Теоретическая наука должна основываться на небольшом числе постулатов, а каждый последующий тезис должен выводится из предыдущих на основе законов логики. Эту задачу теоретической физике решить не удалось, но пути ее решения есть [1]. Проверка правильности должна осуществляться экспериментально и трактовка результатов должна быть корректной. Так, например, ошибочно утверждать, что наш личный опыт доказывает то, что не Земля вращается вокруг Солнца, а наоборот: Солнце вокруг Земли. Корректно в данном случае лишь заключение, что наблюдением с Земли невозможно выявить, что неподвижно, а что - подвижно.
Считается, что специальная теория относительности многократно подтверждена экспериментально, поэтому та ее часть, которая не может быть осознана, все же является истинной. Однако тезис о предельном характере скорости материальных объектов не выведен теоретически. Автор указал на то, что при этом основные соотношения теряют смысл. Аналогично, теряет смысл попытка вычислить массу тела, в отсутствие сторонних сил и взаимодействий. Можно показать, что достижение элементарными частицами скорости света не только возможно, но и происходит регулярно, а уравнения не теряют смысл, а просто не применимы для расчетов. Эти соотношения являются граничными условиями существования устойчивых динамических систем.
Этот вопрос в другом месте рассмотрен подробно, но в настоящей статье рассматривается другая проблема. Отказ от 'великого запрета' позволяет по-новому рассмотреть основные положения квантовой теории.
Строгих экспериментальных подтверждений теории относительности нет. Есть лишь априорные сведения о справедливых преобразованиях Лоренца. Только вводимое соотношение между энергией взаимодействия и массой e=mc2 а также прогноз отклонения перигелия Меркурия позволяют говорить об 'экспериментальном подтверждении' теории относительности, но, во-первых, это соотношение впервые получено не Эйнштейном, в теории относительности оно не выводится теоретически и никак не объясняется, во-вторых, количественной проверки его не было осуществлено, в-третьих, оно не универсально: привлекается там, где это удобно, и отбрасывается, когда оно не угодно (какой массе соответствует потенциальная энергия электростатического поля?). Что касается перигелия Меркурия, то, как указывают многие авторы, это явление может быть объяснено и без привлечения теории относительности [2]. Наблюдение двойных звезд и опыт Майкельсона не являются подтверждением теории относительности, поскольку они были известны при ее создании и легли в основу ее постулатов. Сегодня можно создать теорию, объясняющую результаты опыта Майкельсона [3] и наблюдения двойных звезд, а также вывести преобразования Лоренца логическим путем.
Постулаты теории относительности введены для инерциальных систем, хотя невозможно указать ни одной инерциальной системы. Известные нам 'равноправные' системы - не инерциальные, но их движение в поле сил тяготения никак не выявляется экспериментами внутри систем, и этот парадокс не объясняется теорией относительности.
Постулат о предельном характере скорости света не обоснован и не подтверждается экспериментально. Он опровергается множеством экспериментов. Когда след от частицы длиннее, чем произведение времени ее жизни на скорость света, это прямо указывает на то, что ее скорость больше с, но теория дает объяснение этому через парадоксы со временем. Теория относительности не достаточна для описания взаимодействия даже всего двух заряженных частиц: на ее основе невозможно создать модель иона водорода или мюония, т.е. системы из положительно заряженной частицы и электрона. Сегодня можно создать непротиворечивую теорию атома, логично объясняющую ряд наблюдаемых парадоксов.
Квантовая теория также не дает ясности: величина кванта энергии меняется произвольно при переходе от одного атома к другому; даже для одного и того же атома существует множество энергетических уровней, которые отличаются между собой на различные величины, однако, каждому ядру соответствует строго заданный набор энергетических уровней электронных облаков с некоторыми квазиустойчивыми уровнями, объяснения этому факту физика не дает. Квантовая теория не объясняет, как может электрон излучать фотон, если его скорость не может превысить скорость света. Квантовая теория не объясняет, почему в невозбужденном состоянии атомы не излучают электромагнитной энергии, и объяснить это при условии ограниченности скорости электрона невозможно. Квантовая теория не объясняет, почему в ядре атома может быть не произвольное число протонов и нейтронов, а лишь строго определенное, почему некоторые ядра устойчивы, а некоторое - нет, как можно рассчитать период полураспада ядер, почему вероятность падения электрона на ядро практически исключена и т.д. Квантовая теория не может объяснить, как может энергия быть дискретной, и вместе с тем, поглощаться произвольными порциями, ведь для того, чтобы перевести электрон на следующий энергетический уровень не обязательно внести энергию, равную разности этих уровней, атомы способны поглощать тепловую энергию и излучать ее в виде световой, чего квантовая теория, строго говоря, не допускает. Квантовая теория также опровергается эффектом Хаббла (красное смещение света от удаленных источников), а объяснение этого эффекта доплеровским смещением разрушает представления о вечном существовании Вселенной, приводит к парадоксальным теориям о ее зарождении и гибели. Эффекту Хаббла можно найти весьма простое и естественное объяснение, и хотя оно опровергает основной постулат общей теории относительности о постоянстве скорости света, все же напрямую следует из эксперимента, тогда как этот постулат экспериментально опровергается. Можно сделать вывод о том, что в квантовой теории дискретизация энергии при излучении атомов и молекул ошибочно положена в основу строения атома, а следовало его вывести как следствие строения атома. В этом случае необходимо указать иную причину стабильности энергетических уровней электронных облаков. Сегодня это можно сделать.
Одновременное существование волновой и корпускулярной теории света - это отсутствие теории. Отказ от корпускулярной теории требует признания упругой среды - вакуума, в котором может распространяться волна. Принятие корпускулярной теории требует объяснения отсутствия переноса массы при излучении полей. Отказ от среды осуществлен Эйнштейном, поскольку ему требовалось положить в основу теории полное равенство инерциальных систем отсчета, но в этом случае следует отказаться от волновой теории, т.к. волны могут распространяться лишь в среде. Далее развитие теории потребовало возврата к приоритетной системе (предложение Фока), поскольку иначе получается неопределенность в решении даже элементарных задач, связанная с выбором начальных условий. То есть отказ от реального существования упругой среды не обоснован и не осуществлен до конца. Мы можем показать, что он и не требуется: объяснение опыта Майкельсона может быть осуществлено и с позиций классических представлений о правилах сложения скоростей.
Таким образом, существуют четыре теории (специальная теория относительности, квантовая теория, волновая и корпускулярная теория света), которые претендуют на описание процессов, происходящих при излучении атомов и молекул, но ни одна из этих теорий, ни в каком-либо сочетании эти теории не дают объяснений механизмам излучения атомов, не объясняют практически ни одного из известных парадоксальных с позиции этих теорий явлений (отсутствие излучения невозбужденных атомов, спектры излучений, образование молекулярных связей, ядерные реакции распада и синтеза). Все сведения в этой области - результат экспериментов. Теоретическая физика превратилась в коллекционирование все новых и новых фактов и подбору уравнений, практически ничего не объясняющих в общем виде, и не имеющих простого решения в силу непомерного разрастания математических соотношений даже при мало-мальски сложном взаимодействии. Теория и уравнения существуют, как бы сами по себе, а экспериментальный материал - сам по себе.
Выход из кризиса - новая теория.
Теория, которая объясняет хотя бы только стабильность энергетических уровней атома и отсутствие излучения невозбужденных атомов и молекул, является намного более продвинутой, чем все прочие, и такую теорию можно создать [4].
Для этого следует:
1. Отказаться от недоказанных положений теории относительности о предельном характере скорости света.
2. Трактовать дальнодействие как результат решения дифференциальных уравнений, описывающих близкодействия по области пространства, где учтена конечность скорости распространения волны, в связи с чем время в подынтегральной функции имеет запаздывание.
3. Использовать аппарат анализа устойчивости замкнутых динамических систем (теории автоматики), поскольку при взаимодействии движущихся заряженных частиц имеется отрицательная обратная связь, проявляющаяся тем сильнее, чем ближе находятся эти частицы; условия устойчивости движения нарушаются при сильном сближении.
В результате анализа корректности рассуждений при создании специальной теории относительности, можно утверждать, что выявленная в опыте Майкельсона и в наблюдении двойных звезд инвариантность результатов измерения скорости света в единицах длины физических объектов по отношению к выбору системы отсчета объясняется без привлечения постулата о ее постоянстве. Кроме того, для схемы опыта Майкельсона она имеет место не только в вакууме, но и в среде, что противоречит теории относительности, с учетом эффекта Физо, но следует из экспериментов. Хотя средняя скорость света в вакууме по замкнутому пути измеряется относительно геометрических размеров твердых тел как неизменная, это не исключает того, что скорость света в подвижной системе во встречных направлениях различна: в направлении, совпадающем с направлением скорости системы она уменьшается, в противоположном - увеличивается. Аргументация в пользу положений теории относительности достаточно слаба, как мы увидим далее, поэтому:
1. Время - абсолютная мера скорости протекания физических процессов, не зависящая от выбранной системы отсчета.
2. Пространство должно рассматриваться как абсолютная система отсчета для измерения протяженности и расстояний, однородная во всех направлениях, поскольку принципиальная неотличимость неподвижной системы от подвижной дает на то основание. Открытие способа выявления движения материи относительно эфира потребует учета этого движения, но лишь в тех задачах, где оно проявляется.
3. Для каждого класса взаимодействий может быть выбрана инерциальная система отсчета, в которой скорость движения вакуума во всех направлениях без потери общности проявления физических законов может быть принята равной нулю. Уравнения движений в этой системе под действием указанных взаимодействий получаются наиболее простыми.
4. Скорость распространения электромагнитного поля в вакууме в системе по п.3. может быть принята постоянной, не зависящей от скорости источника поля и равной с.
5. Геометрические размеры реальных физических тел, составляющих их молекул и атомов, траектории орбит астрономических и прочих объектов, движущихся под действием гравитационных и электромагнитных сил инвариантны к выбору системы координат.
6. Правило преобразования скоростей подчиняется принципу Галилея, оно обратимо, поскольку учитывает знак.
7. Инвариантность результатов измерения скорости света в единицах длины физических объектов по отношению к выбору системы отсчета объясняется одинаковой зависимостью от скорости системы в вакууме следующих величин:
- Действующих на тела гравитационных сил,
- Сил кулоновского взаимодействия,
- Сил самоиндукции и прочих сил электромагнитной природы,
- 'Сил автогравитации', то есть 'коэффициента при силе инерции', то есть массы.
8. Размеры устойчивых орбит элементарных частиц определяются условиями автоколебательного режима и, могут быть рассчитаны с помощью математического аппарата теории нелинейных динамических систем с обратными связями, если:
- учесть конечную скорость распространения волны полевого взаимодействия, вносящую запаздывание в отрицательную обратную связь при малых расстояниях и относительно больших скоростях этих частиц, соизмеримых со скоростью распространения взаимодействия,
- допустить достижение частицами скоростей, превышающих скорость света,
- установить, что при скорости частицы, равной скорости света сила полевого взаимодействия становится равной нулю, а при большей скорости меняет знак на противоположный (поскольку частица обгоняет собственное поле),
- допустить, что при совместном решении всех дифференциальных уравнений, описывающих движение частиц, сближение может быть неустойчивым (т.е. автоколебательное движение около центра равновесия).
9. Проявления квантовой природы света связаны с квантовым характером испускания энергии атомами и молекулами вследствие дискретности значений энергий, связанных на стационарных орбитах и высвобождаемых (или поглощаемых) при переходе с одной орбиты на другую. Эта дискретность есть свойство источников излучения и не является необходимым и неотъемлемым свойством порции передаваемой энергии, представляющей собой волну полевого взаимодействия, распространяющуюся в вакууме как в упругой среде. 'Квант' энергии может быть разделен на порции, его энергия может быть поглощена частями.
10. Инерционность вакуума к передаче волны настолько незначительна, что не проявляет себя в рамках экспериментов в Солнечной системе. Затухание световой энергии в пространстве проявляет себя на сверхбольших расстояниях и известно из астрономии как 'красное смещение' (Эффект Хаббла). Так называемое 'расширение вселенной', или 'разбегание галактик' не имеет места.
11. Материальные тела, включая элементарные частицы, могут при определенных условиях развивать скорости, превышающие скорость света в вакууме. Это явление не может быть зафиксированным непосредственно с помощью измерительных средств, использующих информацию, распространяющуюся с конечной скоростью, равной скорости света. Однако, если учесть ошибку в определении траекторий частиц и определить 'истинные' траектории и скорости через наблюдаемые и зафиксированные траектории и скорости путем обратного пересчета, учитывающего конечную скорость распространения поля и получения информации об его источнике, ряд хорошо известных явлений может быть объяснен более просто с допущением того, что скорости некоторых частиц могут превышать скорость света. Например, протяженность траектории, превышающая произведение времени жизни частицы на скорость света, объясняется не замедлением времени в системе, связанной с частицей, а более высокой ее скоростью. При этом наблюдаемое время жизни действительно оказывается большим, чем характерное, однако, это объясняется тем, что полевое взаимодействие от частицы продолжает проявляться как существующее и после того, как частица распалась, поскольку волна полевого взаимодействия продолжает распространяться.
Мы дополнительно подчеркиваем, что только в совокупности эти тезисы могут составлять теорию. Отказавшись, например, от предположения зависимости геометрических размеров от скорости света, мы неминуемо возвращаемся к ее постоянству и предельному характеру, либо должны вступать в противоречие с известными результатами науки и практики, снятие требования квантового характера света вплотную увязано с введением квантового характера зарождения света при излучении вследствие собственных резонансных свойств молекул и атомов, являющихся следствием решения уравнений динамики не минимально фазовых системы с обратными связями, и т.д. Результаты измерения скорости электромагнитного поля в одном направлении, предположительно, не должны быть инвариантны к выбранной системе отсчета. Однако, до настоящего времени таких экспериментов не было осуществлено, поскольку исследовались результаты проявления изменения скорости в двух или более взаимно встречных направлениях по отношению к геометрическим размерам реальных физических объектов.
ЛИТЕРАТУРА:
1. А.М. Жмудь. О возможности информационного подхода к анализу полевого взаимодействия движущихся материальных тел, ч.1. -Новосибирск, Сб. научных трудов Новосибирского гос. техн. университета, 1997, ?3(8), с.145-152, ч.2. - Сб. научных трудов НГТУ, 1997, ?4(9), с.143 -150.
2. Л. Бриллюэн. Новый взгляд на теорию относительности. Пер. с англ. К.А. Пирагаса, под ред. Акад. АН УССР А.З. Петрова - М.: Мир, 1972.
3. Б. Джефф. Майкельсон и скорость света. М.: изд-во иностр. лит-ры, 1963.