 |
3.1. Предыстория появления ТО.
|
|
|
|
3. 1. Предыстория появления ТО.
Ради исторической справедливости напомним, что вышеупомянутый «жуткий кризис» случился из-за представлений о природе света. Которые были, мол, больно наивными. А особенно у Лорентца, чья концепция по законченности своей наивности была самой выдающейся. Всё пространство у него было под завязку заполнено особой субстанцией – эфиром. Механические напряжения в этой субстанции описывались уравнениями Максвелла. Читаешь Лорентца и изумляешься: становится совершенно понятно, почему уравнения Максвелла именно таковы, каковы они есть. А также, почему в эфире возможны упругие волны. Которыми, как считалось, и был свет. Причём, эта эфирная концепция охватывала и вещество тоже! Лорентц представлял «частички материи» как могущие свободно передвигаться «местные модификации в состоянии эфира». Развив теорию Максвелла на случай присутствия электрических зарядов и выведя законы их взаимодействия и движения, Лорентц объяснил все известные тогда явления в оптике, электродинамике, а также в испускании и поглощении тепла.
Но была здесь и закавыка, из-за которой-то всё и вышло. С эфиром, казалось бы, можно было связать выделенную систему координат для отсчитывания абсолютных скоростей физических объектов. Смотрите: скорость упругих волн определяется упругими свойствами среды, поэтому скорость света должна быть константой по отношению к эфиру. Значит, если прибор движется в эфире, то для этого прибора скорость света должна определяться по правилам векторного сложения. Тогда для света легко объяснялся бы линейный эффект Допплера. А также боковой снос (аберрация по Брэдли), из-за обращения Земли вокруг Солнца с линейной скоростью 30 км/с. Скорость эта приличная. Земля по идее должна со свистом пронизывать эфир. Но увы: наземные оптические эксперименты, например, опыт Майкельсона-Морли, показывают, что такого «пронизывания эфира» нет, как будто околоземный эфир вместе с Землёй тащится. Как же тогда околоземный эфир без всяких турбулентностей продирается сквозь эфир межпланетный? Эта проблема по линии гидродинамики устранялась бы, если плотность эфира у поверхности Земли была бы на несколько порядков больше, чем в межпланетном пространстве. Но скорость света и там, и сям одинакова! Неужели при изменении плотности среды на несколько порядков не изменяются её упругие свойства? Нет, концы с концами никак не сходились…
|
|
|
Положим, результат Майкельсона-Морли Лорентц объяснил сокращением размеров конструкций их установки вдоль направления её движения в эфире. Это не было вспомогательной гипотезой. Из теории Лорентца прямо следовало, что электроны деформируются вдоль направления своего движения в эфире, превращаясь из шариков в сплюснутые эллипсоиды, а магнитные и электрические силы при этом изменяются так, что атомы в твёрдом теле занимают новые положения равновесия. От этого размер тела вдоль движения сокращается на множитель, равный лорентцеву квадратному корню. С одной стороны, это было замечательно: хоть и наивное, но объяснение всё-таки. А с другой стороны выходило, что теория, основанная на абсолютных скоростях в эфире, в итоге разъясняла: вот этих-то скоростей, ребятки, вам и не видать, как своих ушей! Было в этом, знаете, что-то обескураживающее…
И вот, когда Лорентц по этому поводу пребывал в полном раздрае, стал ему чёрт нашёптывать:
- Душка моя! Ты проверь: вдруг невозможность засечь абсолютную скорость – это универсальный принцип? Такой, что любому оптическому приборчику безразлично, стоит он в эфире или едет!
|
|
|
- Сгинь, сгинь, – отмахивался Лорентц. – Такой абстракционизм моей теорией не опишется!
- Да не скромничай, – втолковывал чёрт, – дело нехитрое! Стоит приборчик или едет, а оптическая картинка в нём одна и та же, так? Значит, в обоих случаях уравнения Максвелла идентичны! Вот и прикинь, как такое может быть! Если не ты, то кто же?
Ну, Лорентц и прикинул. Вышла, как и следовало ожидать, чертовщина полнейшая. В движущейся системе отсчёта уравнения Максвелла принимают точно такой же вид, как и в покоящейся, если выполнить особые преобразования линейной и временной координат. В результате этих преобразований, в движущейся системе отсчёта линейные масштабы сокращаются в направлении движения на множитель, равный лорентцеву квадратному корню, а временной масштаб, наоборот, на такой же множитель растягивается. «Господа! – умолял Лорентц. – Преобразования, которые я получил – это всего лишь формальный математический приём! Вы не подумайте, что в движущейся системе отсчёта происходят реальные деформации пространственных и временных масштабов! »
Всё! На этом месте лорентцевы игрушки кончились и начался эйнштейновский монументализм.
3. 2. Эйнштейновский монументализм.
Никто не оценил результаты Лорентца так высоко, как Эйнштейн. Он проворно положил их в основу свеженькой концепции. Всё её содержание в сущности сводилось к преобразованиям Лорентца и следовавшим из них деформациям пространственных и временных масштабов, с той лишь разницей, что эти деформации объявлялись реальными.
-Постойте, – говорили ошарашенные физики. – Вон у Лоренца теория, так теория. Преобразования Лорентца выведены им на основе его подхода. А у Вас?
- А у меня, – растолковывал Эйнштейн, – преобразования Лорентца изначально присутствуют!
- Да откуда они у Вас взялись-то?
- Ах, господа, вы совсем тупые, что ли? Я их просто у Лорентца, как бы это выразиться, спостулировал. Имею право!
Кроме этого, Эйнштейн ещё «спостулировал» у Лорентца соотношение между массой и энергией (для случая электрона), а также выражение, описывающее рост массы электрона при увеличении его скорости. Там тоже множителем является лорентцев квадратный корень, так что внешне всё получилось очень даже в масть. Кстати, в знак признания заслуг Лорентца это выражение поначалу так и называлось: формула Лорентца-Эйнштейна. Правда, у Лорентца эта формула была, опять же, чётко выведена, а у Эйнштейна, опять же, никакого вывода не было: эта формула у него тоже «изначально присутствовала». Уж на что Лорентц был утончённым интеллигентом, так даже он в своей «Теории электронов» высказал, что об Эйнштейне думает: «Его результаты… в основных чертах совпадают с теми результатами, которые мы получили… причём главное различие заключается в том, что Эйнштейн просто постулирует то, что мы старались, с некоторыми затруднениями и не всегда вполне удовлетворительно, вывести из основных уравнений электромагнитного поля».
|
|
|
Опять же, какая наивность! Во-первых, на утончённых интеллигентов и рассчитано. Во-вторых, многие ли читали «Теорию электронов»? А газеты читали многие. И в кинематограф ходили. Вот для всех них и устроили грандиозный кошачий концерт про то, что Эйнштейн сбацал не фигнюшку какую-нибудь, а теорию, да к тому же гениальную. Трудно было найти домохозяйку или портового грузчика, которым все уши не прожужжали про то, что теперь, оказывается, «всё относительно». Пришлось потихоньку и физикам подтягиваться к переднему краю.
Ох, с каким же скрипом это у них получалось! Инерция мышления мешала! Что это для физиков значило «всё относительно»? А это значило, что про абсолютные скорости в эфире следовало забыть. «И про эфир – тоже! » – настаивал Эйнштейн. Потому что про абсолютные скорости в эфире было забыть гораздо легче, если сначала забыть про сам эфир. Сейчас кому-то может показаться смешным расстраиваться из-за таких пустяков, но в то время на физиков было смотреть больно. Ведь отказ от эфира означал отказ от кучи наработок и, в первую очередь, от тогдашних представлений о свете, ради которых, собственно, эфир в своё время и придумали. «Но, – продолжал раздавать ценные указания Эйнштейн, – уравнения Максвелла нужно сохранить! » Это тоже понятно: без уравнений Максвелла теряли бы смысл преобразования Лорентца, а заодно и всё то, что называлось «теорией относительности». Поэтому уравнения Максвелла пришлось сохранить. Но без эфира.
|
|
|
Вот вы, дорогой читатель, можете представить упругие волны в среде, только без этой среды? Не получается? Странно… Впрочем, у физиков это тоже не сразу получилось. Они быстро поняли, в чём проблема: всё портило словечко «упругие». Это словечко они отбросили и картинка заиграла: получились у них просто-волны, без всякой среды. Вот, оказывается, что такое свет: это волны в том, чего нет! Потихонечку-полегонечку даже теорию развили вот этого самого, чего нет. Это у них называется «теория поля». Презабавнейшая вещь! Студенты так и хлопают глазами, пытаясь сообразить, с какой стати это «поле» описывается уравнениями Максвелла и откуда эти уравнения взялись.
А всё из-за того, что «всё относительно». Из-за того, что к движению физических тел следует подходить, мол, с позиций формальной логики. Поясняем: с этих позиций плевать, кто относительно кого движется, ибо если тело А движется относительно тела В, то, формально, тело В тоже движется относительно тела А. Плевать-то плевать, но на практике движения тел зачастую оказываются однозначными. Например, камень падает на Землю, а не наоборот. Кто сомневается, тому можем справочку предъявить. Вот эта справочка: если скорость соударения камня с Землёй равна V, то кинетическая энергия, которую после этого соударения можно превратить в другие формы энергии, равна половине произведения квадрата V на массу камня, но уж никак не на массу Земли. Значит действительно падал камень. Сия справочка выдана на основании закона сохранения энергии. Законнее не бывает, так что не придерёшься.
Знаете, почему так получается? Потому что угораздило кинетическую энергию быть квадратичной по скорости! Из-за этой квадратичности превращения энергии при ускоренном движении конкретного тела адекватно описываются лишь в какой-то конкретной системе отсчёта. То есть для адекватного описания скорость тела приходится брать, так сказать, однозначную! Закон, как говорится, порядка требует. А особенно – закон сохранения энергии! Там, где этот закон работает, скорости оказываются истинными-однозначными, и никакого бардака (с относительными скоростями) нет!
О каком бардаке идёт речь? А вот, например, Эйнштейн утверждал, что «движущиеся часы замедляют свой ход». В терминах относительных скоростей это сразу приводит к «парадоксу часов» (или «парадоксу близнецов»): часы N1 движутся относительно часов N2, поэтому часы N1 идут медленнее; но часы N2 тоже движутся относительно часов N1, поэтому медленнее идут часы N2. Из такой находки популяризаторы ТО выжали всё, что только можно. Благодаря их подвижничеству, любой желающий мог в свободное от основной работы время попрактиковаться в вывихивании своих мозгов, пытаясь совместить два взаимоисключающих утверждения, да остаться при этом в рамках формальной логики. Это называлось «теория относительности для миллионов». Кстати, помимо «парадокса часов», можно было бы поизгаляться ещё насчёт совершенно аналогичных «парадокса длин» и «парадокса масс», но в приличном релятивистском обществе это было не принято. «Реальное» сокращение длины – оно ведь должно вызываться реальными силами, которые должны совершать реальную работу… Видите, куда заносит – даже с длинами? Не говоря уже про массы! Это приводит к парадоксам с энергией, что нехорошие ассоциации вызывает. А приколы с часами, как полагали, к парадоксам с энергией не приводят. Ведь атомных часов тогда ещё не было даже в проекте. Были, в лучшем случае, швейцарские хронометры. Так что насчёт «движущихся часов» грех было не поизгаляться!
|
|
|
Так вот, Эйнштейн отлично понимал: бардак с относительными скоростями возможен лишь там, где превращений кинетической энергии не происходит. Поэтому он и оговорил, что «специальный принцип относительности» применим лишь для систем отсчёта, «движущихся друг относительно друга прямолинейно и равномерно». Правда, ни одной такой системы отсчёта он не указал: в реальном физическом мире все практические системы отсчёта оказываются в той или иной степени ускоренными. Казалось бы, здесь у Эйнштейна очевидный недочёт! Но это для нас, для простых смертных, очевидный недочёт. А для гениев – всё по-другому. Этот недочёт Эйнштейн превратил в увесистую дубину против своих критиков. Они-то, глупенькие, выстраивали свои рассуждения, ориентируясь на реальный физический мир, в котором ускорения неизбежны. Как только у них доходило до ускорений, тут же следовал удар дубиной: «Вы вышли за границы применимости теории, которую критиковать пытаетесь! Тундра неогороженная! » Останавливающий эффект был колоссальный.
И ведь до сих пор релятивисты полагают, что специальная теория относительности (СТО) справедлива для неускоренных систем отсчёта. Только они не уточняют, где же сыскать дурака, сиднем сидящего в такой системе. Сел на пенёк – так перестал ускоряться, что ли? Не смешите! Во-первых, этот пенёк имеет центростремительное ускорение из-за суточного вращения Земли. Во-вторых, Земля сама обращается вокруг Солнца. В-третьих, Солнечная система обращается вокруг центра Галактики… Где же он, чудесный неускоренный пенёк, на котором седалище полноценно отдохнуло бы от суеты мирской? Или, выражаясь научным слогом, где же практические системы отсчёта, в которых должны работать предсказания СТО? Сотня лет прошла, а ни одной такой системы отсчёта релятивисты не указали. Но ведь это скандал: где же у этой теории область применимости?
«А вот область применимости не трожьте! – обижаются релятивисты. – Во-первых, даже криволинейное и ускоренное движение на маленьком отрезочке можно считать прямолинейным и равномерным, понимаете? » Понимаем. Это называется: «понарошку». Как в детском садике! «А во-вторых, – продолжают они, – если кто желает рассчитать, например, релятивистское изменение хода атомных часов, то непременно находится система отсчёта, в которой предсказания СТО срабатывают! » Ага, ага. Непременно находится! Только не благодаря СТО! Надо же было умудриться сморозить такой шедевр: великолепную, внутренне непротиворечивую теорию, из которой прямиком следует, что она неприменима на практике! «Но в этом нет ничего страшного, – успокаивают нас, – это следствие как раз ошибочное! » Ну, действительно: несмотря ни на что, подходящая-то система отсчёта находится! Если удачно применить метод научного тыка! Вон, какой-нибудь несчастный космический аппарат, с атомными часами на борту, движется и относительно других космических аппаратов, и относительно наземных лабораторий, и относительно Луны, планет, Солнца… Прикидываете, сколько у него относительных скоростей? И нужно не захлебнуться в этом изобилии, а, удачно научно тыкнув, выбрать одну-единственную относительную скорость – вот тогда для его бортовых часов предсказания СТО блестяще сработают!
|
|
|
