09. 03. Теория относительности

 
               
                3. Абсолют в мире относительности.
 
Относительность – это наиболее характерная черта физического мира. Каждый с ней когда-либо сталкивался. Например, глядя из окна стоящего вагона, пассажир вдруг обнаруживает движение вагонов соседнего поезда. Кто поехал? Он или мы? И только перевод взгляда на противоположную сторону позволяет обнаружить, что вокзал с перронами стоят на месте. Значит едет не его, а соседний поезд.

 В рассмотренном примере показана роль Абсолюта – той части физического мира, которая остаётся неизменной при любом раскладе. Здесь в качестве оного в бытовом смысле выступает  «вокзал с перронами, который не может перемещаться в пространстве». С помощью «вокзала – Абсолюта» пассажир без труда убеждается в неподвижности своего вагона, без необходимости рассматривать движение со стороны.

В действительности, Абсолют - это основа устройства физического мира.  Мир без Абсолюта – это мир Анархии. Поэтому определение Абсолюта – это чрезвычайно важное, но далеко не простое занятие. Одно дело, вокзалы с перронами, и совсем другое мир сложных физических отношений.

Почти полторы тысячи лет основу мировоззрения нашей цивилизации составляла модель мира Птолемея, в которой все светила и звёзды вращались вокруг Земли. В начальных представлениях человека о мире твердью, Абсолютом могла быть только Земля.

Николай Коперник развенчал геоцентрическую модель мира, и Солнце стало очередным Абсолютом физического мира. Но не на долго.
 
Джордано Бруно первым понял, что звездное небо – это не сфера, а мир множества светил, таких же, как Солнце. И начиная с классической механики Ньютона роль Абсолюта начинает играть само пространство и время. Причём, куда и как движутся звёзды и планеты, становится неважным, поскольку первый закон Ньютона уравнивает права всех участников: и тех, кто покоится, и тех, кто движется равномерно-поступательно. Стало возможным, без нарушения строгости расчетов, рассматривать движение планет вокруг неподвижного Солнца, а движение Луны вокруг неподвижной Земли.

Однако, далеко не все физики и философы приняли абсолютные пространство и время Ньютона. Эти абстрактные понятия не оставляли надежды на привязку физического  мира к реально существующему Абсолюту. Поэтому важным этапом миропонимания  было введение понятия «Инерциальные Системы Отсчёта» (ИСО), которое впервые встречается в работе немецкого физика Людвига Ланге в работе «О законе инерции» (1885 год). Ланге заменил абстрактное «абсолютное пространство» на операционально определяемые ИСО, в которых справедлива ньютоновская механика. Правда, сами по себе ИСО не являлись Абсолютом, но по крайней мере, они стали понятной сущностью физического мира, среди которых, рано или поздно, можно было обнаружить Абсолют.
 
И претендент на эту роль был вскоре найден. Знания, накопленные учёными в области электромагнетизма к концу XIX века, обещали экспериментально обнаружить движение Земли сквозь эфир, как материальное воплощение покоящейся системы отсчёта в абсолютном пространстве. В соответствии с рассуждениями теоретиков тех лет в направлении движения Земли скорость света должна быть равна (c - v), а против движения (c + v). В перпендикулярных направлениях скорость света должна оставаться прежней, равной с.

Но опыты Майкельсона–Морли, проведенные с целью обнаружения разности скорости света в разных направлениях дали отрицательный результат! Эксперименты показали невозможность обнаружить движение Земли относительно эфира: скорость света оказалась изотропной (одинаковой во всех направлениях).

Тут бы физикам отказаться от идеи эфира. Сама Природа противилась его введению. Но не тут-то было, слишком сильна была Вера в его существование. И возникает процедура -  преобразование координат, объясняющая по замыслу её авторов причину невозможности определения движения Земли сквозь эфир. Наиболее известный, но не единственный, автор этой процедуры был Лоренц, который опираясь на результаты эксперимента Майкельсона–Морли механистически вывел условия, при которых было бы невозможно обнаружить движения Земли сквозь эфир. Это произошло бы при сокращении длины в направлении движения и замедления времени. В этом случае роль эфира, как неподвижной системы отсчёта сохранялась. А все остальные ИСО «подстраивались» к нему, меняя свою метрику через преобразования Лоренца.

Более строгий вывод преобразований Лоренца получил выдающийся математик Пуанкаре. Основу его рассуждений составляло волновое уравнение, изотропия скорости света в котором при переходе из неподвижной в подвижную ИСО достигалась благодаря выше указанным преобразованиям.

По сути дела, исходные предпосылки и у Лоренца, и у Пуанкаре были одними и теме же: наличие в мироустройстве выделенной системы отсчета. Ещё раз подчеркнём, что:

ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЛОРЕНЦА – ЭТО СЛЕДСТВИЕ ТАКОГО МИРОУСТРОЙСТВА, В КОТОРОМ СУЩЕСТВУЕТ АБСОЛЮТ В ВИДЕ НЕПОДВИЖНОЙ ИСО, В КОТОРОЙ РАСПРОСТРАНЯЕТСЯ СВЕТ.

Особо подчеркнём, что наличие самого эфира, как такового, совершенно не важно для вывода преобразований Лоренца. Важно наличие Абсолюта в виде неподвижной системы отсчёта, того самого вокзала, относительно которого могут существовать движения. Заметим - абсолютные движения.

Но природа по прежнему противилась введению такого Абсолюта. Законы физики при таком устройстве мира были бы не инвариантными, то есть разными в разных системах. Абсолютный покой и абсолютное равномерно поступательное движение равноценны только в механике Ньютона благодаря действию его первого закона. В электродинамике и в прочих фундаментальных взаимодействиях такой равноценности не существует. Поэтому мир такого Абсолюта рано или поздно должен был умереть.

Этот шаг делает Эйнштейн, который отменяет эфир, как выделенную систему отсчета. И что самое удивительное, при новом мироустройстве, в котором появляется инвариантность (одинаковость) всех ИСО и отсутствует Абсолют, он умудряется получить те же самые преобразования! Любой человек, мало-мальски владеющий логикой, скажет, что это невозможно, и будет прав. Два принципиально разных мира не могут иметь одинаковые последствия относительного движения. Либо вокзал с перронами движется, либо покоится. Но напористость и удивительная поддержка молодого гения со стороны, позволила закрыть «вопросы» к его теории.
А первый и главный вопрос – в какой системе отсчёта распространяется свет? Не ответив на этот вопрос, можно получить любой ответ. А ответ вытекает из полученного им результата. Преобразования Лоренца справедливы только для такого мироустройства, в котором существует выделенная система отсчёта. Если внимательно присмотреться, то можно обнаружить, что Эйнштейн исподволь вводит такую систему и привязывает её к неподвижному наблюдателю. По существу, ИСО неподвижного наблюдателя заменяет эфир. Только таким образом за научным словоблудием можно получить преобразования Лоренца. И только в этом случае условно введенный покой фактически становится Абсолютом. А сказки о неодновременности событий, наблюдаемых из разных ИСО есть результат неравенства систем отсчёта «условно» покоящегося наблюдателя и «условно» движущегося наблюдателя. В исполнении Эйнштейна покой и движение становятся абсолютными. Конечно же «условно».

Пытаться победить эту патовую логику сегодня абсолютно бесперспективное занятие. Потому как сказка о том, что в начале XX века молодой клерк из бюро патентов смог «победить» высочайшие умы планеты, очень напоминает сегодняшнюю сказку про то, как, простая учительница Татьяна Бакальчук, потерявшая работу, в условиях сильнейшей конкуренции смогла самостоятельно создать маркетплейс Вайлдберриз (дословно «Дикие ягоды»), в обороте которого крутятся триллионы рублей.

Поэтому без претензий на признание теории «научной общественностью», а только поиска истины ради, построим теорию относительности, во-первых, в соответствие с постулатом об абсолютной инвариантности законов природы в форме Галилея (смотри часть 1). И, во-вторых, в соответствие с постулатом об абсолютном постоянстве скорости света во всех ИСО, что возможно только при условии движения света в каждой из них, и изменения их метрики в результате работы эффекта Доплера (смотри часть 2).
Таким образом, вместо вокзала с перронами, Абсолютами в нашем мире выступает каждая ИСО сама по себе, как физическая реальность, а правила относительности в них строго определены двумя вышеназванными постулатами. А поскольку каждый из участников физического мира сам всегда находится в одной из ИСО в состоянии покоя (вспомним подпалубное пространство Галилея), то появляется понятие СОБСТВЕННОЙ ИСО, которая и становится для нас единственным Абсолютом.

(продолжение следует)