Проблематика постулатов теории относительности

Проблематика постулатов теории относительности.
Попов В.П., Крайнюченко И.В.
Известно, что различные теоретические построения должны опираться на достоверные факты. В геометрии таковыми считаются аксиомы, а в теоретической физике – постулаты. Если логичные рассуждения исходят из ошибочных постулатов, то и модель, построенная на их основе, будет ложной.
В основу специальной теории относительности (СТО) Эйнштейна положены два основных постулата: «принцип относительности» и постоянство скорости света в вакууме. Эти постулаты до сих пор остаются предположениями, допущениями, но за 100 лет успели превратиться в неоспоримые догмы, поддерживаемые деспотизмом многих известных авторитетов. Однако из истории науки известно, что любые теории неизбежно подвергаются ревизии, потому, что истин в последней инстанции не существует. В настоящей работе проводится ревизия основных постулатов СТО.
Принцип относительности, положенный в основу СТО, первоначально был сформулирован Галилеем. Затем Пуанкаре сформулировал его следующим образом. «Согласно принципу относительности законы физических явлений должны быть одинаковыми для неподвижного наблюдателя и для наблюдателя, совершающего равномерное, поступательное движение, так, что мы не имеем никакого способа определения, находимся мы в подобном положении, или нет» . Другими словами отрицается возможность отличить покой от движения, находясь в изолированной инерциальной системе (следует напомнить, что инерциальным называется поступательное движение по инерции, без ускорения).
В движущемся транспорте мы постоянно испытываем силы инерции, что является источником информации о движении. В инерциальном движении и полном покое силы инерции отсутствуют, поэтому отличить покой от движения по этому признаку не так просто. Объективно описать траекторию движения объекта, относительно какой – либо точки отсчёта, может только сторонний наблюдатель. Можно показать, что «инерциальное движение» даже с точки зрения внешнего наблюдателя встречается исключительно редко. На земле, воде и воздухе любое движение испытывает сопротивление, торможение, поэтому не является инерциальным. Спутник, вращающийся вокруг Земли, испытывает радиальное ускорение и торможение космической среды, поэтому это движение не является инерциальным, хотя сила тяжести на спутнике не ощущается.
Допустим, что некоторый объект движется относительно наблюдателя прямолинейно и без ускорения (инерциально). Вообразим поезд, идущий параллельно платформе. Человек (Ч) на платформе лазерным дальномером определяет расстояние до машиниста поезда по схеме рис.1.
Другой человек Ч1 находится на рельсах и также отслеживает движение поезда. Поезд двигаясь инерциально относительно Ч1, перемещается по ряду точек, А, В, С, Д и т.д.

Рис.3. Схемы относительного движения
Однако между человеком Ч и машинистом относительное расстояние за каждую секунду сокращается нелинейно потому, что отрезки АЧ-ВЧ>ВЧ-СЧ>СЧ-ДЧ. Таким образом, скорость поезда относительно Ч непостоянная, имеет место замедление. В точке Д замедление на мгновение прекращается, а затем начинается ускоренное удаление поезда. Итак, кроме Ч1 все остальные наблюдатели будут регистрировать не инерциальное движение. Как видно, инерциальное движение явление исключительное.
Но и по линии АЧ1 движение инерциальным можно считать весьма условно, т.к. Вселенная не существует без гравитации, а гравитационные силы препятствуют инерциальному движению. Объекты, от которых удаляется система, будут замедлять её скорость, а к которым она приближается – ускорять. Чтобы сохранить неизменную скорость и прямолинейность движения такой объект должен работать двигателями, которые будут включаться (выключаться) каким – либо автоматом. Несмотря на то, что относительно внешнего наблюдателя объект движется равномерно и прямолинейно, работа двигателя свидетельствует о не инерциальном движении. Кроме того, «вечных двигателей» не существует, источник энергии истощится и начнётся движение с ускорением. В этом случае даже внутренний наблюдатель почувствует движение.
Итак, модель изолированной инерциальной системы разработана для идеального пустого пространства, не оказывающего сопротивления движению тел. Пространство, без гравитации – это пространство без вещества . Такая модель может существовать только в мыслях, и не адекватна реальности. Однако, если Вселенная является целостной системой, то полной изоляции между её частями быть не может и полностью изолировать объект от взаимодействия с окружающей средой невозможно. Поэтому в реальности наблюдатель, находящийся внутри объекта, всегда можно найти способ отличить движение от покоя.
Принцип относительности был бы справедлив, если бы в природе существовали системы полностью изолированные от среды. Наука прошлого века верила в этот миф. Например, классическая термодинамика 19 века многие свои теории построила для изолированных систем . Теория относительности также оказалась не свободной от этой иллюзии.
Поэтому Эйнштейн, не сомневаясь, распространил принцип относительности и на системы, движущиеся с ускорением (принцип эквивалентности). Действительно, в некоторых ситуациях внутренний наблюдатель системы, движущейся с ускорением, может испытывать трудности в оценке своего состояния. В качестве примера обычно приводится «лифт Эйнштейна». Если на лифт не действует гравитационное поле Земли, то он не движется, и все предметы в нём становятся невесомыми. Однако, если лифт под действием гравитационного поля свободно падает с ускорением, то предметы в нём также становятся невесомыми. Поэтому в этих ситуациях взвешивание предметов не позволяет отличить покой от движения. Однако такая ситуация не может продолжаться бесконечно долго, ибо «лифт» рано или поздно упадёт, и движение станет очевидным. Кроме того, лифт можно оборудовать датчиком напряжённости магнитного поля в окружающей среде. Постоянная напряжённость магнитного поля будет свидетельствовать о покое, а изменение напряжённости - означать движение лифта относительно поля. Итак, принцип эквивалентности не подтверждает принцип относительности.
По современным представлениям Вселенная материальна, вещественна, «пронизана» гравитационными и электромагнитными полями, потоками нейтрино. Потоки нейтрино и гравитационные поля свободно проходят через любые оболочки. В такой Вселенной равномерное и прямолинейное движение возможно только с помощью двигателей. Внешний наблюдатель, не зная о существовании двигателей, такое движение может принять за инерциальное. Но внутренний наблюдатель с помощью гравитометра и магнитометра способен отличить движение от покоя. Изменчивость показаний приборов будет свидетельством движения объекта. Неизменность показаний гравитометра может быть следствием или покоя, или движения по эквипотенциальной орбите (как спутник вокруг Земли). Уточнить состояние объекта можно показаниями магнитометра. Если напряжённость магнитного поля в пространстве постоянная, то объект покоится, если изменяется, то объект, так или иначе, движется. Если объект для изоляции помещён в магнитный экран и магнитное поле не проникает внутрь, то датчик можно встроить в толщу экрана и задача будет решена.
В качестве индикатора состояния объекта типа «спутник» можно использовать также часы. В этом случае все внутренние часы, работающие на энергии гравитации (маятниковые, песочные) перестанут показывать ход времени. Будут идти пружинные, кварцевые и атомные (цезиевые), часы. Таким образом, в реальном мире всегда можно найти способ отличить покой от движения.
Известно, что Земля движется со скоростью 30 км/с вокруг Солнца, но при этом человек как бы не замечет скорости Земли. Однако биологические процессы организма хорошо синхронизованы с суточными и годовыми циклами, следовательно, подсознание «чувствует» движение планеты. Чувствительные приборы также могут регистрировать приливные силы, вызванные влиянием Луны и Солнца, что опровергает принцип относительности. Итак, некорректность принципа относительности для реальной Вселенной делает многие мысленные эксперименты Эйнштейна не адекватными действительности.
Постулат о постоянстве скорости света в пустоте (космическом вакууме) является вторым постулатом теории относительности. «Никакое возмущение не может распространяться быстрее света». «Электромагнитные волны всегда движутся с постоянной скоростью» независимо от ориентира для отчета». «Скорость света от приближающихся или удаляющихся звезд измерена с высокой точность и является константой» . Таковы категорические утверждения известных учёных. Однако любые категорические утверждения заведомо ложны, в том числе и постулат о константности скорости света. Рассмотрим источник веры в постоянство скорости света в вакууме и невозможности движения быстрее света.
Свет – это электромагнитная волна, способная распространяться в вакууме. Другой моделью света являются вечно движущиеся фотоны, не имеющие массы покоя. Они движутся с постоянной скоростью без замедления и ускорения. Классическое сложение скоростей V1+V2=V3 справедливо только в том случае, если соблюдается закон инерции Ньютона. Все объекты классической механики обладают массой (мерой инертности тела). Камень, брошенный с автомобиля в направлении движения, летит относительно земли со скоростью, равной сумме скоростей автомобиля и камня. Зависимость V+C=C указывает на отсутствие инерциальной массы у фотона. Если бы фотон обладал инерцией, то он должен был плавно разгоняться до скорости света и тогда c const.
Таковы современные представления о природе света, хотя никто не исследовал «стартовое» ускорение фотонов и не известно, за какое время (t) они набирают максимальную скорость. Будем считать, что t=0. Это замечание имеет важное последствие. Следствие теории относительности о замедлении хода времени и сокращение длины быстро движущихся объектов обычно иллюстрируются мысленными экспериментами со световыми часами, находящимися в «поезде Эйнштейна» (рис.2).

Рис.2. «Механизм» световых часов.
Световыми часами являются ритмичные колебания луча светах между двумя движущимися зеркалами А и В (жирные линии). Независимо от движения «поезда Эйнштейна» априори предполагается, что фотон всегда будет следовать траектории А - В – А1. Длительность прохождения этой траектории принимается за один «тик» часов. Чем быстрее движется поезд, тем больше становиться угол АВА1. Но как луч «знает», под каким углом отразиться, чтобы попасть в нижнее зеркало и снова вернуться обратно?
Если вместо фотона между зеркалами заставить двигаться какую – либо массивную частицу, например, электрон, или протон, то объяснение существует. Массивная частица движется от верхнего зеркала к нижнему со скоростью V1 и одновременно по инерции со скоростью V0 перемещается в направлении движения вагона. Это обеспечивает «автоматическое» пересечение траекторий частицы и зеркал.
Однако мысленный эксперимент со световыми часами явно не учитывает обстоятельства, что фотон не имеет массы покоя, поэтому на него не действуют силы инерции, следовательно, V0=0. Пока фотон достигнет уровня зеркала «В» последнее «уедет» вправо вместе с вагоном. Фотон не отразится от нижнего зеркала и «часы» остановятся. Итак, в движении световые часы работать не могут.
Эксперименты с движущимися световыми часами в реальности никогда не проводились из – за невозможности достичь субсветовых скоростей. Поэтому мы вправе сомневаться в корректности приводимых в литературе аналогий и сделанных на их основе выводов о замедлении хода времени в движущемся объекте. Если эксперимент с движущимися световыми часами осуществим, тогда следует признать наличие инерционной массы у фотона, отказаться от постулата неизменности скорости света в вакууме и подвергнуть ревизии теорию относительности Эйнштейна.
Максвелл первым осознал, что свет является электромагнитной волной, распространяющейся в гипотетическом эфире. Известно, что скорость распространения электромагнитных волн зависит от свойств среды (с = 0 0). Где 0 – магнитная проницаемость вакуума. 0 –диэлектрическая проницаемость вакуума. Эмпирически уравнения Максвелла безупречно подтверждаются .
Следует обратить внимание на то, что скорость света эмпирически определена для «ближнего» вакуума солнечной системы, т.е. на Земле. Но из этого не следует, что в необъятных просторах настоящей и прошлой Вселенной 0, 0 и скорость света всегда постоянные. Солнечная система занимает ничтожный объём даже в границах нашей галактики, поэтому необоснованно распространять её современные параметры на всю прошлую и настоящую Вселенную. Опыты де Ситтер по определению скорости света, испускаемого далёкими звездами нашей галактики, не опровергают высказанную точку зрения. Эти опыты показали, что скорость света от удалявшейся звезды не отличалась от скорости света приближавшейся к Земле звезды, т.е. V+C=C и V-C=C. (V – скорость движения звезды). Какая скорость света была «там», неизвестно, но около Земли она соответствовала «стандартному» значению 300000км/с.
Существуют сомнения в постоянстве скорости света в пределах видимой части Вселенной, т.к. физический вакуум может находиться в различных фазовых состояниях6, а скорость света должна зависеть от состояния вакуума.
Очень вероятно, что скорость света изменяется вместе с расширяющейся Вселенной. В начальной стадии плотность вещества Вселенной была очень высокой. Модель «инфляционной» Вселенной Алана Гута предполагает внезапное расширение, что привело к резкому понижению плотности, изменению фазового состояния вакуума, следовательно, изменению скорости света. Если модель Гута справедлива, мы имеем прецедент существования процессов, намного превышающих скорость света. Всего за 10-32с Вселенная «раздулась» до современных размеров. При скорости 300000км/с свет может преодолеть такие расстояния за миллиарды лет.
Спустя 10 – 15 млрд. лет расширения Вселенная приобрела ячеистое строение. Вокруг реликтовых суперструн, которые остались от первичного сверхплотного вакуума, конденсировались скопления галактик . Свет, идущий миллиарды лет от далеких галактик, может пересекать зоны вакуума различной плотности, при этом неоднократно изменять свою скорость, но около Земли двигаться со скоростью 300000 км/с.
Вселенная продолжает расширяться, что может сопровождаться изменением мировых констант. В работе Демьянова В.В. сообщается, что американские ученые заметили изменение мировой константы =е2 /с в восьмом знаке после запятой, произошедшее за несколько сот лет. Если это сообщение подтвердится, то с мировыми константами придётся распрощаться .
До появления теории относительности считалось, что электромагнитные волны распространяются в эфире. Требовались опыты, экспериментально подтверждающие существование эфира. Майкельсон и Морли измеряли скорость света, испущенного земным источником, по направлению и против направления движения Земли и показали, что С = const. Свет не «чувствовал» движения Земли через эфир. Однако эти опыты и не могли определить существование эфира . Они свидетельствовали только о том, что скорость распространения фотонов не зависит от скорости источника света (скорости Земли). Аналогично скорость звука в воздухе от удаляющегося и приближающегося самолета одинакова и определяется упругостью воздуха. Если скорость звука или света измерять в воздухе и воде, то в воде значение скорости будет выше в несколько раз. Таким образом, скорость волны определяется свойствами среды, по которой она распространяется.
Даже в рамках СТО постулат о неизменности скорости света не является абсолютным. Исследователь уравнений СТО Логунов А. Л. показал, что в инерциальной системе неизменность скорости света в прямом и обратном направлении доказать нельзя. «Постулат постоянства скорости света имеет смысл только для инерциальных систем» . Выше мы доказали, что инерциального движения не существует. Следовательно, для неинерциальных систем постулат о постоянстве скорости света является объектом веры.
Ещё одним аргументом, «доказывающим» невозможность достижения скорости света, считается релятивистское уравнение Лоренца m1=m0/1-V2/C2, согласно которому, при увеличении скорости движения масса тела возрастает и достигает бесконечности при V=C . По мере возрастания массы требуется дополнительная энергия для преодоления сил инерции. В пределе энергия достигает бесконечности, что абсурдно. Подвергнем критике эту логику.
Если верны уравнения движения классической механики, то Vt = V0 + аt; (V0 – начальная скорость; Vt - скорость в момент t; а – ускорение). F = am (F - сила, m - масса). Тогда Vt =V0 + (F/m) t. При любом малом значении F/m, чтобы сохранить постоянство или рост Vt можно увеличить t. Получается, что рост релятивисткой массы можно компенсировать длительностью разгона движущегося тела. При бесконечном времени разгона скорость света может быть достигнута, но при этом масса станет бесконечной. Появление бесконечностей указывает на ограниченность применения указанного уравнения. Барашенков В.С считает, что уравнения Лоренца могут оказаться не верными вблизи скорости света.
Известны также загадочные опыты Алена Аспеко, в которых два фотона «близнеца» разлетались в противоположных направлениях. Попытки влиять на поведение одного из фотонов приводило к синхронным изменениям другого фотона, как будто фотоны связаны невидимыми связями, скорость взаимодействия которых существенно выше скорости света .
Идею тахионов, частиц движущихся быстрее света, развил физик Я.П. Терлецкий. Опыта с ливнями космических лучей зафиксировали сигналы, обгоняющие поток частиц, движущихся со скоростями близкими к скорости света . Такие эксперименты можно объяснить двояко, в том числе исходя из гипотезы сверхсветовых скоростей. Но, следуя принципу Оккама, научная общественность отсекает новые сущности, если можно найти объяснение в рамках господствующей теории.
Серия работ астронома Козырева Н.А. показала, что от каждой звезды в объектив телескопа попадают несколько лучей. Быстрее света приходил луч неизвестной природы, который проникал через толстый экран, изменял электрическое сопротивление датчика. Этот луч Козырев Н. А. отнес к лучам времени (темпоральный луч) . Объяснить этот эффект до сих пор не удаётся, хотя эмпирически он достоверно подтверждён Новосибирскими учёными. Уникальные опыты Козырева наводят на мысль о неоднородности космического пространства, о наличии анизотропной структуры, проводящей волны с разной скоростью.
Как видно, постулаты Эйнштейна о постоянстве скорости света и принцип неопределённости не имеют надежного подтверждения ни теоретически, ни эмпирически. Этот факт делает СТО и ОТО не теориями, а гипотезами. Свет также не является идеальным инструментом изучения Мира.