Критика теории относительности
О.Е. Акимов
7. Спекулятивная геометрия
В первой своей работе 1905 года Эйнштейн обходился без термина собственный, но в ней сохранился более важный для нас сейчас рудимент теории относительности, который впоследствии нигде, никогда и ни у кого в явном, в столь открыто провозглашенном, виде не встречается – абсолютная система координат. Приступая к выводу преобразований Лоренца, Эйнштейн прямо так и написал: «Пусть в "покоящемся" пространстве даны две координатные системы...». К абсолютному пространству эфира Эйнштейн привязал систему координат, оси которой он обозначил большими латинскими буквами – X, Y, Z.
Чтобы в тексте случайно не спутать абсолютное пространство покоящегося эфира с относительным пространством покоящейся системы координат, он первое выделенное здесь курсивом слово ставит в кавычках. Первый параграф статьи 1905 года, озаглавленный «Определение одновременности», он начинает словами: «Пусть имеется координатная система [X, Y, Z], в которой справедливы уравнения механики Ньютона. Для отличия от вводимых позже координатных систем и для уточнения терминологии назовем эту координатную систему "покоящейся"». Буквы X, Y, Z здесь еще не фигурируют, но они появляются в явном виде в нижеследующем тексте, когда автор апеллирует к своему внутреннему, психологическому пространству, совпадающему с абсолютным пространством эфира. С точки зрения грамматики, большие буквы используются им как обобщенные названия для соответствующих осей, которые, однако, неразличимы от координатных осей абсолютной системы отсчета.
В абсолютном пространстве Эйнштейн, как метанаблюдатель, располагает еще две системы координат, введя для них специальные обозначения: K (x, y, z, t) – для покоящихся (уже без кавычек) координатных осей и k(ξ, η, ζ, τ) – для движущихся координатных осей (для удобства прочтения здесь и ниже греческая буква каппа заменена на прописную латинскую букву k). «Покоящаяся» абсолютная система отсчета неподвижного эфира была для него основополагающей и не только потому, что в ней «справедливы уравнения механики Ньютона», главное, что в ней происходило распространение луча света со скоростью V, источник которого мог находиться где угодно, в том числе и в движущейся со скоростью v системе отсчета.
Знаменитый второй постулат относится именно к этой «покоящейся» системе эфира. Эйнштейн пишет: «Каждый луч света движется в "покоящейся" системе координат с определенной скоростью V, независимо от того, испускается ли этот луч света покоящимся или движущимся телом».
Разумеется, перед нами типичное утверждение классической физики. Звук в «покоящейся» атмосфере тоже распространяется с определенной скоростью V', независимо от того, испускается ли он покоящимся или движущимся источником. Много позже стараниями неутомимых релятивистов постулаты Эйнштейна были приведены в соответствие с релятивистским, а правильнее сказать, спекулятивным, духом времени.
Так, упомянутый уже Левич о них напишет следующим образом: «В основу теории относительности положены два принципа или постулата: 1) принцип относительности Эйнштейна; 2) принцип существования предельной скорости распространения взаимодействия. ...Наличие предельной скорости автоматически предполагает ограничение скорости движения материальных тел величиной c » [14].
Согласно этой формулировке справедлива формула c = c ± v. Однако Эйнштейн так не формулировал свой отправной пункт. Наоборот, он на основании постулата классической физики и составленных им уравнений пытается доказать, что «свет при измерении в движущейся системе также распространяется со скоростью V». Разумеется, Эйнштейн ставил перед собой решение абсурдной физической задачи: на основе векторного сложения скоростей нельзя получить выражение типа c = c ± v. Но мы пока не станем обсуждать полученные им результаты. Наша цель – восстановить первоначальный ход мысли автора статьи 1905 года.
Это сделать не просто, так как поздние релятивисты стали приписывать отцу-основателю то, чего никогда не было в его первой работе по теории относительности. Нам же необходимо сосредоточиться именно на эйнштейновской формулировке второго постулата, который позднее был переформулирован релятивистами. Мы утверждаем, что по содержанию этот постулат удовлетворял канонам классической физики, а все нынешние его модификации уже противоречат ей. Возьмите любой учебник или справочник, и вы не отыщите в них первой эйнштейновской формулировки; в них вы найдете только то, что сам он считал нужным «с помощью уравнений выразить».
Так, например, в Берклеевском курсе мы читаем следующую формулировку: «... Необходим следующий новый физический принцип, который можно сформулировать просто и ясно: скорость света не зависит от движения его источника или приемника» [15]. Вот о приемнике Эйнштейн в работе 1905 года ничего не говорил. Понятно, что берклеевская формулировка радикально меняет физическую ситуация и делает её с самого начала противоречащей классической физике. Обратим также внимание читателей на то, что формулировка второго постулата теории относительности, данная авторами Берклеевского курса, отличается от формулировки этого постулата, данной Левичем, который связал ее с предельной скоростью.
Эйнштейновская формулировка второго постулата гласит: «Каждый луч света движется в "покоящейся" системе координат с определенной скоростью c, независимо от того, испускается ли этот луч света покоящимся или движущимся телом» [16]. Еще раз подчеркнем, что здесь идет речь только об источнике света и ничего не говорится о его приемнике.
Однако, продолжим разбор «Кинематической части» первой статьи 1905 года. Напомним, большие латинские буквы – X, Y, Z – Эйнштейн использовал для абсолютной системы отсчета покоящегося эфира, в которой свет движется с постоянной скоростью V. Малые латинские буквы – x, y, z – используются им для относительной системы отсчета, которая, с точки зрения метанаблюдателя, должна оставаться в покое в течение проведения мысленного эксперимента. Скорость v регистрируется метанаблюдателем: с этой скоростью движутся координаты, обозначенные Эйнштейном малыми греческими буквами – ξ, η, ζ.
Далее, Эйнштейн, как метанаблюдатель, регистрирует скорость луча света как V – v, V + v и
, т.е. он складывает и вычитает скорость света V и скорость v системы k относительно системы K обычным, классическим способом. Получив из классического анализа хода лучей в интерферометре Майкельсона формально-спекулятивным путем, т.е. с нарушением математических правил, преобразования Лоренца, он затем передает эти уже неклассические формулы объектным наблюдателям, негласно запрещая им пользоваться классическими формулами, в частности, формулой сложения скоростей.
Такая методология вывода формул преобразования координат, разумеется, в корне ошибочна и, тем не менее, она прижилась, более того, была восторженно принята релятивистами на вооружение. В подтверждение своих слов, приведем начало и отдельные характерные фрагменты третьего параграфа статьи «К электродинамике движущихся тел», озаглавленного «Теория преобразования координат и времени от покоящейся системы, к системе, равномерно и прямолинейно движущейся относительно первой». Непредвзято мыслящий читатель, непременно заметит на момент написания этого параграфа существование в голове автора субъективного пространства, имеющего статус абсолютного, в котором расположены две относительные системы координат.
«Пусть в "покоящемся" пространстве, – пишет Эйнштейн, – даны две координатные системы, каждая с тремя взаимно перпендикулярными осями, выходящими из одной точки. Пусть оси X обеих систем совпадают, оси Y и Z – соответственно параллельны. Пусть каждая система снабжена масштабом и некоторым числом часов, и пусть оба масштаба и все часы в обеих системах в точности одинаковы.
Пусть теперь началу координат одной из этих систем (k) сообщается (постоянная) скорость v в направлении возрастающих значений x другой, покоящейся системы (K); эта скорость передается также координатным осям, а также соответствующим масштабам и часам. Тогда каждому моменту времени t покоящейся системы (K) соответствует определенное положение осей движущейся системы, и мы из соображений симметрии вправе допустить, что движение системы k может быть таким, что оси движущейся системы в момент времени t (через t всегда будем обозначать время покоящейся системы) будут параллельны осям покоящейся системы.
Представим себе теперь, что пространство размечено как в покоящейся системе K посредством покоящегося в ней масштаба, так и в движущейся системе k посредством движущегося с ней масштаба, и что, таким образом, получены координаты x, y, z и соответственно ξ, η, ζ. Пусть посредством покоящихся часов, находящихся в покоящейся системе, и с помощью световых сигналов указанных в п. 1 способом определяется время t покоящейся системы для всех тех точек последней, в которой находятся часы. Пусть далее таким же образом определяется время τ движущейся системы для всех точек этой системы, в которых находятся покоящееся относительно последней часы, указанным в п. 1 способом световых сигналов между точками, в которых эти часы находятся.
Каждому набору значений x, y, z, t, которые полностью определяют место и время событий в покоящейся системе K, соответствует набор значений ξ, η, ζ, τ устанавливающий это событие в движущейся системе k, и теперь необходимо найти систему уравнений, связывающих эти величины...
Пусть из начала координат системы k в момент времени t0 посылается луч света вдоль оси X в точку x' и отражается оттуда в момент времени τ1 назад, в начало координат, куда он приходит в момент времени τ2; тогда должно существовать соотношение
(7) (τ0 + τ2)/2 = τ1,
или, выписывая аргументы функции τ и применяя принцип постоянства скорости света в покоящейся системе, имеем
(8) [τ1(0, 0, 0, t) + τ2(0, 0, 0, {t + x'/(V – v) + x'/(V + v)})]/ 2 =
= τ1(x', 0, 0, x'/(V – v)).
...Если принять во внимание, что свет вдоль осей Y и Z при наблюдении из покоящейся системы K всегда распространяется со скоростью
...Относительно координат системы k луч света при измерении, произведенном в покоящейся системе K, движется со скоростью V – v, вследствие чего x'/(V – v) = t ...
...Нужно с помощью уравнений выразить то обстоятельство, что свет при измерении в движущейся системе также распространяется со скоростью V» [17].
Данная ситуация с тремя системами координат напоминает игру кошки с двумя мышами. Кошка находится в абсолютной системе отсчета (X, Y, Z, T), а мыши в относительных: одна – в покоящейся (x, y, z, t), другая – в движущейся (ξ, η, ζ, τ). Кошка играет по правилам классической физики и устанавливает правила неклассической физики для мышей. Эта искусственная постановка производится с помощью специально придуманной для мышей синхронизации часов (об этом ниже) Предполагается, что глупые мыши не знают ничего о скорости распространения света, наличии эфира и не могут внести в ход своих часов нужные поправки на время распространения света; такие поправки умеет рассчитывать только кошка. Таким образом, хитрой кошке удается всучить наивным мышам совершенно негодные часы, по которым ровным счетом ничего нельзя узнать: ход времени у них, фактически, оказывается несинхронизованным. Сегодня уже нет той самой кошки (Эйнштейна), но бесчисленные поколения мышей (релятивисты) всё ещё бояться нарушить установленный кошкой порядок вещей.
Вывод преобразований Лоренца, начало которого мы только что привели, сделан Эйнштейном сугубо формально. Именно подобная спекулятивная манипуляция символами вызвала к жизни наш конструктивный подход, который, однако, яростно отвергается релятивистами, как слишком «элементарный», «школьный», а значит и не способный отражать их «глубокие» релятивистские идеи.
Схоластическими выкладками Эйнштейн покрыл четыре с лишним страниц статьи 1905 года. С помощью этой спекуляции автор хотел связать и разрешить три активно обсуждавшихся в его время проблемы:
во-первых, проблему истолкования результатов эксперимента Майкельсона – Морли (схему лучей света, распространяющихся в интерферометре Майкельсона, Эйнштейн вопреки своим поздним заявлениям держал в голове);
во-вторых, проблему синхронизации часов, поднятую до него Лоренцем и Пуанкаре, которая связана как будто бы с «нарушением одновременности событий».
в-третьих, проблему связи уравнений Максвелла с уже известными (благодаря усилиям Лармора, Лоренца и Пуанкаре) преобразованиями координат, которым Пуанкаре присвоил имя Лоренца.
Но, повторяем, вывод Эйнштейна лоренцевых преобразований, с точки зрения математики, оказался абсолютно несостоятельным. Ошибка была допущена на стадии постановки задачи: нельзя получить из законов классической физики, в частности, векторного сложения скоростей, неклассические преобразования, для которых векторное сложение скоростей нарушается. Во всех последующих работах Эйнштейна, а также в современных учебниках крайне путаный вывод преобразований Лоренца, представленный в статье 1905 года, никогда уже не повторялся. Очевидно, даже для поклонников эйнштейновской гениальности математические манипуляции показались чересчур подозрительными.
Итак, выше были перечислены три проблемы конца XIX века, которые Эйнштейн в 1905 году механически соединил вместе и объявил об их решении. Первую проблему, связанную с экспериментом Майкельсона – Морли, пока отложим в сторону – она слишком обширна, чтобы её рассматривать мимоходом. Обратим свои взоры ко второй проблеме, связанной с синхронизацией часов и нарушением одновременности.
Сразу с порога нашего повествования предупредим читателя, что за явлением нарушения одновременности не стоит ничего странного. Это – самый тривиальный факт классической физики, встречающийся на каждом шагу в нашей повседневной жизни. Так что его не следует соединять с релятивистскими спекуляциями, которые обозначаются словосочетанием замедление времени. Последнее является фикцией, не имеющей ничего общего с реальностью и наукой. Сваливать оба феномена в одну кучу, как это делают сейчас релятивисты, значит, манипулировать фактами классической физики во благо релятивистской.
* * *
Первыми, кто отчетливо заговорили о нарушении одновременности, были Лоренц и Пуанкаре. Процитируем сначала работу Пуанкаре 1904 года, потом Лоренца.
«... Все попытки измерить скорость Земли относительно эфира, – пишет Пуанкаре, – привели к отрицательным результатам. На этот раз экспериментальная физика оказалась более верна принципу, чем математическая физика; теоретики не посчитались бы с ним, чтобы согласовать другие общие представления, но эксперимент упорно подтверждал его. Испробовали множество способов. Наконец, Майкельсон достиг самых высоких пределов точности, но все было тщетно. И именно для того чтобы объяснить это упорство, математики вынуждены проявить сегодня всю свою изобретательность. Задача их нелегка, и если Лоренц благополучно справился с ней – так только путем нагромождения гипотез. Наиболее хитроумной была идея местного времени.
Представим себе двух наблюдателей, которые хотят выверить свои часы с помощью оптических сигналов. Они обмениваются сигналами, но так как им известно, что распространение света не мгновенно, они посылают их перекрестно. Когда в пункт B приходит сигнал из пункта A, то находящиеся в нем часы должны показывать не то время, которое показывали часы пункта A в момент отправления сигнала, а время, увеличенное на постоянную, равную длительности передачи. Предположим, например, что пункт A посылает свет, когда его часы показывают время 0, а пункт B принимает его, когда его часы показывают время t. Часы отрегулированы, если запаздывание, равное t, представляет собой длительность передачи, для проверки чего пункт B посылает, в свою очередь, сигнал, когда его часы показывают время 0. Пункт A должен получить его, когда его часы показывают время t. После этого часы отрегулированы. И действительно, они показывают одинаковое время в один и тот же физический момент, но при одном условии, что оба пункта – неподвижны. В противном случае длительность передачи будет не одной и той же в двух направлениях, поскольку пункт A, например, движется навстречу оптическому возмущению, исходящему из пункта B, а пункт B движется впереди возмущения, испущенного из пункта A. Часы, отрегулированные таким образом, не будут показывать истинное время. Они показывают так называемое местное время. Это не имеет большого значения, поскольку у нас нет средств заметить это. Все явления, которые происходят, например в пункте A, будут запаздывать, но все останется точно таким же, и наблюдатель не заметит этого, поскольку его часы отстают. Таким образом, как этого требует принцип относительности, у наблюдателя не будет никакой возможности узнать, находится ли он в покое или в абсолютном движении. К несчастью, этого недостаточно, и требуется дополнительные гипотезы. Необходимо допустить, что все движущиеся тела испытывают одинаковое сжатие в направлении движения. Например, один из диаметров Земли уменьшается на 1/200000000 вследствие движения нашей планеты, тогда как другой диаметр сохраняет свою длину» [18].
Пуанкаре писал процитированные нами строки с тем, чтобы продемонстрировать силу принципа относительности, в который он свято верил, но пока что не находил для него физического оправдания. Скорость света абсолютна по отношению к покоящемуся эфиру и она плохой помощник в деле подтверждения принципа относительности. Однако не будем сейчас сосредотачиваться на проблемах принципа относительности – это самостоятельная задача, – а посмотрим, что написал Эйнштейн в своей первой работе 1905 года по поводу синхронизации часов. Прежде чем это сделать, полезно процитировать выдержку из стандартного учебника для средней школы, где растолковывается тот же самый вопрос – относительность одновременности. Обращение к учебнику нам нужно для того, чтобы зафиксировать расхождение между тем, что когда-то написал Эйнштейн, и тем, что пишут современные релятивисты.
«Постулат специальной теории относительности об абсолютной скорости [света], – пишет автор учебника, – сразу отвергает гипотезу об абсолютной одновременности разноместных событий, значит, и представление о едином для всех инерциальных систем отсчета абсолютном времени. Чтобы в этом убедиться, рассмотрим следующий мысленный опыт.
Пусть система отсчета K' связана с достаточно длинным "ящиком", который движется относительно системы отсчета K со скоростью v (рис. 7.2а). В центре "ящика" расположен источник частиц, движущихся с абсолютной скоростью c, например источник света. При "вспышке" источника излучается пара таких частиц: одна из них движется к метке a, другая к метке b. Ясно, что соударения частиц с этими метками в системе отсчета K' (внутри "ящика") будут одновременными событиями.
Рис. 7.2. Ложность факта относительности одновременности. В положении (а) платформа K движется, ящик K' покоится относительно эфира; лучи от источника света достигнут точек a и b одновременно. В положении (б) платформа K покоится, ящик K' движется относительно эфира; лучи от источника света достигнут точек a и b не одновременно. Принцип относительности здесь не применим, так как в обоих случаях участвует свет, распространяющийся в неподвижной среде, т.е. нельзя утверждать, что ситуация (а) и (б) физически одна и та же. В том, что в положении (а) движется именно платформа K, или что в положении (б) движется именно ящик с источником света K', можно удостовериться, например, с помощью эффекта Доплер.
Относительно системы отсчета K метки a и b движутся со скоростью v так, что одной частице метку b нужно догонять, а к другой частице метка a движется навстречу (рис. 7.2б). Так как скорость частиц одинаковы и равны c в обеих системах отсчета, то соударение с меткой a левой частицы произойдет раньше соударения правой частицы с меткой b. Таким образом, те же события – соударения частиц с метками a и b – будут неодновременными в системе K. Относительность одновременности разноместных событий означает отсутствие абсолютного времени для всех инерциальных систем отсчета. Согласно принципу относительности, в любой инерциальной системе отсчета время течет совершенно так же, как и в каждой совокупности инерциальных систем отсчета. Однако единого для всех инерциальных систем отсчета абсолютного времени не существует» [19].
В этом изложении вопроса относительности одновременности обратим внимание читателя на два противоречивых обстоятельства.
Во-первых, наблюдатель движущейся системы K' «зарегистрировал» приход «частиц» света (кстати, почему частиц, а не волн?) к меткам a и b «одновременно» только потому, что второй постулат о постоянстве скорости света после 1905 г. релятивистами (Эйнштейн много позже с ними согласился) был распространен с движущегося или покоящегося источника на движущегося или покоящегося приемник. Но еще раз напомним: скорость распространения электромагнитных колебаний в мировой среде зависит только от свойств этой среды и не зависит от движения источника. Поэтому постулировать постоянство скорости света относительно источника можно и нужно, но распространять постоянство скорости света на приемник есть уже откровенная фальсификация надежно установленного экспериментального факта.
Ситуация, изображенная на рис. 7.2а, вообще говоря, двусмысленная, ее можно понять и так, что источник света и "ящик", вместе образующие систему K', неподвижны относительно эфира, а система K движется со скоростью – v относительно покоящегося эфира.
Во-вторых, наблюдатель покоящейся системы K «зарегистрировал» приход «частиц» света к меткам a и b не одновременно только потому, что второй постулат о постоянстве скорости света вдруг перестал выполняться и скорость света для него почему-то стала складываться (c + v) и вычитаться (c – v) со скоростью ящика v. Нелогично применять к оной и той же физической ситуации сначала релятивистскую теорию, а затем классическую. Если уж запрещено суммировать скорости по законам векторного сложения, то этот принцип нужно сохранять до конца анализа данного «мысленного эксперимента».
В действительности, для ситуации, изображенной на рис. 7.2б, движущийся наблюдатель системы K', как и наблюдатель покоящейся системы K, зарегистрирует одну и ту же картину: неодновременность прихода «частиц» света к меткам a и b. Одновременная «одновременность» и «неодновременность» одних и тех же событий является грубой логической ошибкой, которую мог бы обнаружить внимательный школьник, если бы преподаватель не обманывал его в отношении отсутствия мировой среды.
Рис. 7.2а и 7.2б не представляют собой две картинки одной и той же физической ситуации, изображенные якобы с точки зрения двух объектных наблюдателей, находящихся в системах K' и K. Чтобы это понять, достаточно все происходящие здесь со светом события представить аналогами звуковых волн.
Итак, надеемся, что непредвзято мыслящему читателю, понятен спекулятивный характер данного «мысленного эксперимента». Теперь обратим его внимание на спекуляции более высокого порядка, сопоставимыми с эффектом лестницы Шрёдера и неоднозначностью расстановки штриха в формулах теории относительности, что, как мы знаем, связано с более глубокими логико-психологическими иллюзиями релятивистов. С этой целью процитируем Эйнштейна, а затем сравним слова отца-основателя с тем, что было сказано на этот счет рядовым автором проходного учебника для школьников.
«Желая определить время событий, – пишет Эйнштейн в своей первой работе по теории относительности, – мы могли бы, конечно, удовлетвориться тем, что заставили бы некоторого наблюдателя, находящегося с часами в начале координат, сопоставлять соответствующее положение стрелки часов с каждым световым сигналом, идущим к нему через пустоту и дающим знать о регистрируемом событии. Такое сопоставление связано, однако, с тем неудобством, известным нам из опыта, что оно не будет независимым от место нахождения наблюдателя, снабженного часами» [20].
Назовем такой метод сверки часов первым и запомним, что Эйнштейн отказался от него, так как данная сверка часов зависит от расстояния rAB, на котором находятся сверяющие объектные наблюдатели A и B. Далее Эйнштейн, вслед за Лоренцем и Пуанкаре, предложил второй метод сверки, который им был назван «более практичным»:
«Если в точке A пространства помещены часы, – пишет Эйнштейн, – то наблюдатель, находящийся в A, может устанавливать время событий в непосредственной близости от A путем наблюдения одновременных с этими событиями положений стрелок часов. Если в другой точке B пространства также имеются часы (мы добавим: "точно такие же часы, как в точке A), то в непосредственной близости от B тоже возможна временная оценка находящимся в B наблюдателем. Однако невозможно без дальнейших предположений сравнивать во времени какое-либо событие в A с событием в B; мы определили пока только "A-время" и "B-время", но не общее для A и B "время". Последнее можно установить, вводя определение [выделим и запомним это место, как признак философского конвенциализма], что "время", необходимое для прохождения света из A в B, равно "времени", требуемому для прохождения света из B в A [конец конвенции, т.е. дефиниции понятия времени]. Пусть в момент tA по "A-времени" луч света выходит из A в B, отражается в момент tB по "B-времени" от B к A и возвращается назад в A в момент t'A по "A-времени". Часы в A и B будут идти, согласно определению [!], синхронно, если
tB – tA = t'A – tB » [21].
Ясно, что это «определение» синхронности часов годится только для покоящихся часов, но никак не для движущихся. В случае движения часов нужно было отказаться от второго метода сверки и переходить к третьему определению синхронизации, учитывающему скорость v. Однако Эйнштейн этого шага не сделал и мы догадываемся почему. По большому счету перед ним и не стояла задача по синхронизации часов, как это может показаться наивному релятивисту. «Кошка» заранее вынашивала коварный план по обману доверчивых «мышей», для чего и придумала мысленный эксперимент по нарушению одновременности прихода лучей света в точки A и B для случая их совместного движения. Однако продолжим цитирование статьи 1905 года.
«Представим себе, – пишет Эйнштейн, – что к обоим концам стержня (A и B) прикреплены часы, которые синхронны с часами покоящейся система, т.е. их показания соответствуют "времени покоящейся системы" в тех местах, в которых эти часы как раз находятся; следовательно, эти часы "синхронны в покоящейся системе".
Представим себе далее, что у каждых часов находится движущийся с ними наблюдатель и что эти наблюдатели применяют к обоим часам установленный в п.1 критерий синхронности хода двух часов. Пусть в момент времени tA из A выходит луч света, отражается в B в момент времени tB, принимая во внимание принцип постоянства скорости света, находим
tB – tA = rAB/(c – v) и t'A – tB = rAB /(c + v),
где rAB – длина движущегося стержня, измеренная в покоящейся системе. Итак, наблюдатели, движущейся вместе со стержнем, найдут, что часы в точках A и B не идут синхронно, в то время как наблюдатели, находящиеся в покоящейся системе, объявили бы эти часы синхронными. Итак, мы видим, что не следует придавать абсолютного значения понятию одновременности. Два события, одновременные при наблюдении из одной координатной системы, уже не воспринимаются как одновременные при рассмотрении из системы, движущейся относительно данной системы» [22].
Обращаем внимание читателя на то, что Эйнштейн не только суммирует и вычитает скорости обычным для классической физики способом, он также ничего не сказал о сокращении движущегося стержня rAB, длина которого должна была измениться для наблюдателя покоящейся системы. Об этой нелогичности уже говорилось, а сейчас нам нужно сосредоточить внимание на другом, более тонком противоречии. Мы уже знаем, что в теории относительности происходит спонтанная инверсия ключевых ее положений: так было с расстановкой штриха для сокращения длины и замедления времени, так было с формулой Доплера, так случилось и на сей раз с нарушением принципа синхронности или одновременности событий.
В процитированном выше учебнике для средней школы нарушение одновременности зарегистрировал наблюдатель неподвижной системы K, наблюдатель же движущейся системы K' регистрировал одновременность событий. В случае Эйнштейна мы имеем вывод прямо противоположный: движущийся наблюдатель системы K' зарегистрировал неодновременность событий, а покоящийся наблюдатель системы K регистрировал одновременность событий.
Формально мыслящие релятивисты либо не замечают таких «мелочей», либо, заметив, не придают им большого значения. Ведь дело имеем с теорией относительностью, говорят они нам, а для нее всё возможно – хочешь, скажи так, а хочешь, этак – всё одинаково правильно. Этот спекулятивный взгляд на вещи погубил физику, лишив ее всякой твердой основы. Если всё равно, как сказать, то либо не говори вообще, либо говори, да при этом добавляй, что обратное утверждение тоже является истинным. Раз этого не делается, значит, мы имеем дело с какой-то страшной бедой, которая преследует нас вот уже второе столетие.
Важно понять всем, от школьника до академика, что если не остановить этот поток спекуляций, погибнет не только физика, что является сейчас, увы, трагическим фактом, но и всякая точная наука. Релятивисты никогда не умели мыслить отчетливыми представлениями. Это свое пренебрежение к пространственным образом они передают детям, уродуя их неокрепшее мышление. Нет большего злодеяния, чем нахождение релятивиста в школе или университете. Ответственность преподавателя перед будущими поколениями намного выше ответственности ученых, которые отравляют интеллектуальную жизнь только современникам.
* * *
Итак, относительность одновременности является очередным фантомом релятивистской доктрины. Принципиальная неопределенность, продемонстрированная сейчас нами, служит прекрасным тому доказательством. Релятивист никогда не представляет то, что он говорит, так как оперирует он спекулятивными понятиями. Если же немного напрячь своё воображение, то тут же в их рассуждениях обнаруживаются противоречия.
Одновременность или неодновременность двух событий – факт абсолютный, объективный и достаточно тривиальный; никакого относительного варианта не существует. И если таковой всё же появляется, то он будет носить случайный характер. Одни авторы станут уверять вас, что нарушение одновременности произошло в покоящейся системе, другие – в движущейся. Иначе и быть не может, поскольку произвольно выдуманная ситуация не может быть детерминирована какой-либо логикой физических или строго математических построений. Релятивист всякий раз пытаются угадать ответ, исходя из своих не физических принципов. Его мысленные эксперименты на самом деле не отвечают реальным явлениям, которые можно было бы наблюдать в реальном эксперименте.
Впрочем, очень даже может быть, что в процитированном отрывке Эйнштейн намеренно напустил тумана, и мы имеем дело с запланированной двусмысленностью. Когда автор предположил, что наблюдатели, находящиеся в покоящейся системе, зарегистрировали синхронность хода часов (другими словами, что скорость распространения света c не складывается и не вычитается со скоростью его приемника v), он тем самым имел в виду, что эти покоящиеся наблюдателя только договорились считать всякие часы, над которыми произведена соответствующая процедура, синхронно идущими. Согласитесь, предложение: «Итак, наблюдатели, движущейся вместе со стержнем, найдут, что часы в точках A и B не идут синхронно, в то время как наблюдатели, находящиеся в покоящейся системе, объявили бы эти часы синхронными» в свете конвенциальной философии, которую Эйнштейн тогда исповедовал, звучит неопределенно.
Кроме этой прямой фразы, такому пониманию способствует логика изложения всего второго подраздела статьи 1905 г., имеющего заголовок «Об относительности длин и промежутков времени». В начале этого подраздела Эйнштейн дал конвенцию, относящуюся к неподвижным наблюдателям: «Часы в A и B будут идти, согласно определению, синхронно, если... "время", необходимое для прохождения света из A в B, равно "времени", требуемому для прохождения света из B в A». К сказанному Эйнштейном в 1905 г. прибавим два дополнения, которые появились в 1910 г. Говоря о синхронизации с помощью световых сигналов, он предположил, что ее можно было бы произвести, «например, звуковыми волнами». Тогда почему же отдано предпочтение световым сигналам? Эйнштейн это важное место разъясняет следующим образом:
«Дело в том, что регулирование требует эквивалентности прямого и обратного путей, а в случае световых лучей мы получим эту эквивалентность на основании определения [снова конвенция на первом плане], ибо в силу принципа постоянства скорости света, луч распространяется в пустоте со скоростью c» [23].
В принципе, всё то же самое можно было бы определить и для звука. Распространение света не имеет какого-то привилегированного положения перед распространением звука. Отметая звук в качестве синхронизирующих сигналов, Эйнштейн был малоубедителен. Пусть бы в нашей обычной жизни, когда скорости перемещения объектов не высоки, часы синхронизировались бы акустическими сигналами, а для физики больших скоростей – оптическими. Тогда и в обыденной жизни мы пользовались бы преобразованиями Лоренца, где вместо постоянной скорости света (c = 300 тыс. км/с) стояла бы константа звука (c = 332 м/с).
Вы желаете знать, почему релятивисты не взяли за мерило скорость звука? Потому, дорогой читатель, что наивные люди полагают, что если к одному и тому же числу приписать девять нулей, а затем это число подставить в математическое уравнение, то все процессы, описываемые этим уравнением, потекут чудесным образом. Многие обыватели жаждут увидеть чудо, верят в него и пытаются отыскать нечто волшебное в окружающем их мире. Природа человека удивительно постоянна. Крайняя живучесть релятивистской мифологемы состоит именно в том, что она дает призрачный шанс человеку протянуть свое существование. Для этого ему нужно – всего ничего – очень быстро перемещаться в пространстве. Эта сладкая надежда доставляет наивным релятивистам такую неописуемую радость, которую испытывает только верующий в воскресение из мертвых.
Теперь процитируем второе дополнение Эйнштейна:
«Совокупность показаний всех этих часов, находящихся друг с другом в одинаковых фазах, и представляет собой то, что мы будем называть физическим временем. Благодаря нашему физическому определению [опять конвенция] времени, мы можем установить точный смысл понятий "одновременности" или "неодновременности" двух событий, протекающих в местах, удаленных друг от друга» [24].
Итак, Эйнштейн назвал «физическим», (в терминах Лоренца и Пуанкаре, «естественным» или «истинным») такое время, которое показывают синхронно идущие (т.е. покоящиеся) часы. Этим добавлением автор, по сути дела, разграничил время истинное, от времени местного или конвенциального, операционного, т.е. локально введенного для движущегося стержня AB на основе соглашения со всеми наблюдателями, которые должны действовать в соответствии с предложенной процедурой синхронизации.
Такая конвенциальная философия была впоследствии радикальным образом пересмотрена. Сегодня уже никто не вспоминает о договорном (конвенциальном или операционном) времени, все думают о реальном (истинном или физическом) нарушении одновременных событий. Граница между реальным и придуманным временем сегодня безвозвратно стерлась, релятивисты поверили в миф, который выдумал даже не Эйнштейн, а его последователи, не улавливающие нюансов философии Пуанкаре.
Разумеется, сверку хода часов A и B можно было производить путем их сближения. Однако мысль Эйнштейна неустанно кружилась вокруг конвенциального определения хода времени, впервые выдвинутого Пуанкаре. Сегодня релятивисты машут руками на всякого, кто предложит переместить часы в пространстве, будто тот говорит что-то абсолютно противоестественное. По их мнению, любое движение вызывает ускорение, а значит, и появление локального гравитационного потенциала, влияющего якобы на ход часов. И хотя всё это появилось гораздо позже, с возникновением общей теории относительности, и ускорение, а значит, и соответствующую поправку можно свести к минимуму (в любом случае она будет несоизмерима с периодами времени, полученными по схеме синхронизации), релятивисты и слышать не хотят о сближении часов.
Что ж, не будем спорить из-за этого предрассудка. Пусть в силе останется их ложный аргумент с ускорением, а нам оставлен единственный способ синхронизации с помощью световых сигналов. Даже в этом неудобном для нас случае принципиальных проблем не возникнет, если наблюдатели A и B действительно зададутся целью установить синхронный ход своих часов. Любую скорость можно вычислить и учесть, если произвести несколько измерений времени при различном положении Земли на орбите (в свете эксперимента Майкельсона – Морли под v понималась именно эта скорость). Сумел же Рёмер вычислить скорость света по световым сигналам, посылаемым на Землю спутником Юпитера Ио, а ведь согласно теории относительности, он не смог бы ее измерить.
Эйнштейн отказался использовать метод синхронизации, который мы назвали первым, поскольку синхронизация с измерением одного временного интервала зависела от длины стержня AB (т.е. величины rAB), Эта процедура, собственно, и не позволяла синхронизировать часы. Второй метод, где производится измерение двух временных интервалов и который был выбран конвенцией Эйнштейна – Пуанкаре, позволяет синхронизовать часы, находящиеся в покое. В случае совместного движения часов A и B со скоростью v перестает работать и второй метод синхронизации. Для исключения скоростиvнужно знать три временных интервала. Если бы часы A и B совершали индивидуальное движение со скоростями vA и vB, то в системе уравнений должны были бы фигурировать уже четыре временных интервала. Ситуация не была бы безнадежной, если бы часы двигались раздельно и равноускоренно. Главное в этом деле иметь искреннее желание синхронизовать часы, но в том-то и дело, что ни один релятивист не хочет искать решение этой проблемы.
Эйнштейн – конвенциалист. Мы видели, как он постоянно повторял: давайте определим то-то и то-то, так-то и так-то. Только ведь пока никто так и не договорился в отношении синхронизации часов. На земле не существует ни одной пары часов, которые были бы синхронизованы указанным Пуанкаре и повторенным Эйнштейном способом. Вдумайтесь в эту мысль, читатель: релятивисты утверждают, что специальная теория относительности верна, поскольку нет других часов, кроме тех, что синхронизованы при помощи лучей света. Именно поэтому, говорят они, в формулу для сложения двух скоростей v1 и v2 входит третья скорость – скорость света c. Если кто-то захочет отказаться от часов синхронизованных лучом света, он автоматически оказывается вне рамок теории относительности. Ладно, отвечаем мы, критики теории относительности, мы готовы действовать в рамках вашей конвенции. Где ваши часы? Волшебник изумрудного города – герой известной сказки – раздавал всем входящим в его город зеленые очки, а здесь и этого нет. Ни один человек на земле не имеет часов конструкции Пуанкаре – Эйнштейна, почему же мы должны принимать специальную теорию относительности? Все это напоминает сюжет другой сказки, в которой только рассказывается о прекрасном наряде короля, но в действительности никакого наряда и не было.
Но пойдем навстречу релятивистам и предположим, что на завтра у всех ученых мира появились часы, синхронизованные лучом света. И что же? Оказывается, эти часы подчинены самым обыкновенным законам классической физики. Действительно, в процитированном из работы Пуанкаре отрывке фигурируют слова об «отставании» и «запаздывании» одних часов относительно других. Эйнштейн предпочитал говорить о нарушении «одновременности» или «несинхронности» хода часов. Однако все эти слова означают, что секунда часов A в точности равна секунде часов B, только эти секунды сдвинуты по оси времени относительно друг друга. Таким образом, хотя часы A и B движутся со скоростью v относительно покоящегося эфира, их секунды не «замедляются», т.е. не «сокращаются» и не «увеличиваются», поскольку из формул «запаздывания» часов вовсе не вытекает релятивистский квадратный корень
, замедляющий ход времени, а значит, никаких специфических эффектов при движении часов наблюдаться не будет.
В самом деле, второй постулат о постоянстве скорости света, даже в его релятивистской трактовке, не меняет естественной сути рассматриваемых процессов. Да, сигналы света (или звука – это сейчас и не важно) в покоящемся ящике достигнут точек a и b одновременно (рис. 7.2а), в движущемся ящике – неодновременно (рис. 7.2б). Ну и что? Этим открывается ранее неведомая страница естествознания? В связи с чем мы должны перечеркивать законы Ньютона и Максвелла? Почему нужно менять биологические представления о пространстве и времени? Катится ящик в мировом пространстве эфира и пусть себе катится. Светится внутри него лампочка и пусть себе светится. Пришли от нее лучи в разное время до торцевых стенок ящика и пусть себе пришли. Все идет своим естественным чередом. Что здесь происходит принципиально нового? Если кто-то придумал для себя определение «одновременности» событий и оно естественным образом не выполняется для электромагнитных (или акустических) волн, распространяющегося внутри движущегося ящика, почему после этого всю мировою науку нужно было поставить с ног на голову? Для такого революционного переворота не было никаких оснований.
* * *
Далее мы рассмотрим, как релятивисты увязали факт нарушения одновременности с фактом замедления времени. Сразу заметим, что в этом пункте у них опять возникло серьезное рассогласование, которое выразилось в существовании двух различных подходов. Прежде, чем сказать о них, введем следующие обозначения. Пусть L – длина стержня AB и v – скорость его движения. Тогда периоды времени прохода луча вдоль стержня от A к B (t1) и от B к A (t2) при его движении сквозь эфирную среду выразятся следующими равенствами:
,
Ситуация не изменится, если дело представить так: в A находится источник света, а в B зеркало, тогда общее время для прохода луча туда-сюда равно:
T = t1 + t2 =
Теперь скажем о существовании двух вариантов.
Первый вариант используется при изложении анализа лучей света в интерферометре Майкельсона. Чтобы согласовать время прохода лучей в горизонтальном и вертикальном плече Майкельсон принял гипотезу Лоренца о сокращении длины плеча, т.е.
.
В современных учебниках при объяснении эксперимента Майкельсона – Морли, как правило, никогда не говорят о замедления времени, т.е. фигурирующие здесь времена – t1, t2 и T – должны оставаться неизменными, иначе не получится согласования в фазе прихода лучей. И все же, в некоторых книгах утверждается, что сокращается не длина, а время. Так поступил, например, Грюнбаум, когда анализировал нарушение одновременности событий. Сделав пояснение: «в силу релятивистского замедления часов» [25], не меняя длины L, на основе формул для t1 и t2, он записал две другие формулы в виде:
,
Однако в любом случае по первому варианту квадратный корень фигурирует в уравнении лишь один раз.
По второму варианту квадратный корень в уравнение входит дважды. В частности, в книге Дэвида Бома [26], где наряду с сокращением длины одновременно предполагается замедление времени, но не в смысле его сокращения, как у Грюнбаума, а в смысле его удлинения, т.е. Бомом взяты уже две формулы с квадратным корнем:
,
которые подставляются в вышеприведенную формулу, взятую со штрихами:
T' =
=
В итоге получилось:
, или
Согласно разъяснениям Бома, наблюдатель, находящийся в покоящейся системе K, регистрирует в движущейся системе K' параметры: T', L', c – v, c + v и, следовательно, нарушение одновременности событий. В собственной системе координат, которая всегда неподвижна, наблюдатель зафиксирует строгое соблюдение одновременности событий, т.е. неизменность периода времени T, длины L и скорости света c, что свидетельствует о синхронности прихода сигналов в крайние точки ящика или стержня.
Из двух рассмотренных вариантов можно сделать следующий вывод. Релятивизм в виде квадратного корня
не выводится из принципа относительности одновременности, а наоборот, вводится в него путем декларации, причем двумя различными способами: радикал
может вводиться либо только для одной величины – длины или времени, – либо сразу для обеих величин. Какой из способов введения релятивизма получает жизнь, опять-таки зависит от настроения или нужд субъекта теории – произвол здесь полнейший.
Бом получил свои формулы –
,
передающие сущность относительности одновременности, – достаточно простым приемом. Лоренц же шел к этому результату путем длинных рассуждений. Но в обоих случаях значение полученных ими формул и перехода между ними трудно переоценить, так как на их основе были получены преобразования Лоренца. Эти преобразования были получены несколькими способами; один из них связан с инвариантностью волнового уравнения или уравнений Максвелла (его мы рассмотри в другом месте). В данный момент нас интересует способ получения преобразований Лоренца из идеи относительности одновременности.
Такой способ вывода важен потому, что он, с одной стороны, непосредственно претендует на эмпирическое происхождение, с другой, несет на себе метафизический смысл, который заключается в том, что один из наблюдателей присутствует в мире классической физики, другой – в мире релятивистской. В этом типичном для релятивизма противоречии сосредоточен весь формально-спекулятивный дух современной физики. Релятивист не может существовать без врожденных человеческих представлений о пространстве и времени, что и называется классической физикой. Одновременно, путем многочисленных нарушений, главным образом, в сфере элементарных геометрических построений, он пытается оправдать свое искаженное мироощущение.
Лоренц стоял одной ногой в классической физике, другой – неклассической (конвенциальной или спекулятивной). Балансируя на грани двух типов физики, он сумел получить свои преобразования на основе принципа нарушения одновременности. Чтобы продемонстрировать эту половинчатость, воспользуемся его известной книгой «Теория электронов». В ней содержится пять глав; последняя называется «Оптические явления в движущихся телах»; она сейчас и будет нас интересовать. В п. 167 этой главы разбирается ход лучей в интерферометре Майкельсона. При этом Лоренц вычертил два простеньких чертежа, которые мы воспроизвели на рис. 7.3.
Рис. 7.3. Ложное представление хода лучей в интерферометре Майкельсона, первоначально возникшее в голове Лоренца. На схеме (а) он пытался изобразить горизонтальное и вертикальное плечи интерферометра длиной L, где также указал делитель светового потока P, зеркала B и C. На схеме (б) он дал чуть более развернутый ход луча в вертикальном плече интерферометра; здесь точка Q соответствует новому положению зеркала B. Та небрежность, с которой Лоренц подошел к графическому изображению сложного оптического процесса, происходящего в интерферометре, стала источником ошибочной интерпретации эксперимента Майкельсона – Морли.
Рис. 7.3а призван показать два взаимно перпендикулярных плеча интерферометра, оканчивающихся зеркалами B и C; P – делитель светового потока; L – длина плеч. При движении прибора со скоростью v зеркало B переместится в точку Q, которая от точки B находится на расстоянии βL. На рис. 7.3б показан развернутый ход вертикального луча, который идет по пути PQP'. Приведенных рисунков и введенных обозначений вполне достаточно, чтобы понять текст пп. 189 и 190, в которых автор касается интересующей нас темы. В его рассуждениях используется традиционный масштабный коэффициент
, непосредственное использование которого в геометрических построениях невозможно (об этом подробнее скажем позже).
«Представим себе, – пишет Лоренц, – что наблюдатель, которого мы будем называть A0 и которому мы припишем неподвижное положение в эфире, занимается изучением явлений, происходящих в неподвижной системе S0. Мы предположим, что он снабжен масштабом и часами, – даже, для его удобства, скажем, целым рядом часов, помещенных в различных точках S0 и сверенных друг с другом с абсолютной точностью... Пусть A – второй наблюдатель, задача которого состоит в том, чтобы изучать явления в системе S, и который сам движется через эфир со скоростью v, не подозревая ни о своем движении, ни о движении системы S...
... Если движущийся наблюдатель будет измерять скорость света, заставляя луч света пройти сначала путь от точки P к точке Q и потом обратно, он получит значение c. Это можно доказать для любого направления прямой PQ, однако достаточно будет, если мы докажем это для случая, когда прямая или параллельна оси 0x или перпендикулярна ей. Если L есть расстояние между P и Q, измеренное наблюдателем A, тогда в первом случае истинная величина расстояния есть L/k, и так как обе точки движутся через эфир со скоростью v, время, необходимое для прохождения этого расстояния лучом света, равно
(327)
.
Во втором случае луч света должен пройти по двум сторонам равнобедренного треугольника, высота которого L, а половина основания относится к боковой стороне как v к c. Длина стороны равна поэтому kL; время, необходимое лучу света, чтобы вернуться к исходной точке, опять дается выражением (327) [здесь Лоренц ошибается, так как выражение (327) учитывает прямой и обратный ход луча]. Так как часы A идут в k раз медленнее, они отметят промежуток времени 2L/c, так что наблюдатель должен будет заключить, что скорость лучей равна c.
Предположим теперь, что у него в распоряжении имеется несколько часов, помещенных в различных частях его системы, и что он каждые устанавливает со всей возможной точностью. Чтобы сверить часы, помещенные в точках P и Q, на определенном измеренном расстоянии друг от друга, он может пустить оптический сигнал из P в тот момент, когда первые часы показывают время t' = 0, и установить вторые часы так, чтобы они по приходу сигнала показывали время L/c, отмечая, таким образом, время прохождения света между этими точками, которые по его суждению, равно L/c.
Предположим, что P лежит в начале координат, а Q – на положительной оси x; пусть далее, на каких-нибудь часах, находящихся в покое и, следовательно, отмечающих истинное время, фиксируется нулевой момент сигнала. Тогда, вследствие различного хода движущихся и неподвижных часов, мы будем получать для часов в точке P все время значение t' = t/k.
В момент прихода сигнала истинное время будет L/k(c – v) , так как это есть промежуток времени, необходимый для того, чтобы свет мог пройти расстояние между точками P и Q, которые движутся со скоростью v и истинное расстояние между которыми равно L/k.
Но так как в этот момент часы в точке Q показывают время L/c, в любой другой истинный момент времени они будут показывать
.
или, так как L = x', имеем
.
Последнее выражение в точности совпадает с выражением
.
Отсюда мы видим, что когда часы сверены при помощи оптических сигналов, они все будут показывать свое время t, т.е. время соответствующее их положению...
Важно не упустить из виду, что, проделывая все вышеописанные манипуляции, наблюдатель все время остается в полном неведении относительно того, что его система (и он сам вместе с нею) движется через эфир и что показания его часов и масштабов неверны»[27].
Мы привели этот фрагмент не только потому, что он подробно разъясняет второй вариант соединения классической физики с релятивистской, который ранее рассмотрели на примере книги Бома, но еще и потому, что данный отрывок прекрасно демонстрирует спекулятивный характер мышления Лоренца. У этого автора существовала хорошо известная из психологии манера поведения. Он, как ученый, все свои наиболее радикальные идеи относил на счет Эйнштейна. В своих книгах и публичных выступлениях Лоренц неоднократно называл его единоличным автором теории относительности, между тем все основные выводы этой спекулятивной концепции были получены им самим.
Честолюбивый молодой человек и прославленный зрелый ученый составили негласный, тесный и взаимовыгодный союз. Экстравагантное содержание некоторых формул Лоренц приписывал Эйнштейну, сам же выбирал умеренные и консервативные формулировки. Однако по тому, как делалось им это разграничение, каким способом он подавал материал, нетрудно было догадаться, что Лоренц не только симпатизировал радикальной позиции, но охотно разделял ее. Эйнштейн, обладая несколько заторможенным характером и будучи значительно моложе Лоренца, прекрасно справлялся с функциями громоотвода. Лоренц же, боясь скандальной славы, выбрал роль опекуна. Он внимательно следил, чем занят молодой теоретик, публично поощрял его смелые научные искания и рассказывал широкой публики о творческих достижениях своего подопечного, являясь тем самым своеобразным усилителем релятивистских тенденций в научной среде. Подтвердим эту нашу мысль несколькими цитатами. В примечание 72 цитируемой выше книги Лоренц пишет:
«Если бы мне предстояло написать эту главу теперь, я, конечно, поставил бы на гораздо более видное место теорию относительности Эйнштейна, с помощью которой теория электромагнитных явлений в движущихся системах получает такую простоту, какой мне достигнуть не удалось. Главная причина моей неудачи заключалась в том, что я всегда придерживался мысли, что только переменную t можно принимать за истинное время и что мое местное время t' должно рассматриваться не более как вспомогательная математическая величина. В теории Эйнштейна, напротив, t' играет ту же роль, что и t; если мы хотим описывать явления в зависимости от x', y', z', t'; мы должны оперировать с этими переменными совершенно таким же образом, как мы оперировали бы с x, y, z, t» [28].
В последнем параграфе книги (его не было в первом издании) Лоренц говорит слова, которые он неизменно повторял на протяжении почти четверти века. Он так неподдельно восхищался релятивистским подходом Эйнштейна, что любому вдумчивому и внимательному исследователю этих панегириков должно быть понятно, как близко к сердцу принял Лоренц релятивистскую позицию Эйнштейна. Если даже в начале у него и были какие-то сомнения относительно штрихованного времени, то в последующем он безоговорочно проникся идеей принципа относительности. Его «архаичное» понимание сокращения движущихся предметов и вера в существование эфира объясняется только тем, что он всю жизнь разрабатывал теорию материальной среды для электрических явлений. У Эйнштейна этого балласта не было, эфир для него был такой же гипотезой, как и вакуум, поэтому он совершенно безболезненно распрощался с одной фикцией, чтобы поставить на ее место другую. Ту принципиальную роль, которую играет эфир при явлениях Доплера и аберрации, он просто не понимал.
Теперь дадим обещанный нами последний, 194 параграф книги Лоренца, который мы приведем полностью:
«На основании вышесказанного должно быть ясно, – пишет Лоренц в последнем 194 параграфе, – впечатления, полученные обоими наблюдателями A и A0, должны быть во всех отношениях одинаковыми. Нельзя решить, какая из систем является неподвижной по отношению к эфиру, а какая движется; не будет никаких оснований предпочесть измерения длин и времени, произведенные в одной системе, измерениям, произведенным в другой системе, или говорить что какая-нибудь одна из этих систем обладает "истинным" временем или "истинной" длиной. Эйнштейн обратил особое внимание на это обстоятельство в своей теории, в которой он исходит из того, что он называет принципом относительности, т.е. принципом, на основе которого уравнения, при помощи которых может быть описаны физические явления, не изменяют своего вида при переходе от одной системы координат к другой, имеющей равномерное и прямолинейное движение по отношению к первоначальной системе.
Я не могу касаться здесь многочисленных и в высшей степени интересных применений, которые Эйнштейн вывел из своего принципа. Его результаты, касающиеся электромагнитных и оптических явлений в основных чертах совпадают с теми результатами, которые мы получили на предыдущих страницах, причем главное различие заключается в том, что Эйнштейн просто постулирует [т.е. определяет, составляет соглашение или конвенцию] того, что мы старались, с некоторыми затруднениями и не всегда вполне удовлетворительно, вывести из основных уравнений электромагнитного поля. При этом он, конечно, требует от нас, чтобы мы заранее верили, что отрицательный результат опытов, подобных опытам Майкельсона, Рэлея и Брэса, является не случайной компенсацией противоположных эффектов, но выражением общего и основного принципа.
Я полагаю, что все же можно кое-что сказать в пользу и того способа, которым я старался изложить свою теорию. Эфир, который может являться носителем электромагнитного поля, его энергии и его колебаний, я должен поневоле рассматривать как нечто обладающее известной субстанциальностью, как бы отличен он ни был от обычной материи. С этой точки зрения представляется естественным не вводить с самого начала предположение, что совершенно безразлично, движется тело через эфир или нет, и измерять расстояния и промежутки времени при помощи масштабов и часов, имеющих относительно эфира неподвижное положение.
Было бы несправедливо не добавить, что наряду с захватывающей смелостью своего отправного пункта теория Эйнштейна имеет еще и другое значительное преимущество по сравнению с моей теорией. В самом деле, мне не удалось получить уравнения, отнесенные к подвижным осям, в точно такой же форме, что и уравнения для неподвижной системы, Эйнштейн же выполнил это при помощи системы новых переменных, весьма, впрочем, мало отличающихся от тех, которые были введены мной. Я не пользовался этими подстановками только по той причине, что формулы представляются, довольно сложными и имеют несколько искусственный вид, если только не выводить их из самого принципа относительности» [29].
В докладе от 22 октября 1913 г. перед обширной аудиторией, представляющей «Общество содействия медицине, хирургии и акушерству», Лоренц подробно останавливается на частной и общей теории относительности Эйнштейна. В своем выступлении он одобрительно отметил, что в свете частной теории «Между понятиями пространства и времени больше нельзя проводить резкую грань, как это делалось раньше, ибо они связаны между собой» [30] и что «"одновременность" теряет свое абсолютное значение» [31]. «Несколько месяцев назад, – делится новостью со своими слушателями Лоренц, – Эйнштейн разработал обстоятельную теорию тяготения...» [32]. Касаясь предсказаний об отклонении лучей света вблизи солнечного диска на величину, равную одной двух тысячной его диаметра, Лоренц с восхищением отмечает, что это «предсказание Эйнштейна можно будет считать самым блестящим из всех когда-либо сделанных» и т.д.
Лоренц до конца своих дней говорил о своем местном времени, как об «эвристическом» параметре:
«... Я ввел концепцию местного времени, – говорил он не задолго до смерти, – которое различно для различных систем эталонов, движущихся относительно друг друга. Но я никогда не думал, что это имеет какое-то отношение к истинному времени. Это истинное время для меня все еще представлялось в соответствии со старыми классическими понятиями об абсолютном времени, которое не зависит от какой-либо специального расположения координат. Тогда для меня существовало только это одно истинное время. Я рассматривал мое временное преобразование только как эвристически оправданную гипотезу. Поэтому теория относительности в действительности есть исключительно эйнштейновская работа. И, вне всякого сомнения, он бы создал ее, даже если работа всех его предшественников в этой теоретической области не была бы выполнена вообще. Его теория в этом отношении независима от предыдущих теорий» [33].
Это только кажется, что теория относительности всецело детище Эйнштейна. Из книг, статей и выступлений Лоренца, прекрасно видна его недвусмысленная позиция в отношении новой теории. Надо быть трижды наивным человеком, чтобы не увидеть за его словами о существовании эфира, абсолютного (физического) сокращения длины и «эвристической» ценности «местного» времени, вполне сформировавшееся релятивистское мировоззрения. Без поддержки Лоренца, без проработки им основополагающих идей из мелкого служащего бернского Бюро патентов, помощника в деле оформления заявок на изобретения никогда бы не получился «человек ХХ столетия».
Лоренц только кокетничал, когда написал, что теория относительности дело рук Эйнштейна. И вообще, большое дело не делается в одиночку: ни гениальный Эйнштейн, ни трижды прославленный Лоренц, ни десяток других известных физиков не могли совершить переворот в мироощущении нескольких миллиардов людей. Где бы был Иисус Христос со своими двенадцатью апостолами, если бы для христианства не пробил час Истории. Теория относительности – это плод огромной массы людей, ждущих от науки чуда, сонма безвестных сочинителей, пишущих популярные книжки и учебники для подростков. Бездумные романтики ловили витающие в воздухе ученые слова, складывали из них идиотские предложения, а потом из всего этого мусора родился монстр.
Не станем сейчас устанавливать имена героев – эту историческую задачу мы детально раскроем в другом месте. Вместо этого займемся анализом мышления одного из первых релятивистов, т.е. попытаемся понять его способ познания мира. С этой целью обратим свои взоры на первый приведенный нами фрагмент из книги «Теория электронов», который начинается словами: «Представим себе...». Это, разумеется, только распространенный литературный оборот. В точности такие же слова многократно произносил и Эйнштейн, в том числе, в приведенных нами отрывках. На самом же деле Лоренц хотел сказать обратное: «Отключите свое воображение, не пытайтесь мыслить образами, все, что я буду вам говорить невозможно представить. Чтобы понять относительность одновременности нужно только уверовать в математические символы».
Лоренц является типичным представителем формалистского направления в науке. Главным врагом мышления для него были представления, наглядные образы, а первыми помощниками – символы. Свою книгу он начинает с обращения к читателю, чтобы тот постарался как можно надежнее отключить психическую функцию, ответственную за воображение:
«Вы все знаете теорию Максвелла, – пишет он в книге «Теория электронов», – которую мы можем назвать общей теорией электромагнитного поля. Существенным в этой теории является то, что мы в ней обращаем главное внимание на состояние материи или среды, заполняющей поле. Упомянув об этом состоянии, я должен немедленно обратить ваше внимание на следующий любопытный факт. Хотя мы всё время интересуемся этим "состоянием", нам вовсе не надо пытаться как-нибудь его себе представлять ... Мы можем широко развить теорию и выявить целый ряд явлений, не прибегая к умозрительным представлениям ... В виду тех трудностей, к которым приводят эти представления, в последние годы появилась тенденция избегать их вовсе и строить на небольшом числе предложений более общего характера» [34].
Как известно, Максвелл вывел свои электродинамические уравнения на основе пространственно-механических моделей эфира, которым он придавал неизмеримо большее значение, чем уравнениям, так как за выстраданными им конструкциями была скрыта сущность мировой среды. Лоренц же, вслед за Герцем, рекомендовал забыть о моделях: «... Теорию Максвелла лучше всего определить как систему уравнений Максвелла» [35], – написал он. Хотя Лоренц и сделал вежливый кивок в сторону кинетический теории газов Больцмана, носящей явно модельно-конструктивный характер, истинное его отношение к «молекулярной гипотезе» выражено словами: «в молекулярных теориях слишком предприимчивый физик часто рискует потерять дорогу или отклониться от нее в погоне за каким-нибудь обманчивым призраком успеха» [36].
Теория электронов Лоренца является полной противоположностью теории электронов Дж. Дж. Томсона. Если Лоренц был равнодушен к структуре объекта, то Томсон только и делал, что создавал пространственные модели электрона, атома, электрической силовой трубки Фарадея и т.д. «Следует отметить, – пишет Лоренц, – что я тщательно избегал говорить что-нибудь о природе электрического заряда, обозначенного буквой p. Никакие умозрительные представления в этой области, никакие попытки свести идею заряда к идеям другого свойства не имеют места в настоящей теории» [37]; «... мы признаем, что внутреннее состояние электронов есть вопрос по существу неважный» [38] и т.д. Эти и подобные этим высказывания свидетельствуют об отрицательном отношении Лоренца к пространственным представлениям.
И вот человек, испытывающий неприязнь к геометрическим образам, по воле судьбы оказался главным интерпретатором результатов эксперимента Майкельсона, где основной проблемой как раз и было отчетливое построение волновой картины. Мы уже знаем, насколько ошибочна оказалась его формула, описывающая эффект Доплера. Вместе с тем она проявила удивительную живучесть. В частности, для движущегося источника доплеровское изменение длины волны (лямда штрих) всё еще ищется по грубо-приближенной формуле –
вместо истинного выражения –
,
которое определяется формулой сложения двух скоростей, а именно: скоростью распространения колебаний в среде (c) и скоростью движения источника (v); β = c/v.
Эта инертность распространилась и на объяснение результатов эксперимента Майкельсона – Морли, которое дал Лоренц, хотя оно было удивительно ложным. Он представлял себе луч света, распространяющийся от точки P к точке Q (рис. 7.3), как струю воды которая, куда ее не повернет брандспойт, всегда будет хлестать из шланга с постоянной скоростью. В п. 167 Лоренц по теореме Пифагора определил расстояние PQ =
и принял, что этот путь свет должен пройти почему-то со скоростью c. Только случайное совпадение приближенных математических выражений –
,
позволило скрыть его слишком грубые ошибки. Здесь Лоренц пренебрег основными оптическими явлениями. В это трудно поверить, но ни эффекта Доплера, ни аберрации луча при движении излучателя, ни даже просто волновой природы света он не учитывал.
Однако ошибки анализа эксперимента Майкельсона – Морли это не самое большое «преступление», совершенное Лоренцем. Главная его вина в том, что он, один из самых авторитетных ученых своего времени, узаконили квазигеометрию – основное орудие всех спекуляций нынешних релятивистов. Внешне она напоминает аналитическую геометрию, когда все чертежи уходят как бы на второй план (часто они вообще не вычерчиваются), а на первом появляются символы. Однако если вы попытаетесь переложить аналитические выражения в геометрические образы, как это можно сделать в аналитической геометрии, у вас ничего не получится. Вы не сможете установить указанного соответствия потому, что релятивисты используют свое скомканное субъективное пространство для размещения двух взаимно перемещающихся систем отсчета. Картины, которые они рисуют в своем сознании, невероятно запутаны, так что образно думающий конструктивист при чтении их словесно-символьных рассуждений сталкивается с какой-то свалкой изуродованных геометрических форм.
То, что выше цитировалось из книги Лоренца «Теория электронов», не укладывается ни в физику, ни в математику, ни в логику; это – особая схоластическая философия, имя которой – релятивизм. Когда, например, вам говорят: «Если L есть расстояние между P и Q, измеренное наблюдателем A, тогда в первом случае истинная величина расстояния есть L/k... В момент прихода сигнала истинное время будет L/k(c – v) , так как это есть промежуток времени, необходимый для того, чтобы свет мог пройти расстояние между точками P и Q, которые движутся со скоростью v и истинное расстояние между которыми равно L/k» [39] и т.д. не верьте этим «истинам». Не покупайтесь на громкие имена, а берите линейку, карандаш и стройте. Если у вас расстояние между P и Q не равно L, другая величина не равна L/k, третья не равна L/k(c – v) и т.д., значит, вас бессовестно обманывают. Релятивизм существует благодаря псевдоматематике, авторитет которой держится на вере маленького человека – пусть он даже носит регалии всеми уважаемого академика или нобелевского лауреата – в космический ум вселенского масштаба, который якобы проник во что-то такое, что неподвластно пониманию маленького человека.
[14] Левич В.Г. Курс теоретической физики. Т.1. – М.: Физматгиз, 1962, с. 194 – 195.
[15] Механика. БКФ, с. 365.
[16] Эйнштейн А. К электродинамике движущихся тел. СНТ. Т.1. – М.: Наука, 1965, с. 10.
[17] Там же, с. 13 – 14.
[18] Принцип относительности. Сборник работ по специальной теории относительности / Составитель А.А. Тяпкин. – М.: Атомиздат, 1973, с. 33 – 34.
[19] Физика: Учебное пособие для 11 класса шк. – М.: Просвещение, 1994, с. 218 – 219.
[20] Эйнштейн А. К электродинамике…, с. 9.
[21] Там же, с. 9.
[22] Там же, с. 12 – 13.
[23] Эйнштейн А. Принципе относительности и его следствия в современной физике. СНТ. Т. 1, с. 145.
[24] Там ж, с. 145.
[25] Грюнбаум А. Философские проблемы пространства и времени. – М.: Прогресс, 1969, с. 457.
[26] Бом Д. Специальная теория относительности. – М.: Мир, 1967, с. 45.
[27] Лоренц Г.А. Теория электронов и ее применение к явлениям света и теплового излучения. – М.: ГИТТЛ, 1953, с. 323 – 327.
[28] Там же, с. 438.
[29] Там же, с. 332 – 333.
[30] Лоренц Г.А. Новые направления в физике. В кн.: Старые и новые проблемы физики. – М.: Наука, 1970, с. 133.
[31] Там же, с. 134.
[32] Там же, с. 136.
[33] Conference on the Michelson – Morley experiment. The Astrophysical Journal, vol. LXVIII, № 5, december, 1928, p. 350.
[34] Лоренц Г.А. Теория электронов... с. 20.
[35] Там же, с. 21.
[36] Там же, с. 32.
[37] Там же, с. 35.
[38] Там же, с. 38.
[39] Там же, с. 325 – 326.
|
|
|
