Теория относительности. Сон, длинною в век

  Теория относительности. Сон, длинною в век


   115 лет назад, в сентябре 1905 года, в немецком журнале «Анналы физики» была напечатана статья А. Эйнштейна «К электродинамике движущихся тел». Это то, что потом, с лёгкой руки Макса Планка, назовут теорией относительности. Хотя сам автор называл свою теорию теорией инвариантности. В сущности, Эйнштейн построил новую кинематику, теорию движения. Но без эфира. Эфир за ненадобностью был удалён из картины мироздания. В старой картине мира эфир отвечал за распространение света, за все электромагнитные явления. Но то, что эфир отвечал ещё за гравитацию и даже за существование частиц, из которых сложены атомы и молекулы, Эйнштейн не очень озаботился. К слову, тогда была известна только одна частица – электрон (протон появится только в 1919 году). В 1905 году считалось, что атомы сложены из положительных и отрицательных электронов.

   Теория инвариантности (СТО) молодого автора построена на двух постулатах: соблюдение всех законов физики во всех относительно движущихся объектах (системах отсчёта) и предельности скорости света, ничто не может двигаться быстрее света. Составные части теории были известны и до Эйнштейна. Сам он только по-своему собрал их, не внеся ничего нового. Принцип относительности Г. Галилея, неудачный  опыт Майкельсона-Морли по обнаружению относительного движения Земли в эфире, относительность одновременности Пуанкаре, преобразования Лоренца-Пуанкаре, где вводится релятивистская поправка (постоянная скорости света), идея Фицджеральда-Лоренца о сокращении линейных размеров тел в направлении движения, электромагнитная масса электрона, которая зависела от скорости. Хотя Эйнштейн не привнёс сюда ничего нового, но он дал новый взгляд на пространство, время, массу. Эти понятия потеряли свою абсолютность и стали относительными. Если рассматривать время, пространство (линейные размеры тел), массу с точки зрения постоянства скорости света, то они изменчивы: время замедляется, размеры сокращаются, масса возрастает. Но все эти эффекты заметны лишь при достижении движущимся телом скорости света, чего в реальности быть не может, так как масса такого тела возросла бы до бесконечности. Релятивистские эффекты наблюдаемы лишь в мире движущихся элементарных частиц. Известная формула эквивалентности массы и энергии через квадрат скорости света, которую приписывают Эйнштейну, была известна давно, с 1872 года. Её ввёл австрийский учёный Генрих Шрамм. А дополнительное обоснование формула получила в трудах русского учёного Николая Умова в 1873 году, в работах по движению энергии в телах. Если Эйнштейн не знал о работах Умова, то о работах Шрамма, пусть косвенно, но знал. В нынешнем каноническом виде формула вторично воскресла благодаря Планку. Именно Макс Планк первым написал формулу эквивалентности в таком виде. И по праву формула должна называться формулой Шрамма-Планка-Эйнштейна. В статье 1905 года «К электродинамике…» Эйнштейн не делает вообще никаких ссылок на работы других учёных, как будто новые идеи родились на голом месте. Это, конечно, вызывало и вызывает недоумение, многое говорит о личности автора. Несмотря на математическую корректность, обоснованность, на революционность замысла, теория производила впечатление колоссальной научной спекуляции, авантюры. Противников новой теории было больше, чем сторонников.             

   А что автор? Он – наивный, добродушный гений, не делавший никому зла, пацифист, независимый мыслитель, не терпящий диктата и принуждения, желавший изгнать из нашего мира насилие и силу. Что перенеслось даже на физику. В детские годы восьмилетнему Альберту, чтоб тот не скучал в болезни, отец подарил компас. Этот прибор поразил мальчика. Магнитная стрелка упрямо показывала на север. И все магнитные стрелки всех компасов на свете кажут на север. А можно ли убежать от этого диктата невидимой сущности, – подумал Альберт. И он стал бегать с компасом по комнате, потом – по улице. Но стрелка всё также казала на север; от этого чудовища по имени «магнитное поле Земли» нельзя было скрыться. Мальчик понял: чтобы убежать от чудовища – надо бежать очень быстро, как свет, и тогда чудовище не сможет поворачивать меня, как ему хочется. Здесь начался Эйнштейн. Но наивный гений стал недобрым гением науки двадцатого века.       

   Надо ли было избавляться от эфира классической физики? Надо, так как старый эфир стал тормозом развития знания. Та материальная среда не могла вместить новых экспериментальных данных, приходивших со многих сторон науки. Конфликт был неизбежен. Но весь двадцатый век стал путём к новому эфиру, вернее, к новым представлениям о материальной среде, звавшейся когда-то эфиром. Теперь эта среда зовётся физическим вакуумом, и существование её никто из серьёзных учёных сегодня не оспоривает. Только эта среда непротиворечиво может объяснить природу частиц, электромагнетизма, гравитации.   

   И вот о гравитации. В 1915 году Эйнштейн известил мир о создании Общей теории относительности (ОТО), теории гравитации. Основа – эквивалентность (тождественность) гравитационной и инерционной массы. Проще говоря: когда вы встали на весы – стрелка показала 66 кг (ваша гравитационная масса). Когда вы вдруг, стоя на весах, оказались в падающем вниз лифте, ваша масса исчезла, на весах – ноль. Но если лифт начнёт с ускорением двигаться вверх, то вам вернётся ваша масса – 66 кг. Если лифт ускориться ещё больше, то ваша масса пропорционально вырастет. Если хотите, чтобы ваша масса была 66 кг, то лифт должен двигаться вверх с определённым постоянным ускорением, с постоянной скоростью. Вот это и будет ваша инерционная масса тела, которая окажется равной вашей гравитационной массе. Однако в реальном гравитационном поле все тела падают с одинаковым ускорением. Эйнштейн уравнял в ОТО ускоренную и инерционную систему отсчёта, что с точки зрения физики кажется не совсем верным, так как ускорение тела всегда сопряжено с затратой силы, энергии. Зато автор новой теории избавился от понятия «силы» в толковании гравитации. Силы тяготения Земли нет, а масса есть! Ход несколько спекулятивный, авантюрный, но особых возражений не вызвал. Силы гравитации в ОТО толковались как геометрия пространства-времени, кривизна. Силы тяготения, как таковой, не было, а была лишь изменяющаяся кривизна пространства-времени. И кривизну производило само массивное тело: чем тяжелей – тем круче. Механизм «производства» кривизны массой тела остался за скобками. Лишь сказано в формуле о тензоре энергии-импульса. Эта энергия-импульс как-то давит на пустое пространство и прогибает его. Выходило, что пустота может гнуться, изгибаться и посылать волны изгибания в бесконечность. Гнутая  пустота пространства-времени может даже изгибать идущие мимо лучи света, как преломляющая линза или призма. Масса изгибает пространство-время, как тяжелый шар натянутую простынь, и более лёгкие тела скатываются к массивному телу. Красивый образ, но так ли на самом деле…   

   Почему учёные согласились с эквивалентностью гравитационной и инерционной массы? Первый закон Ньютона, закон инерции гласит: всякое тело продолжает оставаться в покое или двигаться равномерно и прямолинейно, пока на него не действуют никакие силы. Этот закон как бы распространялся на всю вселенную. Но дело в том, что в реальном мире первый закон Ньютона выполняться не может, потому что тело всегда будет находиться под действием сил, которые не дадут телу двигаться равномерно и прямолинейно, что нетрудно доказать. Даже движение планет по своим орбитам вокруг Солнца, хоть и является инерционным, но есть результат действия сил: равновесия центробежного ускорения и гравитационного притяжения (давления). То есть, круговое движение тела всегда ускоренно. В любом гравитационном взаимодействии и в любом инерционном круговом движении есть ускорение, действие сил. 

   И теперь о главном. Вопреки теории Эйнштейна, сила, которая вызывает равенство гравитационной и инерционной масс, называется давлением. В случае создания эффекта гравитационной массы – давит сверху. В случае создания эффекта инерционной массы (ускоряющийся лифт) – давит снизу. Гравитация есть не притяжение, а давление. Среда физического вакуума имеет огромную плотность и давление. Несмотря на плотность и давление, в ней может существовать колебательная динамика. Протон, главная частица вещества, как раз и есть такая радиальная колебательная динамика вакуума в малом объёме, дыхание вакуума. Каждый протон возбуждает вокруг себя волны такой же природы, волновое поле. Когда протоны объединяются в тело, в массу, то создают вокруг себя поле возмущённой плотности, где давление вакуума делается меньше. Масса как бы прогибает огромную плотность вакуума, делает «яму», куда и «скатываются» более лёгкие тела. Хотя «скатывание» происходит от силы давления, от разности, градиента давлений вокруг массивного тела. У поверхности массивного тела давление вакуума минимально, с удалением – пропорционально растёт. «Скатываются» более легкие тела к массивному с одинаковым ускорением, так как давление вакуума пропорционально падает, что соответствует дополнительному импульсу. За понятием «кривизна пространства-времени» в ОТО стоит лишь изменяющаяся динамика, движение вакуума, ничего другого. Среда физического вакуума структурна, имеет строение. Такая среда, как мне думается, не могла возникнуть в результате Большого взрыва. Она есть или её нет. О структурности среды вакуума говорит и квантовый принцип, где все колебания и волны кратны постоянной Планка, кванту действия. В этом смысле  волновое гравитационное поле тоже квантовано. Пока мы барахтаемся в парадигме Большого взрыва – истины нам не увидеть. На большом адронном  коллайдере зондируются не протоны, а зондируется среда вакуума, которая ведёт себя как струна – чем сильней ударишь, тем большую отдачу получишь. Так может длиться без конца. И надо давно понять, что связь пространства и времени (единый континуум) есть лишь синоним понятия «движение». И пульсирует по радиусу (от центра - к центру) не вселенная, а протон; такова динамика протона, сочетающая в своём колебании прямое и обратное движение. Суммарное количество такого движения во вселенной равно нулю. И ещё. Вокруг любого массивного объекта в космосе будет существовать область изменённой плотности и давления вакуума, что подобно преломляющей среде. Так что лучи света, проходя рядом с массивным объектом, будут преломляться, как в линзе.       

   Статья А. Эйнштейна 1905 года «К электродинамике…» началась с утверждения об асимметрии взаимодействия между магнитом и проводником. Мол, если движется магнит, то в окружающем пространстве рождается электрическое поле, с которым связана некоторая энергия. Если на пути магнита стоит проводник, то в проводнике наводится ток. Если же магнит стоит, а движется проводник, то происходит то же самое – в проводнике наводится такой же по силе и направлению ток, но вокруг магнита нет электрического поля. На самом деле никакой асимметрии здесь нет. И дело тут вовсе не в относительности движения, а в скорости изменяемости силовых линий магнитного поля. Индикатором такого изменения могут быть только диполи замкнутого проводника. При безотносительности – что движется, магнит или проводник, – изменяющиеся линии магнитного поля начинают колебать диполи проводника, что приводит к рождению и разделению зарядов, возникает ток смещения Максвелла, наводится ЭДС. Что примечательно, в проводнике рождаются одновременно электроны и позитроны, различие между которыми лишь в направлении закрутки вихря вращения. Условно говоря, левая закрутка – плюс, правая – минус. Электроны и позитроны – волновые квазичастицы с ограниченным временем жизни; в электрическом токе они живут и «умирают», становясь излучением, даря свет и тепло. Именно благодаря им существует вся электродинамика. Да что там электродинамика – вся жизнь!         

   Ленин как неизбежность. Ленин с большевиками в октябре 1917 года взяли силой власть, и начали писать историю России с чистого листа. Взяли власть в стране со множеством проблем, сложностей, противоречий, отнюдь не передовой. Гигантский социальный эксперимент продлился 73 года. 73 года  не проходящей войны власти со своим народом, миллионы жертв, уставший, измученный народ. Но были и великие достижения, великие победы, поразившие мир. Опыт советской России (СССР) многому научил нас и мир. Так и с Эйнштейном. Эйнштейн как неизбежность. Если в развитии науки скопится материал для новых грандиозных обобщений, то обязательно найдётся способный человек (как правило, не из академических кругов), который воспользуется ситуацией. Пусть торопливо, суетливо, подминая под себя много важного и ценного, но шаг будет сделан. Правдивую историю создания СТО мы, вероятно, никогда не узнаем. Но главная фигура революционного наваждения в физике – Эйнштейн – навсегда останется в истории науки. Гуманист и пацифист, он хотел избавить науку от представлений о силе. Это слово у него вызывало идиосинкразию. В физическом мире, по мнению Эйнштейна, не должно быть никаких сил и насилия. Лишь изменяющаяся геометрия пустого пространства и относительные движения электрических зарядов, которые сами решают – как и с кем вступать во взаимодействие. Но, увы, физический мир устроен не так, как нам подсказывает наша гуманная, человеколюбивая природа. Теории Эйнштейна привели к нескончаемой войне в науке, к противостоянию прагматиков, реалистов, гуманистов, популистов и прочее. Война эта длится более века, люди от неё уже устали, вымотались. Эйнштейн, конечно, погорячился, изгнав из физической картины мира материальную среду, изгнав силы. Чтобы убедиться в обратном, мы вынуждены строить адронные коллайдеры, отнимая ресурсы у подавляющего большинства народа Земли, тех, кто живёт в нищете, в бедности. Я назвал свой опус «Теория относительности: сон, длинною в век». Какой эпитет подобрать к слову «сон» (кошмарный, прекрасный, ужасный, беспокойный) – решайте сами.