84962 (Несостоятельность специальной теории относительности Эйнштейна)

Несостоятельность специальной теории относительности Эйнштейна

Владимир Павлович Глушко, Владимир Владимирович Глушко, Виталий Владимирович Глушко.

В статье доказана несовместность постулатов, лежащих в основании специальной теории относительности, причём с использованием той же самой логики и математического аппарата, которыми пользовался сам Эйнштейн, без привлечения дополнительных гипотез, например, гипотезы существования эфира.

Впервые показано, что ковариантность уравнений, изобретённая Лоренцем и используемая Эйнштейном в своей теории в качестве критерия её истинности, также является произвольным постулатом, а не законом природы. Хотя общепризнано ковариантность уравнений считать математическим аналогом физического принципа относительности, истинность которого не подлежит сомнению, однако состоятельность этого критерия истинности разбивается о закон сохранения энергии-импульса даже в случае нерелятивистских скоростей.

Успех любой феноменологической теории зиждется только на истинности априорно выбранных исходных положениях – постулатах. Специальная теория относительности Эйнштейна (СТО) именно такая теория. На современном этапе развития физической науки она является безапелляционным претендентом на право определять свойства пространства. В соответствии с мнением её автора, в основании теории лежат два постулата: обобщённый принцип относительности и принцип постоянства скорости света. Однако это не совсем так. Есть ещё и третий! Этим постулатом является требование инвариантности (ковариантности) формы записи физических явлений по отношению к группе преобразований Лоренца. Но автор теории, по-видимому, считал его “истиной в последней инстанции” без каких-либо оговорок, а не произвольным утверждением. И, наверное, только поэтому его обоснование и границы применения в самой работе Эйнштейн не приводил. Действительно, доказательство истинности теории, как и доказательство непротиворечивости выбранных постулатов, Эйнштейн видел в том, что преобразования Лоренца, применяемые при переходе из неподвижной системы отсчёта к движущейся, оставляют неизменной форму записи уравнения фронта сферической световой волны (1, стр. 16). Процитируем автора СТО: “Итак, рассматриваемая шаровая волна, наблюдаемая в движущейся системе, также является шаровой волной, распространяющейся со скоростью V. Тем самым доказано, что наши два основных принципа совместимы”. Формально это утверждение следует считать верным, поскольку ковариантность, как таковую, общепринято отождествлять с физическим принципом относительности. При этом заметим, что уподобление физического принципа относительности ковариантной форме записи физических законов ранее постулировал Лоренц. Он брал это положение за самоочевидную истину, без доказательства, когда подбирал преобразования для уравнений Максвелла, тем самым как бы пытаясь перенести принцип относительности Галилея на природу электромагнитных явлений. Но будет полнейшим произволом утверждение, что ковариантность, как таковая, и принцип относительности это одно и тоже, что это твёрдо установленный и доказанный факт. Сомнение возникают сразу, если применять ковариантность к форме записи уравнений при подсчёте кинетической энергии одного и того же тела для разных систем отсчёта, движущихся друг относительно друга. При этом неважно, какие именно используются преобразования, Галилея или Лоренца, поскольку существенными являются не величины скоростей движения систем отсчёта и тела, а то, что в форму записи кинетической энергии тела входят его абсолютные, а не относительные скорости. В рассматриваемом случае сохранение условия ковариантности нарушает закон сохранения энергии. Естественно, что при необходимости сохранения принципа относительности в физике и соответствующей ей разработке нового вида преобразований, при переходе из одной системы отсчёта в другую, опираться придётся все же на закон сохранения энергии, как на основополагающий принцип природы, установленный в экспериментах, а не на изобретённую Лоренцем ковариантность, которая, вероятнее всего, при этом не будет выполняться. Поэтому, ковариантность следует рассматривать не более как математический приём, этакий математический феномен, согласованно преобразующий все члены уравнения так, что его вид остаётся неизменным, но который пока ещё не нашел своей должной физической интерпретации. Как указывалось выше, для реальной, а не математической физики, такой приём просто непригоден, поскольку он противоречит закону сохранения энергии и из него “естественным образом” вытекает возможность создания “вечных двигателей”, то есть получения энергии из ничего. Необходимо отметить, что на аналогичное нарушение законов сохранения энергии-импульса, но в общей теории относительности Эйнштейна, указывали академик А.А.Логунов и М.А.Мествиришвили, хотя и на несколько иных основаниях. (2).

Сказанное выше не только разрывает какую-либо связь между физическим принципом относительности и ковариантной формой записи физических законов, но и вызывает сомнения в истинности самого физического принципа относительности, о чём будет говориться в конце настоящей статьи. Ниже будет показано, что несостоятельность СТО, как феноменологической теории, базируется вовсе не на этом положении, хотя одно оно уже исключает специальную теорию относительности из ранга теорий, объективно описывающих свойства пространства, а на логических ошибках Эйнштейна, приводящих к несовместности выдвинутых им постулатов уже в формальных рамках математической модели этой теории. Противоречие между принципами (скорость любого движения для двух наблюдателей, движущихся относительно друг друга, имеет различные значения), Эйнштейн считал кажущимся и разрешал его с помощью утверждения, что одновремённые события в одной системе отсчёта могут быть неодновременными в другой. Однако, доказательство относительности одновремённых событий ещё не означает доказательства совместности принципов. Это только намёк на это, поскольку является незавершённым рассуждением. Ниже будут приведены доказательства того, что: “кажущееся” противоречие является действительным. Будут приведены два доказательства: первое в виде математической теоремы, доказанной от “противного”, т.е. при предположении, что оба принципа верны, а второе – в форме физического эксперимента по определению абсолютной скорости движения нашей планеты, который был осуществлён на практике и дал положительный результат.

Не рассматривая правомерность применённой Эйнштейном математической модели получения указанных преобразований, обратим более пристальное внимание на его утверждения, обосновывающие относительность одновременных событий, как одного из доказательств принципа постоянства скорости света. Положение об относительности одновременных событий возникает вследствие реализации способа синхронизации часов. На важность синхронизации часов указывали многие исследователи. В частности, А. Пуанкаре утверждал (см. статью “Измерение времени” 1898г.), что в методике синхронизации часов очень важное место занимает положение о том, чтобы время прохождения синхронизующего светового импульса от первых часов ко вторым должно быть в точности равно времени прохождения светом обратного пути (изотропность скорости света) (3). Именно это условие синхронизации является краеугольным камнем теории и именно его постулирует Эйнштейн, провозглашая постулат о постоянстве скорости света. Однако, если последовательно и методично применять метод синхронизации, используемый Эйнштейном, к часам, расположенным в разных инерциальных системах отсчёта, (и при этом оставаться в рамках логики самой теории и не привлекать никаких новых положений, например: гипотезу светоносного эфира), то выясняется, что (после процедуры синхронизации часов), рассчитанные промежутки времени прохождения лучом света прямого и обратного пути в этих системах будут разными. А это нонсенс, поскольку результат одного и того же эксперимента не может измениться при его рассмотрении из другой системы отсчета. Действительно, если в системе отсчёта, где проводится опыт, отношение указанных интервалов времени постулируется равным единице (постулат постоянства скорости света), то тоже отношение интервалов должно наблюдаться и из движущейся системы отсчёта, в противном случае такой результат противоречил бы принципу относительности. А поскольку фактически эти отношения интервалов времён всё же зависят от выбора системы отсчёта, то постулаты противоречат друг другу. Действительно, поскольку системы равноправны (принцип относительности) и скорость света в них имеет одно и то же значение и она изотропна (принцип постоянства скорости света), то в них время прохождения светом прямого и обратного пути будет равным, а отношение указанных времён равно единице. Это положение постулируется и на его основе производится синхронизация часов, принадлежащих системам измерения. Для часов “движущейся” системы, наблюдаемых из неподвижной, синхронизация будет нарушена. Именно на это указывал Эйнштейн, рассматривая вопросы синхронизации. Но дальше этого утверждения он “не пошёл”, т.е. не доказал, что при наличии не синхронности хода часов в разных системах, всё же отношение интервалов времени, затрачиваемых светом при прохождении прямого и обратного пути, в них будет одним и тем же. В противном случае нарушается принцип относительности и по результатам таких опытов может быть найдена абсолютная система отсчёта, в которой указанные промежутки времени будут равны, а их отношение равно единицы. Таким образом, только констатация факта не синхронности показаний часов, находящихся в разных системах отсчёта, ещё не опровергает и не подтверждает намека Эйнштейна на то, что этого вполне достаточно для равенства указанных промежутков времени. Действительно, для этого необходимо точно знать (вычислить) величину промежутков времени распространения света от первых часов ко вторым и обратно для обеих систем. Для решения этой проблемы вначале определим величину рассинхронизации часов ∆, расположенных на концах движущегося стержня, в точках А и В, то есть несовпадение показания стрелок часов, или то, на сколько делений стрелки одних часов (например А) сдвинуты относительно стрелок других часов (В) для одного и того же момента времени, определяемого по часам “неподвижной” системы отсчёта. Несложный расчёт показывает (здесь используются та же методика и те же обозначения, которыми пользовался Эйнштейн в своей статье), что разница определится по формуле ∆ = tВ1- tА1 = . Здесь tА1 и tВ1 время, которое показывают часы в точках А и В. rab – расстояние между часами. V – скорость света, v – относительная скорость систем отсчёта. Далее проводится мысленный эксперимент, суть которого заключается в том, что оба наблюдателя, находящиеся у часов движущейся системы, в одно и тоже время (начало отсчёта), по своим уже синхронизированным часам производят вспышки света и фиксируют момент прихода света от вспышки, произведённой у противоположных часов. Измеренные интервалы времени, то есть разница между началом отсчёта и моментом прихода света от вспышек света, произведённых у противоположных часов, для каждого из них будет различной. Это вполне естественно, поскольку и часы идут не синхронно и скорость света в прямом и обратном направлениях различна. Но это следует только из показаний часов неподвижной системы, тогда как для движущейся системы постулируется синхронизация и постоянство скорости света. Расчёты показывают, что разница измеренных интервалов времени ∆ tВ , ∆ tA определится по формуле

∆ tВ - ∆ tA = + ∆ - [ - ∆] = + 2∆ .

Здесь, как и прежде, используются обозначения автора СТО. Из уравнения видно, что промежутки времени разные, тогда как согласно принципу относительности они должны быть равны друг другу. А это уже есть прямое противоречие между постулатами. Здесь не приводятся конкретные последовательные вычисления, поскольку они элементарны и полностью базируются на соотношения, используемых Эйнштейном в своей теории для доказательства относительности одновременности. Здесь же следует обратить внимание на то, что в приведенных рассуждениях вообще не применяется понятие “эфира”, а в полной мере используются только оба постулата и понятие относительного движения равноправных инерциальных систем отсчёта. Такую апорию специальная теория относительности преодолеть не в состоянии, поскольку в ней самой изначально, в виде постулатов, несовместимых друг с другом, уже заложено указанное противоречие. Противоречие было выявлено одним из авторов настоящей статьи ещё в 1973г. (4)

Однако, результаты и выводы рассмотренных выше мысленных экспериментов, которые хотя и сопровождаются математическими расчётами и доказывают внутреннюю противоречивость теории относительности, это всё же есть только логический вывод, обоснованное утверждение. Действительно, хотя и была доказана невозможность совместного применения обоих постулатов в рамках одной физической модели, но это доказательство представляет собой лишь математическую теорему. А как дело обстоит в реальности, в самой природе? Что в действительности будут фиксировать наблюдатели в описанном выше опыте, но уже не в мысленном, а реальном эксперименте, находящиеся в одной и той же системе отчета и каждый у своих часов. Поскольку постулат постоянства скорости света, уравнивающий время прохождения светом прямого и обратного пути, это только жгучее желание автора СТО, без которого ковариантность уравнения “шаровой волны” не получить.

Ответ на вопрос о том, что же истинно: постулат или теорема, может дать только сама Природа, если ей задать его в виде целенаправленного реального эксперимента. В наши дни, когда измерительная техника достигла огромных высот, утверждение Эйнштейна о равенстве указанных промежутков времени в движущихся системах, можно проверить даже в прямых экспериментах. Действительно, атомные часы позволяют измерять время в триллионные доли секунды ( 10-12 с.) с высочайшей точностью (относительная погрешность эталонных часов России составляет 2–13 - 10-14), причем, с указанной стабильностью хода атомных часов в течение нескольких лет непрерывного эксперимента (5). Однако, можно для этих же целей воспользоваться и значительно менее дорогой экспериментальной техникой и так же опытным путём сделать выбор между постулатом и теорией, а, по сути, между теориями Лоренца и Эйнштейна. И такая работа была проделана ещё в 1973 – 1975гг. (6)