поскольку, во-первых, согласуется и прямо следует из волновой теории света, а во-вторых, объясняет результаты опыта Майкельсона. Все остальные гипотезы оказываются ненужными, парадоксальными и необоснованными нагромождениям дополнительных объяснений для того, что и без этого легко объясняется.
  Если любая из гипотез - Ритца или Лоренца - самодостаточна для объяснения опыта Майкельсона, то зачем привлекать их обе? Но ведь именно это совершено Эйнштейном при создании теории относительности, хотя он этого, возможно, и не подозревал, во всяком случае, не упоминал.
  Ситуация приблизительно такова, как если бы спор дарвиниста с богословом о происхождении человека, некто третейский объяснил бы следующим образом: бог создал человека из обезьяны путём эволюции. Такое объяснение никого не удовлетворит. Эволюция или Бог - самодостаточные версии, а объединение их не нужно, комично. Эти методы давно изгнаны из науки по критерию "бритвы Оккама". Оккам предложил не применять несколько объяснений, когда достаточно лишь одного. Он предлагал считать истинным то, которое проще. Можно согласиться, что у более простого объяснения выше вероятность истинности. В любом случае после выбора одного объяснения, остальные излишни и подчас абсурдны.
  
  ЛОГИКА И МЫСЛЕННЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ: АПРИОРНЫЕ ПРЕДПОЛОЖЕНИЯ
  
  Итак, прежде чем ставить "мысленные эксперименты", целесообразно договориться о следующем:
  1. Мы не ставим под сомнение тот факт, что физические законы подчиняются логике, которая может быть подкреплена некоторой математикой.
  2. Этих логических законов должно существовать как можно меньше, и они должны быть как можно проще.
  3. Не должно быть никаких исключений из этих законов, а имеют право лишь быть условия применимости или не применимости некоторых частных математических соотношений, которые вытекают из всеобщих законов.
  4. Хотя в ходе исторического развития науки зачастую происходит ревизия понятий, она не должна выполнятся в ходе её логического изложения: уточнение понятия допускается, отмена основных свойств - исключена.
  5. Получение парадокса доказывает ложность одной из посылок.
  
  
  НЕКОТОРЫЕ КОММЕНТАРИИ:
  
  Поясним пункты предыдущего раздела.
  1. В рассмотренном отношении математика вторична, логика - первична. В начале мы на основании логических убеждений принимаем, что всякое физическое тело (и не только тело) в своем движении подчиняется некоторым законам, которые могут быть математически описаны, и только уже после этого применяем эти законы. Если мы допускаем, что телом управляет святой дух, то применение математики и логики к движению этого тела абсурдно. Аналогично, если мы считаем, что существует нечто, что выше логики природы и ее законов, то есть Бог, то познавание этого вопроса методами логики - пустая трата времени.
  2. Требование минимальности необходимого количества законов очевидно из примера. Можно сформулировать ряд утверждений: "Камень падает вниз", "Палка падает вниз", "Бутылка падает вниз" и так далее. Но правильнее будет утверждать: "Всякий предмет падает вниз". Ещё точнее утверждение: "Всякий предмет, который тяжелее вытесняемого им газа или жидкости, при отсутствии сторонних сил опускается вниз под действием силы тяжести". Ещё точнее будет утверждение: "тела притягиваются за счет сил гравитации, но на тело, погруженное в жидкость или газ вблизи другого тяжелого тела, действует, кроме того, выталкивающая сила, равная весу вытесненного вещества". Более глобальные формулировки охватывают больше случаев. Логика требует предположения, что физических законов не слишком много. В мире множество веществ, но все эти вещества состоят из одних и тех же элементарных частиц, которые подчиняются одним и тем же законам физики. Требование простоты законов рассмотрено выше.
  3. Требование об отсутствии исключений недоказуемо, но мы используем его, исходя из личного опыта. Человечество не взвешивало всю материю без исключения. Однако ученые могут предположить, что тел с отрицательной массой не существует. Ни в одном опыте не измерялась вся энергия - это невозможно. Но мы убеждены в правильности законов сохранения энергии. Эта убежденность приходит на основании синтеза практики и теории. Она никогда не может быть окончательной. Но чем больше этот закон утвердился во времени (с его открытия) и в количестве реальных примеров, тем выше наша убежденность в его всеобщем значении. Мы можем согласиться, что в каких-то чрезвычайных обстоятельствах известный ранее физический закон оказался несправедливым, но мы не можем согласиться, что он окажется несправедливым в условиях, сходных с теми, в которых он открыт и подтвержден. Таким образом, мы, например, можем признать нарушение физики Ньютона при релятивистских скоростях, или в условиях сверхбольших астрономических расстояний, но мы не должны предполагать, что законы Ньютона не справедливы в условиях Марса, Венеры, Сатурна, или, допустим, созвездия Гончих Псов. Странно было бы предположить, что законы Ньютона были не справедливы миллиард лет до нашей эры, или перестанут быть таковыми через миллиард лет. Столь же нелепо предположение, что Вселенная где-то на окраинах оканчивается. Чем и как она может оканчиваться? Если нет космического пространства, то что есть? Гипотеза ограниченной Вселенной содержит в себе предположение существования того, что не вписывается в известные представления. Эта гипотеза не имеет никаких оснований. Ограниченной может быть комната, остров, планета, галактика, но если мы под Вселенной понимаем всё, что имеется в природе, чем бы оно ни являлось, то утверждение о существовании того, что не является ничем, абсурдно.
  4. По поводу ревизии понятий заметим: такие понятия, как пространство и время в классической физике взяты из естественного ощущения и из геометрии, поэтому им не дано достаточно подробного определения. Такие понятия, как вещество и энергия, определяются в классической физике определенным образом. Если другая область физики вкладывает в эти понятия иной смысл, этот смысл желательно определить на начальной стадии изложения теории, и уже не изменять в ходе этого изложения. Причина этого требования состоит в том, что в противном случае невозможно создать окончательную аксиоматику теории: фундаментальные законы оперируют этими понятиями, и пересмотр их в ходе изложения требует возврата к этим законам. В этом случае возникает дублирование изложения. При формулировании уже сложившейся научной дисциплины дублирование лишь затрудняет понимание и завуалирует проблемы. Сказанное никак не относится к историческому развитию наук: по мере пополнения знаний понятия могут и должны уточняться.
  5. Казалось бы, простое условие: сам мысленный эксперимент проводится исключительно с целью выяснения вопроса: окажутся ли противоречивыми следствия из сделанных предположений? Метод предполагает при получении абсурда необходимость вернуться к исходным положениям и отказаться хотя бы от одного из них. Однако, получения "парадокса" не вызывает таких действий у большинства физиков двадцатого века. Чем же парадокс отличается от абсурда? Почему получение парадокса близнецов не убедило Эйнштейна в ложности его теории? Это - уже само по себе - парадокс, то есть абсурд.
  
  ЗАКЛЮЧЕНИЕ
  
  Возможно, я в чем-то не прав. Но я мыслю.
  Чего и вам желаю. Будьте счастливы.
  
  
  ЛИТЕРАТУРА
  
  [1] Румер Ю.Б., Рывкин М.С. Теория относительности. М., Учпедгиз, 1960. - 212 с.
  
  [2] П. Эренфест. Относительность, кванты, статистика. Сборник статей. М., Наука, 1972.
  
  [3] Материал из раздела "Статьи" сайта http://zhurnal.lib.ru/z/zhmudx_w_a/
  
  [4] http://worldleonard.h1.ru/doc/leonardo/machine_f_06.html
  
 Ваша оценка:

Популярное на LitNet.com Н.Изотова "Ржавчина"(Антиутопия) В.Соколов "Мажор 3: Милосердие спецназа"(Боевик) М.Ртуть "Попала, или Муж под кроватью"(Любовное фэнтези) К.Федоров "Имперское наследство. Сержант Десанта."(Боевая фантастика) В.Тимофеев "История одного лиса"(Уся (Wuxia)) К.Федоров "Имперское наследство. Вольный стрелок"(Боевая фантастика) В.Пылаев "Видящий-5. На родной земле"(ЛитРПГ) С.Волкова "Игрушка Верховного Мага 2"(Любовное фэнтези) Л.Лэй "Пустая Земля"(Научная фантастика) Eo-one "Люди"(Антиутопия)
Связаться с программистом сайта.

Новые книги авторов СИ, вышедшие из печати:
И.Мартин "Время.Ветер.Вода" А.Кейн, И.Саган "Дотянуться до престола" Э.Бланк "Атрионка.Сердце хамелеона" Д.Гельфер "Серые будни богов.Синтетические миры"

Как попасть в этoт список
Сайт - "Художники" .. || .. Доска об'явлений "Книги"