09. 02. Теория относительности

               
                2. Как Природа измеряет длину и время.

Есть весёлый, но с методологической точки зрения очень серьёзный, мультфильм «38 попугаев». В этом мультфильме Мартышка, Слонёнок и Попугай измеряли длину Удава через длину собственного тела. И Удав оказался длиннее всего именно в Попугаях - «тридцать восемь попугаев и ещё одно попугайское крылышко, которое можно не считать».

Спрашивается, какое отношение этот мультфильм имеет к теории относительности. Но вдумчивый читатель поймет: измеряемая величина будет зависеть от величины ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ. Чем меньше единица, тем «длиннее» будет измеряемый объект. Причём речь, конечно же, идёт не о метрах-сантиметрах, как о базовой и производных единицах. Речь идёт о природных эталонах единицы длины и времени. Если для своих измерений человек придумал метр и секунду, то мы имеем полное право спросить, а какие эталоны единиц длины и времени существуют в Природе и как они соотносятся с антропогенными единицами? Насколько антропогенные единицы являются устойчиво производными от природных?

Задавать такой вопрос во времена Ньютона, очевидно, было бы бессмысленно, поскольку основателем классической механики были введены понятия об абсолютном пространстве и абсолютном времени, существующих сами по себе. И которые представляли собой арену, на которой разыгрывается физическое действо. А потому единицы измерения, придуманные человеком, просто не могли иметь альтернативы: они были абсолютно универсальными единицами.

Сегодня, а точнее с конца XIX века, этот вопрос становится непраздным, поскольку наступило понимание того, что пространство и время могут деформироваться, а, следовательно, должны деформироваться и Природные единицы их измерения. Но перед основателем релятивизма такой вопрос не стоял, поскольку он работал не с Природными, а с мысленными объектами, а точнее – с абстракциями, аналогов для которых в Природе не найти.

Для нас сегодняшних, коль скоро мы хотим отойти от абстракций и понять природу относительности, – это острый вопрос. Он вытекает из ПРИНЦИПА ОБЪЕКТИВНОСТИ познания, в соответствие с которым «в теории нет места конструкциям, на которые в Природе нельзя «указать пальцем» или непосредственно, или опосредованно, путём апостериорного (после опыта) логического обоснования.»
 
В основе понимания природных единиц измерения пространства и времени должен лежать неоспоримый факт: «физический мир – это мир фундаментальных взаимодействий. Нет взаимодействий – нет физического мира.» Поэтому пространство и время физического мира это не абсолют Ньютона, а живая ткань, которая создаётся посредством взаимодействий, и редактируется за счёт эффекта Доплера.

Известно, что все взаимодействия в Природе происходят посредством переносчиков, являющихся объектами корпускулярно-волнового дуализма. То есть на роль единиц измерения в Природе претендуют кванты и/или волны этих самых взаимодействий. Не зависимо от вида взаимодействий и формы их описания, все они характеризуются предельной скоростью распространения, равной скорости света в «пустоте» с. Поэтому мы остановим свои рассуждения на электромагнитных волнах, как наиболее доступном и наблюдаемом виде взаимодействия в Природе. Единицы измерения, выраженные через другие взаимодействия, будут иметь характер производных от электромагнитных единиц измерения.

Итак, имеем два взаимодействующих объекта. Каждому из них абсолютно безразлично, на каком расстоянии от него находится оппонент. Более того, каждый из них «понятия не имеет» что кто-то ещё существует, кроме него самого и потока поглощаемых им квантов. Но вот для их состояния совсем не безразлично количество поглощённых квантов – переносчиков взаимодействия.

В отношении фундаментальных потенциальных сил, величина которых зависит от РАССТОЯНИЯ (гравитационные, электромагнитные и низкоэнергетические ядерные), количество поглощаемых объектами квантов - переносчиков взаимодействия, зависит от величины телесного угла Q, величина которого пропорциональна площади нормальной плоскости S, ограниченной контуром поглощающего объекта, и обратно пропорциональна квадрату расстояния между объектами R:

                Q = S/ R^2,

то есть несмотря на «незнание» расстояния одного объекта до другого, объективно, результат их взаимодействия будет зависеть от расстояния между ними. Все кванты, не находящиеся внутри этого телесного угла, улетают «за молоком» и во взаимодействии не участвуют.

Ну, и конечно же, на результат взаимодействия оказывает влияние продолжительность ВРЕМЕНИ воздействия, что не требует доказательства.
А в свою очередь, РАССТОЯНИЕ и ВРЕМЯ взаимодействия определяется природными единицами измерения. Чем больше единицы измерения (Попугай –> Мартышка –> Слонёнок), тем меньше измеряемые величины. В мультфильме длина Удава равнялась 38-ми попугаям, 5-ти мартышкам и 2-ум Слонёнкам.

Как теперь нетрудно догадаться, производной от единицы измерения времени в электромагнитном взаимодействии является период колебания Т, а производной от единицы измерения расстояния - длина волны L. 
К числу констант физического мира относятся параметры (Т и L) спектральных линий атомов и молекул, которые таковыми остаются только в собственных ИСО источников излучений. Об этом мы уже говорили в предыдущей части.

В связи с этим напомним, что на XI (1960 г.) и XIII (1967 г.) Генеральных конференциях по мерам и весам были введены два эталона:

- эталон продолжительности единицы измерения времени (секунды), равный 9 192 631 770 периодам излучения одной из спектральных линий атома цезия-133. Этот эталон действует и по ныне;
 
- эталон длины единицы измерения расстояний (метра), равный 1 650 763,73 длин волн излучения в вакууме, соответствующий оранжевой линии спектра изотопа криптона-86. С 1983 года на XVII Генеральной конференции по мерам и весам этот эталон отменили, и постановили: «Метр — это расстояние, проходимое светом в вакууме за 1/299 792 458 долю секунды.

 Выбор означенных атомов и их спектральных линий в качестве базы для формирования эталонов, конечно же, имеет условный характер, поскольку для этих целей подошла бы любая спектральная линия. Но в данном случае при выборе источников и частот их спектральных линий руководствовались стабильностью межуровневых переходов атомов, высокой точностью в силу узкости (не размытости) их спектральной линии и технологической доступностью.
 
Мы воспользуемся этим подходом и в качестве эталона выберем некоторый единый источник излучения и его спектральную линию, характеризуемую периодом колебаний Tо и длиной волны Lo в собственной ИСО. Тогда связь между антропогенными и природными единицами измерений будет иметь вид

                <сек>о = Nсек * То

                <метр>о = Nм *  Lо,

где <сек>о; <метр>о – продолжительность эталонной секунды, и длина эталонного метра, соответственно, задаваемых через параметры электромагнитных колебаний эталонного, неподвижного источника с собственными параметрами То и Lо.

Nсек и Nм – количество периодов колебаний и количество длин волн в эталонах секунды и метра, соответственно.
 
Последние величины нас будут мало интересовать, поскольку от них требуется только одно – постоянство, что обеспечивается методом задания эталонов единиц измерения.

А природные эталоны единиц измерения Т и L не отличаются постоянством и остаются константами только в собственной ИСО в виде То и Lо.  В связи с этим, и в связи с постулатом Галилея мы можем утверждать, что каждая ИСО имеет одинаковую метрику с единицами измерения То и Lо. Поэтому в каждой ИСО часы будут показывать одно и тоже время, а метр будет иметь одну и ту же длину, и мы не имеем оснований говорить иначе.

А вот в результате относительного движения со скоростью V ситуация меняется. Параметры начинают «плыть» и становятся равными Тv и Lv:

                Тv = То *(1+ z);          (1)
               
                Lv = Lо *(1+ z),               

               
где z – спектральное смещение, равное по определению

                z = (Тv – То)/ То;         (2)
               
                z = (Lv – Lо)/ То.             

               
То обстоятельство, что исходные параметры Tо и Lо при относительном движении «поплывут» и станут равными Тv и Lv, определяемые выражением (1), общеизвестный факт, называемый эффектом Доплера. Но вместе с ними поплывут (должны поплыть) и антропогенные единицы измерения

                <сек>v = <сек>о *(1+ z);             (3)
               
                <метр>v = <метр>о *(1+ z).               
               
               
А вот с утверждением (3) современные физики вряд ли согласятся. Почему? Да потому что для них никогда не стоял вопрос о природных единицах измерения.
Что бы не было в этом отношении вопросов, необходимо понять главное: собственная метрика каждой ИСО То и Lо как была, так и остаётся, поскольку у них нет причинно-следственных связей с относительным движением. И подтверждением этого является постулат Галилея!

А вот относительных движений в Природе бесконечное множество – весь физический мир!  Поэтому, когда мы говорим об изменении метрики до значений Тv и Lv, то речь идёт не о метрике вообще, а о метрике взаимодействующих пар «источник-приёмник» и ни о чём другом. У таких пар в силу относительности движения будет одинаковое спектральное смещение z, и, как следствие, общая метрика их взаимодействия. А в чем её сила? А сила её в том, что при расчётах силовых факторов и кинематических эффектов надо использовать не стандартную метрику ИСО То и Lо, которую в настоящее время используют физики в своих уравнениях, а метрику парных отношений. В обычных условиях разница между этими метриками невелика, но, тем не менее она есть и её надо учитывать, например, в спутниковой навигации и позиционировании.


Но, как показывает опыт, изменение метрики может происходить не только из-за эффекта Доплера вследствие относительного движения. Есть немало природных явлений, которые объясняются изменением природной метрики. При этом необходимо учитывать, что скорость света не только инвариант, то есть одинакова в любой ИСО, но и абсолют, то есть одинакова во все времена, но не относительно, а абсолютно! То есть если изменяется метрика, то локально может изменяться скорость света, но в абсолютном выражении она остаётся одной и той же. Например, период колебаний увеличился в два раза, а длина волны осталась прежней. Расчёты показывают, что скорость света относительно увеличилась в два раза, но если мы придём со своей метрикой, то обнаружим, что скорость света осталась той же самой.

Примеры:

1. Переход света в более плотную среду. Как известно, современная теория утверждает, что скорость света уменьшилась, и появляется угол отклонения. Но проверка показывает, что период колебаний остался прежним, а за счет уменьшения длины волны (единицы измерения длины) у света представление о пройденном пути не совпадает с представлениями внешнего наблюдателя. То есть в силу уменьшения единицы измерения длины в два раза, происходит увеличение пути для света ровно в эти самые два раза. И если построить его прямолинейный путь в своей метрике, то обнаруживается, что в метрике наблюдателя его путь будет короче вдвое и отклонится на некоторый угол. Желающие могут заняться геометрическими построениями и проверить приведенные рассуждения. Причем для разной волны света будет своя единица измерения длины, а это, в свою очередь приводит к разным углам отклонения, зависящей от частоты света, что и наблюдается в Природе.


2. Отклонение луча света в гравитационном поле массивного объекта. Этот процесс Эйнштейн связал с деформацией пространства-времени. В действительности работает предыдущий механизм, только с непрерывным изменением метрики среды и непрерывным изменением угла входа в эту меняющуюся среду. Хотя внешне это похоже на деформацию пространства времени. Это действительно так, но не пространства, связанного с ИСО гравитирующего тела, как считал Эйнштейн, а с метрикой луча.


3. Космологическое красное смещение (ККС). Современная наука объясняет его эффектом Доплера. Но в процессе доказательства в главе 7 о нерасширении Вселенной, было показано, что длина волны от древнего источника не меняется на всём пути её движения вплоть до ока космического телескопа. Наблюдаемое красное смещение z увеличивает единицу измерения времени Т в (1+z) раз, и, следовательно уменьшает продолжительность событий во столько же раз. (вспоминаем измерения Удава). То есть показывает замедление времени в древнем мире. Но, поскольку абсолютная скорость света остаётся неизменной, то скорость света для наблюдателя из замедленного мира увеличится в эти самые (1+z) раз. При этом длина волны для древнего наблюдателя L=c*T увеличится уже в (1+z)^2 раз. Но при попадании в современный мир с уменьшенной единицей измерения времени, длина волны частично отыгрывает, и становится отличной от современной в (1+z) раз. То есть совершив эти логические построения мы приходим к выводу, что для внешнего наблюдателя происходит синхронное изменение метрики пространства, точно такое, как и при эффекте Доплера. Именно отсутствие возможности отличить относительное замедление времени от абсолютного, привело к тому, что за причину ККС приняли разбегание галактик, а не замедление времени в прошлом. Почему происходит замедление времени мы покажем в другой главе, когда предметом исследования будут не средства измерения метрики, а механизмы её изменения.

                (Продолжение следует.)