Корректная система постулатов специальной теории относительности

В конце 19 века была полная уверенность, что измеряя скорость света, можно определить скорость движения Земли относительно пространства («электромагнитного эфира»). Результаты опытов, известные как «эксперимент Майкельсона-Морли», удивили весь ученый мир. Скорость света оказалась постоянной и не зависела от направления движения Земли. Этой проблеме было уделено особое внимание в знаменитой лекции, прочитанной в Королевском институте лордом Кельвином в 1900 году (облако №1).

Было предложено несколько путей выхода из кризиса. Лоренц считал, что в процессе движения происходит изменение физических величин: длины и времени. Французский математик Пуанкаре впервые сформулировал общий принцип относительности, ввел четырехмерное пространство-время, получил точные релятивистские преобразования. Интересно, что и Лоренц и Пуанкаре считали «эфир» реально существующей субстанцией. В частности, Пуанкаре предполагал, что в природе действует некоторый феномен, скрывающий абсолютную скорость. Результатом эволюции идей стало появление в 1905 году специальной теории относительности (СТО) А. Эйнштейна.

Пересказывать СТО не имеет смысла, отметим, что она имеет непротиворечивую структуру, основанную, как считается, на двух недоказуемых утверждениях – постулатах.

1. Общий принцип относительности (принцип относительности Эйнштейна) или инвариантность инерциальных систем отсчета (ИСО). Этот постулат утверждает, что невозможно обнаружить скорость равномерного и прямолинейного движения относительно пространства, используя любые физические явления, в том числе электромагнитные.

2. Принцип постоянства скорости света. Скорость света постоянна и не зависит от скорости движения источника. В современной трактовке: - существует максимальная скорость, равная для любых ИСО.

С момента создания СТО и по настоящее время не прекращаются попытки найти ошибки в методике проведения экспериментов по измерению скорости света и в построении самой теории. Почему теория относительности вызывает такое отторжение? Начиная с СТО, в физике исчезает возможность образного представления, а значит глубокого понимания явлений природы. С появлением квантовой механики, окончательно победил формально-математический подход. Если не рассматривать серьезно мантры вида: «человеческий мозг не в состоянии…», то должна существовать объективная причина разрыва между восприятием окружающего мира и его физическими свойствами.

СТО является внутренне непротиворечивой, значит, причина разрыва должна лежать вне этой теории. Дело в том, что в СТО неявно используется группа «очевидных» постулатов. Проверим на совместимость следующие утверждения из этой группы:

3. Существует пространство.

4. Существуют объекты.

5. Объекты обладают свойством двигаться в пространстве.

Легко увидеть, что полная система постулатов 1÷5 противоречива. Действительно, если объекты обладают свойством двигаться в пространстве (5), а само пространство существует, т.е. является некоторой формой материи (3), то постулат 1 ошибочен. Но мы знаем, что постулат 1 верен, значит, ошибочным является, по крайней мере, один из постулатов 3÷5. Этот вывод, на первый взгляд, может показаться совершенно бессмысленным. Но, около 2400 лет назад, Аристотель усомнился в справедливости 5-ого постулата. В результате анализа он пришел к парадоксальному выводу: движение в пространстве не может являться собственным свойством объектов. Этот вывод является философской формулировкой первого постулата СТО или, по крайней мере, близок к нему.

В то время построить физическую модель движения на основе идеи Аристотеля было бы весьма затруднительно. Сегодня известно, что такой процесс можно реализовать на основе динамической развертки, применяемой в различных устройствах визуализации, например в компьютерных мониторах. Один из вариантов альтернативной формулировки дополнительных постулатов имеет вид:

3а. Существует пространство.

4а. Объекты являются измененным состоянием пространства.

5а. Эффект движения возникает при периодическом восстановлении измененного состояния пространства, соответствующего объекту, в новых координатах.

Для наглядного представления динамического способа существования материи выполним простой опыт. Возьмем тетрадь с белыми листами. На последнем листе поставим точку, на предыдущей странице – вторую точку и т.д. Быстро пролистаем страницы. Если каждая точка нарисована с некоторым смещением, то мы увидим движение точки по листу бумаги.

Времени между перелистыванием листов соответствует интервал системного времени (времени в котором некоторый Исследователь перелистывает страницы). Внутреннее время, связанное с движением точки и сам процесс движения являются (с точки зрения Исследователя) иллюзией, точнее свойством всей системы, включающей внешнюю реальность. Во внутреннем мире, построенном на постулатах 3а÷5а, не существует движения как перемещения объекта в пространстве. Объекты (нарисованные точки) всегда неподвижны относительно пространства (листа бумаги) и относительно друг - друга. Эффект движения возникает при периодическом восстановлении объекта в новых координатах. Инвариантность ИСО сводится к произвольному выбору начальной фазы в интервале системного времени, причем равномерному движению соответствует постоянное фазовое смещение. Этот пример динамического движения является наглядным обоснованием первого постулата СТО.

Обсуждение

1. Для объяснения физических свойств окружающего мира, дополнительно вводится некоторая неизвестная часть реальности (мир Исследователя или Перводвигатель Аристотеля), тогда какой смысл в «выдумывании новых переменных»?

Сегодня почти ничего не известно о скрытом от нас мире. Но, из того, что уже стало известно, можно сделать следующий вывод: - трансцендентная (скрытая) реальность имеет значительные отличия, это качественно иной уровень. В данном случае, не так важно: кто и как «перелистывает страницы» и как организован процесс восстановления объектов. Можно рассматривать различные варианты, включая природные феномены, это отдельная тема. Важно, что система постулатов, основанная на динамическом принципе существования материи, позволяет разорвать сложившийся порочный круг недопонимания и возродить принцип наглядности в описании физических явлений. Существует вполне конкретный способ описания реальных физических свойств окружающего мира на уровне физических моделей, другое дело, что такая картина полностью противоречит бытовому опыту. Как следствие: пространство, безусловно, является материальной средой, характеризующейся вполне конкретной и весьма значительной внутренней энергией, противоречия с общим принципом относительности Эйнштейна в динамической концепции реальности не возникает.

2. Альтернативная система постулатов 1,2,3а,4а и 5а является избыточной. Нет необходимости в постулатах СТО (1 и 2), - это характерное свойство динамических систем определенного типа. Вследствие этого, ТО теряет смысл и, вероятно будет заменена механикой динамического пространства, назовем ее, например, механикой Лоренца-Пуанкаре-Эйнштейна (ЛПЭ). Некоторые новые элементы ЛПЭ механики будут использованы в следующих заметках.

3. Основная причина победы идей СТО над концепцией Лоренца-Пуанкаре заключалась в потенциале теории Эйнштейна. На ее основе была создана Общая теория относительности. Точно так, динамическая модель открывает ряд принципиально новых направлений, связанных, в частности, с пониманием тонкого строения материи (тема следующей заметки). Зная свойства нашего мира, можно решить обратную задачу – восстановить принципы, заложенные в динамическую схему и определить некоторые алгоритмы существования материи.

4. Нет другого пути, не придумали за 150 лет, это единственное решение парадокса «эфира». Высокая цена такого решения связана с отказом от «очевидных» представлений об окружающем мире, т.е. отказом от сложившегося веками мировоззрения. Принятие новой модели реальности не является задачей науки (все экспериментальные данные соответствуют именно динамической схеме), а проблемой преодоления внутреннего психологического барьера каждого индивида. Переход от видимости к исследованию скрытой сущности явлений, вероятно, станет главной парадигмой 3-его тысячелетия. Почему это так важно, и к каким колоссальным последствиям приведет, мы попытаемся узнать в следующих заметках, если Бог даст.

4 октября 2015 год Лебедев Владимир