Невозможность объяснения наблюдений Ремера преобра

Невозможность объяснения наблюдений Ремера преобразованиями Галилея и Лоренца.

РАСЧЕТЫ И ОБОСНОВАНИЕ НЕВОЗМОЖНОСТИ ОБЪЯСНЕНИЙ НАБЛЮДЕНИЙ РЕМЕРА  ПРЕОБРАЗОВАНИЯМИ ГАЛИЛЕЯ И ЛОРЕНЦА.  г. Минск.

Определение пространственных и временных преобразований для покоящихся и движущихся друг относительно друга с относительно малыми и субсветовыми скоростями систем отсчёта, является ключевым вопросом физики и астрономии.

Впервые острая необходимость в указанных выше преобразованиях появилась в XVII веке после того как датский астроном Алеф Рёмер (1644-1710), исследуя движение открытых в 1610 году Галилео Галилеем спутников Юпитера, обнаружил что точность предсказания времени наступления их затмений, колеблется в пределах, достигающих десятков минут.

22 ноября 1675 года в Париже, Рёмер и Кассини представили открытие, что в соединении, когда Земля и Юпитер наиболее удалены друг от друга, моменты затмений спутника Ио запаздывают почти на 22 минуты относительно моментов, рассчитанных для противостояния, когда Юпитер находится на наименьшем удалении от Земли.

Рёмер объяснил эту кажущуюся неравномерность обращения спутника Ио вокруг Юпитера конечностью скорости распространения света, которому потребовалось дополнительно 22 минуты для прохождения, увеличившегося на диаметр земной орбиты расстояния между Землёй и Юпитером.

Одновременно Ремером и Кассини были обнаружены отклонения периодов спутников Юпитера от средних значений, достигающие у спутника Ио максимальных величин, равных примерно 15 секунд, которые, несмотря на казалось бы очевидную причину их образования, к сожалению, так и не были связаны с конечностью и постоянством скорости распространения света и изменениями расстояния между Землёй и Юпитером, но уже не на диаметр земной орбиты, как раньше, а на какие-то меньшие величины, значения которых определяются длительностью периодов спутников Юпитера и скоростями движения Земли и Юпитера друг относительно друга.

Размышляя над причинами почему этого не произошло, я решил повторить те же расчёты, которые проделал Рёмер, также считая периоды спутников Юпитера идеальными модуляторами, и исходя сначала из предположения, что свет распространяется мгновенно, а затем предположив, что скорость света - константа - величина не зависящая ни от скорости движения источника света, ни от скорости движения наблюдателя, что справедливо, единственно, для волновой теории распространения света, предполагающей обязательное наличие абсолютной системы отсчёта - среды, в которой распространяется свет и относительно которой движутся рассматриваемые нами системы отсчёта - Земля и Юпитер.

Кроме того, в проделанных мной расчётах учтено так же, что часы, по которым Рёмер и Кассини измеряли начала затмений спутника Ио, имели точность хода, равную 1,86*10-5 секунды.  А именно 322 секунды за половину синодического периода обращения Земли относительно Юпитера, вместо необходимой минимальной точности хода часов, равной 5,79*10-8 секунды, что явилось причиной ошибки при измерении скорости света Ремером и Кассини, достигающей 25%.

Таким образом, с учётом приведенных выше рассуждений, можно с достаточной степенью уверенности утверждать, например, что 6 января 1675 года в 3 часа 13 минут 37 секунд - во время, которое было принято за нулевой отсчет. Земля и Юпитер находились на минимальном расстоянии друг от друга и что именно в этот момент Рёмер и Кассини наблюдали начало затмения спутника Ио.

Начало последующего, - первого после нулевого, - затмения спутника Ио Рёмер и Кассини могли наблюдать в этом случае 7 января 1675 года в 21 час 40 минут 59 секунд, то есть, через 152842 секунды после нулевого отсчета.

Предположив, что спутники Юпитера - идеальные модуляторы, а свет распространяется мгновенно, можно также рассчитать, например, что 49-е затмение Ио начнется 8 апреля 1675 года в 19 часов 34 минуты 35 секунд.  Во время, когда Земля с максимальной скоростью будет удаляться от Юпитера, а расстояние между ними увеличится на 0,439 диаметра земной орбиты (согласно современным измерениям, примерно на 131238500 км). И что последующее 50-е затмение спутника Ио начнется 10 апреля 1675 года в 14 часов 1 минуту 57 секунд, когда расстояние между Землей и Юпитером увеличится еще примерно на 4168100 км.

Можно рассчитать, что 113-е затмение спутника Ио произойдет во время, когда Земля удалится от Юпитера на максимальное расстояние, равное диаметру земной орбиты, и начнется 31 июля в 0 часов 46 минут 3 секунды. А последующее, 114-е затмение спутника Ио начнется 1 августа в 19 часов 13 минут 25 секунд.  И что Земля в этот момент уже будет не удаляться, как раньше, а приближаться к Юпитеру с минимальной скоростью. Из-за чего расстояние между Землей и Юпитером уменьшится, по сравнению с максимальным расстоянием на примерно 25200 км.

Можно также рассчитать, что 176-е затмение спутника Ио начнётся 19 ноября 1675 года в 11 часов 30 минут 9 секунд, когда Земля с максимальной скоростью будет приближаться к Юпитеру, а расстояние между ними уменьшится до величины, равной 0,46 диаметра земной орбиты (примерно 137326000 км). И что начало 177-го затмения Ио произойдет 21 ноября 1675 года в 5 часов 57 минут 31 сек., когда расстояние между Землей и Юпитером уменьшится еще примерно на 4178400 км.

Что 225-ое затмение спутника Ио начнётся 14 февраля 1676 года в 3 часа 51 минуту 7 секунд, когда расстояние между Землей и Юпитером снова станет минимальным. А начало 226-го затмения Ио произойдет 15 февраля 1676 года в 22 часа 18 минут 29 секунд, когда расстояние между Землей и Юпитером уже снова увеличится примерно на 20000 километров. И так далее.

Тем не менее, если бы мы стали производить измерение моментов начала затмений спутника Ио с уже действительно доступной нам точностью, равной примерно 1 секунде за синодический период обращения Земли относительно Юпитера. То наши расчеты подтвердились бы, как и раньше, для 0-го и 1-го и дополнительно ещё для 225-го и 226-го затмений спутника Ио. Что касается остальных расчетов, то все они оказались бы также ошибочными.

Потому, что 49-е затмение спутника Ио началось на 438 секунд, а 50-е затмение Ио на 452 секунды позже расчётного. Тогда как 113-е затмение Ио началось на 998 секунд позже (в справочной литературе, теперь уже по известной нам причине, с именем Рёмера упоминаются 22 минуты, то есть 1320 секунд) вычисленного момента.

А 114-е затмение спутника Ио хоть и произошло через 152842 секунды после 113-го, как и предполагалось, но началось, как и 113-е, на 998 секунд позже расчетного, а именно, 1 августа 1675 года в 19 часов 30 минут 3 секунды. Начало 176-го затмения спутника Ио произошло на 458 секунд, а начало 177-го затмения спутника Ио на 444 секунды позже ожидаемого времени. И только, как уже было сказано, для 225-го и 226-го затмений спутника Ио начало расчетного времени будет совпадать с измеренным временем.  Разумеется, все это будет происходить, с учётом возросшей точности измерения, равной раньше как мы знаем 1 секунде.

Пытаясь объяснить, почему расчетное время не совпадает с измеренным временем, можно рассудить, что все становится на свои места, если отказаться от утверждения, что свет распространяется мгновенно. И предположить, что свет распространяется с конечной и постоянной скоростью, которая не зависит от скорости движения Земли и Юпитера,  то есть - систем отсчёта с источниками информации и наблюдателями.

В таком случае, становится понятно не только почему 113-е затмение спутника Ио, когда расстояние между Землёй и Юпитером увеличится на диаметр земной орбиты, наступает на 998 секунд позже расчетного времени. Но становится понятным также и то, почему 114-е затмение спутника Ио наступает после 113-го затмения Ио, равно как и 1-е затмение Ио после 0-го затмения Ио, когда расстояние между Землёй и Юпитером почти не изменяется, строго через 152842 секунды.

Тогда как 50-е затмение спутника Ио наступает после 49-го затмения Ио, когда расстояние между Землёй и Юпитером за это время увеличится на 4168100 км., не через 152842 секунды. Как это имело место для рассматриваемых выше случаев, а на 14 сек. позже, то есть, через 152856 сек. Равно как и то, почему 177-е затмение спутника Ио, начинается после 176-го затмения, когда расстояние между Землёй и Юпитером уменьшится на 4178400 км., на 14 сек. раньше, то есть через 152828 сек.

Таким образом, из приведенных выше наблюдений можно сделать вывод, что когда расстояние между Землей и Юпитером за время, равное периоду обращения Ио вокруг Юпитера, остается постоянным ( , или изменяется в пределах ошибки измерения). То измеряемый земным наблюдателем период обращения спутника Ио вокруг Юпитера будет точно таким же, как и измеряемый наблюдателем, находящимся на Юпитере, несмотря на то, что информация о начале затмений спутника Ио будет поступать к наблюдателю на Земле не мгновенно, а через время, равное  .

Когда же расстояние между Землей и Юпитером за время, равное периоду обращения спутника Ио вокруг Юпитера будет изменяться, то измеряемый земным наблюдателем период обращения спутника Ио, уже будет отличаться от периода Ио, измеряемого наблюдателем, находящимся на Юпитере.

Так, если расстояние между Землей и Юпитером будет увеличиваться, то измеряемый земным наблюдателем период обращения спутника Ио вокруг Юпитера, увеличится. И наоборот, если расстояние между Землей и Юпитером будет уменьшаться, то измеряемый земным наблюдателем период спутника Ио также уменьшится.

Перед тем, как перейти к дальнейшему анализу приведенных выше наблюдений Рёмера, необходимо рассмотреть ряд вопросов, имеющих непосредственное отношение как к принципу относительности движения в физике и астрономии, так и преобразованиям Галилея. Необходимо рассмотреть, пусть даже и кратко, что такое абсолютный покой и движение в астрономии и физике вообще, а также, что такое абсолютное и относительное движение твёрдых тел в физике, в частности?

Думаю, не будет открытием утверждение, что для того чтобы судить о состоянии покоя или движения тел и относительных систем отсчёта в пространстве, необходимо иметь абсолютную систему отсчёта, в которой эти тела и относительные системы отсчёта находятся. Ввиду того, что нами будет в основном рассматриваться самое простое движение - равномерное и прямолинейное, мы ограничимся рассмотрением абсолютной системы отсчёта с одним измерением.

Дальше, всё как обычно: часы, наблюдатели, жесткая линейка, шкала с делениями, начиная с микрон и меньше и заканчивая бесконечностью, то есть, скоплениями неподвижных звёзд, центр системы отсчёта, и так далее, и тому подобное. Естественно, когда речь пойдёт об астрономических наблюдениях, то абсолютная система отсчёта должна иметь уже, как минимум, две системы координат, лежащие в плоскости движения планет с Солнцем в центре.

Пока же мы ограничимся рассмотрением одномерной системы отсчёта и находящихся на ней тел, пространственно-временные координаты которых мы должны научиться определять с как можно большей доступной нам теперь точностью измерения. Иначе говоря, используя точные измерения и математический анализ, включая дифференциальное исчисление, то есть, скрупулезно разобравшись в том, что такое момент, точка, интервал, разность и дифференцирование, изменение расстояния и скорость, изменение скорости и ускорение и убедившись, наконец, что покой и движение - это разные и вместе с тем абсолютные состояния тел или относительных систем отсчёта, мы должны научиться решать две прямо противоположные задачи:

Сначала, измерив скорость и ускорение тела и описав с помощью математических уравнений тот или иной вид их изменения, то есть, описав с помощью математических уравнений состояние движения относительной системы отсчёта, мы должны с доступной нам точностью измерения рассчитать, а при необходимости и измерить, то есть, убедиться в правильности своих расчётов, координату точки абсолютной системы отсчёта, в которой находилась, находится или будет находиться относительная система отсчёта в каждый момент настоящего, прошедшего и будущего времени.

Затем, проанализировав математические уравнения, описывающие состояние движения тел, - относительных систем отсчёта, мы должны научиться устанавливать причину их движения и покоя в виде основных законов физики.

Пояснить приведенные выше рассуждения, а также рассмотреть, что такое относительное и абсолютное движение, можно, единственно, при решении конкретных задач. Ввиду того, что статья перегружена расчётами, отметим только, что относительное движение отличается от абсолютного тем, что в нём состояние покоя тел, -относительных систем отсчёта, отождествляется с состоянием их движения.

Так если, к примеру, два пешехода движутся в одну сторону со скоростями   5 км/ч и   10 км/ч , то каждый из указанных выше пешеходов, в полном соответствии с принципом относительности движения, может считать себя покоящимся, а другого, - движущимся со скоростью, определяемой по так называемому “классическому” закону сложения скоростей, названному так по всей вероятности потому, что без обращения к абсолютной системе отсчёта никто никогда не знал и не знает, какую величину, к какой надо прибавлять, а какую отнимать.

Не вдаваясь в подробности, отметим, что всякие попытки придать принципу относительности движения объективный характер, лишены каких-либо научных оснований до тех пор, по крайней мере, пока наблюдатели относительных систем отсчёта не научатся без обращения к абсолютной системе отсчёта определять в любой момент времени свою относительную скорость и расстояние. В противном случае, терминология специалистов, абсолютизирующих принцип относительности движения в физике и астрономии, может и должна рассматриваться не иначе, чем сленг.

Наконец, перед тем как перейти к обсуждению преобразований, объясняющих наблюдения Рёмера, необходимо со всей определённостью отметить, что преобразования Галилея, устанавливающие связь между координатами и временами в движущихся друг относительно друга системах отсчёта, написаны из предположения, что времена в различных системах отсчета совпадают между собой. То есть, предположить, что  . Это означает, что синхронизация часов в теории Галилея предполагается осуществленной путем установления связи между пунктами, где расположены синхронизируемые часы, с помощью сигналов, распространяющихся с бесконечной скоростью. Кроме того, необходимо также отметить, что преобразования Галилея написаны для относительных систем отсчёта начала координат, которых в нулевой момент времени:  , совпадают между собой, то есть,  .

Таким образом, чтобы получить пространственные и временные преобразования для удалённых и движущихся друг относительно друга систем отсчёта, например, Земли и Юпитера, которые бы объясняли наблюдения Рёмера, надо, как я считаю, “плясать от печки”. А именно, взять преобразования Галилея и ввиду того, что расстояние между Землёй и Юпитером не бывает меньше какой то величины, равной  , добавить к ним L . Кроме того, вместо   и  , как об этом сказано в учебниках, написать   и  . Где v и   - это проекции абсолютных скоростей движения Земли и Юпитера на линию их взаимного визирования. Так мы получим формулу:   или (1)

Если кого то не удовлетворяет приведенный выше вывод формулы (1), то он может мысленно представить себе абсолютную систему отсчёта с Солнцем в центре и для конкретного и общего случаев написать: ; (1а)

Тогда, если источник информации находится на Юпитере, а приёмник на Земле, надо написать:  и пользоваться преобразованиями (1)-(4). Причём, чтобы получить формулу (2), надо левую и правую части формулы (1) поделить на c. Но это только в том случае, если скорость света не зависит от скорости движения систем отсчёта с источниками информации и наблюдателями, что справедливо, единственно, для волновой теории распространения света, предполагающей, что для того, чтобы свет распространялся в пространстве, необходимы источник волн и среда, в которой эти волны распространяются.

Учитывая, что численные значения проекций абсолютных скоростей движения Земли и Юпитера на линию их взаимного визирования, несмотря на постоянное значение скоростей движения Земли и Юпитера относительно среды распространения света, постоянно изменяются, а также учитывая свойство обратимости преобразований, объясняющих наблюдения Рёмера, можно написать:
(1)
(2)
(3)
(4)

Если источник события находится на Земле, а приёмник на Юпитере, необходимо написать:  и пользоваться формулами (5)-(8).

(5)
(6)
(7)
(8)

Если же в действительности для распространения света в пространстве наличие среды распространения света не обязательно и верна корпускулярная теория распространения света, то ни о каком абсолютном движении, равно, как и о независимости скорости распространения света от относительной скорости движения Земли и Юпитера, говорить уже не приходится и мы должны, в таком случае, вместо величин   и   оперировать, единственно, относительной скоростью Земли и Юпитера -  :
; (1’)
  ;   ; (2’)
(3’)
(4’)
Причём, если синхронизация часов осуществляется с помощью бесконечно быстрых сигналов, то тогда мы должны пользоваться преобразованиями (1”) - (4”)
; ; (1”)
  ; ; (2”)
; . (3”)
; . (4”)

Что означают и о чём говорят нам приведенные выше преобразования?
Во-первых, необходимо помнить, что штрихованные переменные величины всегда относятся к системам отсчёта, в которых события происходят и наблюдаются, а не штрихованные, - к системам отсчёта, в которых события только наблюдаются.

Во-вторых, в левой части преобразований указывается то, что неизвестно, а в правой части,  что известно. 

В-третьих, в случае если, например, в точке 0 находится источник света, а на расстоянии L в точке 1 и на расстоянии -L в точке 2 приёмники света. И если эти приёмники и источник света равномерно движутся относительно среды распространения света в направлении 0-1 со скоростью, равной  ,  То из преобразований (2) следует, что: ;  . Другими словами, получается, что измеряя величины    ,   и  , мы тем самым измеряем скорость движения систем отсчёта с источником информации и наблюдателем (приёмником) относительно абсолютной системы отсчёта или среды распространения света. Кроме того, при рассмотрении этого же случая, мы можем подтвердить или опровергнуть существование среды распространения света. Для этого необходимо подтвердить или опровергнуть равенства , вытекающие из преобразований (2’) и (2”) а именно, мы должны убедиться, что:      и что:    .

Вот почему вопрос о том, является ли среда распространения света выродком в семье физических субстанций или она действительно существует, - это не вопрос спора о двух идеологиях, а опыта. Что касается отрицательного опыта Майкельсона-Морли, то он потому и называется отрицательным опытом, что не учитывает факта, что Земля на ограниченном расстоянии   может не только переносить, но и увлекать среду распространения света, например, своё собственное гравитационное поле.

В-четвёртых, предлагаемые преобразования, объясняющие наблюдения Рёмера, принципиально отличаются от преобразований Галилея и практически ничем от них не отличающихся для относительно малых скоростей движения преобразований Лоренца, по той простой причине, что предложенные А.Эйнштейном преобразования Лоренца, имеют своим частным случаем преобразования Галилея. В то время, как преобразования Галилея, это всем хорошо известно, написаны из предположения, что скорость света - величина бесконечная. Кроме того, при написании преобразований, объясняющих результаты наблюдений Рёмера, я исходил из того, что движение вокруг Солнца инвариантных систем отсчёта - Земли и Юпитера, не относительное, как это непроизвольно получилось у Галилея и совершенно осмысленно у Эйнштейна, а абсолютное.

Чтобы увидеть, каким образом необходимо пользоваться преобразованиями, объясняющими наблюдения Рёмера, рассмотрим, что означают преобразования (2) для случая со спутником Ио. Как уже говорилось выше, в правой части преобразования всегда указывается то, что известно. В данном конкретном случае получается, что нам известно, что наблюдатель на Юпитере по своим синхронно идущим и установленным на единое время с часами на Земле часам, имеющим точность хода не хуже, чем 1 с за синодический период обращения Земли относительно Юпитера, в определённый момент, когда расстояние между Землей и Юпитером было равно  , зафиксировал начало затмения спутника Ио и что часы наблюдателя на Юпитере в этот момент показывали 2 ч. 38 мин. 39 сек. 6 января 1675 г. Часы наблюдателя на Земле в этот момент показывали, естественно, то же время.

Так как проекции абсолютных скоростей движения Земли и Юпитера на линию их визирования в этом случае равны нулю ( =0:  =0), а  = 629048400 км, то из преобразований (2) получается:  , то есть, получается, что только через запаздывание, равное 34 м 58 с., наблюдатель на Земле зафиксирует начало нулевого затмения спутника Ио и что часы его в этот момент будут показывать время: 3 ч 13 м 37 с 6 января 1675 года. Кроме того, в силу обратимости преобразований, объясняющих наблюдения Рёмера, мы можем написать: - 34 м 58 с

Что касается 113 затмения Ио, то наблюдатель на Земле зафиксирует его начало уже с запаздыванием, равным 51 м 36 с , то есть, на 998 секунд большим, чем нулевого затмения спутника Ио.

Для рассмотрения последующих затмений спутника Ио рассуждения должны быть аналогичными за исключением того, что проекции абсолютных скоростей движения Земли и Юпитера на линию их взаимного визирования уже не будут во всех случаях равными нулю.

В заключение необходимо отметить, что несмотря на все предпринятые усилия, я так и не смог получить доступ к точным астрономическим измерениям моментов начала событий и потому до сих пор не могу опубликовать преобразования (1)-(8), написанные для точности выше, чем 10-3 сек и способные учитывать в том числе и неравномерность движения Земли и Юпитера друг относительно друга.

Не могу опубликовать преобразования, обладающие точностью на много порядков большей, чем известные и которые, в силу своей обратимости, указывают нам, что если по какой то причине информация о   или   потеряна или отсутствует, то её можно восстановить, то есть, получить из известных величин. Не могу опубликовать преобразования у которых, несмотря на тождество значений:  ;   ;     образуется неравенство величин:   ;   .


Все это к вопросу о том, чего у нас нет. А что мы в настоящее время имеем?
Интерпретацию измерений и наблюдений Рёмера, из которой следует, что за один синодический период обращения Земли относительно Юпитера расстояние между Землей и Юпитером увеличивается на два диаметра земной орбиты.

Или, например, корпускулярно-волновой дуализм природы распространения света, не позволяющий в принципе синхронизировать удаленные и движущиеся друг относительно друга часы с точностью, превышающей   секунды. Что уже приводит к постоянной не стыковке космических кораблей в автоматическом режиме и может в дальнейшем привести к нежелательному, но весьма и весьма вероятному столкновению Земли с космическими убийцами: кометами и астероидами. Или ошибку в расчётах момента затмения спутника Юпитера Ио, составившую 2 марта 1946 года 24 секунды, при точности измерения момента начала затмения, равной одной сотой секунды, что говорит о сравнительно высокой точности современных измерений, приводящих, тем не менее, к неудовлетворительном нашему знанию устройства Солнечной системы.




ЛИТЕРАТУРА

1. Romer M. De l`Academie Royal de Science. Journal de Scavans, 1676.
2. Newton Isaak. Philosophia naturalis principa mathematica. Londoni.
3. Гюйгенс Х. Трактат о свете. М.- Л., 1935.
4. Эйнштейн Альберт. Собрание научных трудов. Москва, Наука, 1966.
5. Гаррис Д. Л. Интегральная фотометрия и колориметрия планет и спутников.
Сборник: “Планеты и спутники”, изд. “Иностранная литература”, Москва, 1963, с. 241-305.
6. Ландсберг Г. С. Курс общей физики. Оптика. Москва, Наука, 1976.
7.   Рецензия профессора Денисова Анатолия Алексеевича
на статьи Д. В. Тальковского "Определение пространственных и временных преобразований в инвариантных системах отсчета".

Рецензируемая статья посвящена по существу попытке теоретического о6ьяснания экспериментально установленной еще в XVII веке зависимости наблюдаемого с Земли периода обращения спутника Ио вокруг Юпитера.

Зависимости измеряемого с Земли периода обращения спутника Ио вокруг Юпитера от скорости сближения (удаления) Земли и Юпитера при их движении по своим орбитам. При этом девиация измеряемого с Земли периода спутника Ио, составляет у автора плюс минус 15 секунд, в то время как теория относительности дает всего лишь плюс минус одна тысячная секунды.
 
Разумеется, автору пришлось разработать подход, отличный от СТО но убедительно согласованный со здравым смыслом, что позволило ему получить девиацию периода обращения Ио близко к измеряемой величине. Поэтому на наш взгляд статья заслуживает опубликования, поскольку здравый смысл и соответствие экспериментальным данным бесспорно важнее соответствия тем или иным догмам, будь эти догмы даже догмами СТО.
   
  Доктор технических наук, профессор Денисов Анатолий Алексеевич.
   
  5 июля 1994 года.   Подпись и печать отдела кадров Ленинградского государственного технологического Университета.