Критика основ теории относительности (2)
Артеха С.Н.
Дайджест главы 2. Критика ОТО
ВведениеВ предыдущей главе была доказана логическая противоречивость кинематики специальной теории относительности (СТО). Это заставляет вернуться к классическим понятиям пространства и времени. Поскольку релятивисты заявляют, что СТО является предельным случаем общей теории относительности (ОТО) в отсутствие гравитации, то сразу же возникают сомнения и в справедливости кинематики ОТО. В отличие от СТО ОТО содержит довольно интересные идеи, например, принцип эквивалентности выраженный через идею "геометризации". (Заметим, что неверность геометризации электромагнитных полей сразу очевидна: опыт показывает, что нейтральные частицы не чувствуют "электромагнитное искривление пространства".) Если бы базис ОТО был верен, ОТО могла бы претендовать на статус научной гипотезы о поправках к статическому закону тяготения Ньютона. Однако это не так и теория гравитации должна строится на другой основе. Справедливости ради надо отметить, что ОТО, в отличие от СТО, никогда не была общепризнанной безальтернативной теорией. Поток справедливой критики этой теории не прекращался с самого начала ее возникновения. Существует несколько хорошо продвинутых альтернативных теорий (например, [11,18]). Хотя мы не будем анализировать кроме ОТО иные теории, следует заметить, что теории, "играющие" в изменение свойств пространства и времени и имеющие своим предельным случаем релятивистскую кинематику СТО уже очевидно сомнительны.
Основная цель настоящей Главы 2 — критика базисных понятий ОТО. Здесь будет продемонстрирована логическая противоречивость понятий пространства и времени ОТО. В Главе 2 шаг за шагом показываются правдоподобно скрываемые ошибки и спорные моменты из учебников [3,17,39]. Кроме общепризнанных интерпретаций ОТО мы будем также рассматривать некоторые "релятивистские альтернативы", чтобы прикрыть возможные лазейки для спасения этой теории. Обсуждаются вопросы синхронизации времени и принцип Маха, обращается внимание на сомнительные следствия из ОТО.
* * *
Многие трудности ОТО общеизвестны:
1) нарушен принцип соответствия (без введения искусственных внешних условий не существует предельного перехода к случаю без гравитации);
2) отсутствуют законы сохранения;
3) относительность ускорений противоречит экспериментальным фактам (вращающиеся жидкости в космосе имеют форму эллипсоидов, в то время как невращающиеся — шара);
4) существуют сингулярные решения.(Обычно, любая теория считается в подобных случаях неприменимой, но теория относительности для сохранения своего "всеобщего характера" начинает строить фантастические образы: черных дыр, Большого взрыва и т.д..)
* * *
Рассмотрим общие претензии к ОТО. Начнем с мифа "о необходимости ковариантности". Однозначное решение любого дифференциального уравнения определяется кроме формы уравнения еще заданием начальных и/или граничных условий. Если они не заданы, то в общем случае ковариантность либо ничего не определяет, либо при изменении характера решения может привести к физической бессмыслице. Если же задаются начальные и/или граничные условия, то при подстановке решений мы получаем тождества, которые и так останутся тождествами при любых правильных преобразованиях. Кроме того, для любого решения можно придумать уравнения, инвариантные относительно некоторого заданного преобразования, если определенным образом поменять начальные и/или граничные условия.
Часто в ОТО используются аналогии с подпространствами, например, используют свернутый плоский лист. Однако, подпространство нельзя рассматривать отдельно от пространства в целом. Например, при свертывании листа в цилиндр обычно переходят для удобства в цилиндрическую систему координат, однако это математическое преобразование вовсе не влияет на реальное трехмерное пространство и реальное кратчайшее расстояние.
Простота аксиом и минимальность их количества еще не гарантируют правильность решения: даже доказать эквивалентность решений ОТО — трудная задача. Количество предпосылок, с одной стороны, должно быть достаточным для получения правильного однозначного решения, и, с другой стороны, должно обеспечивать широкие возможности выбора математических методов решения и сопоставления (у математики — свои законы). В ОТО, наряду с искусственным усложнением математических процедур, фактически введено дополнительное число "скрытых подгоночных параметров" из компонент метрического тензора. Так как реальное поле и метрика в ОТО неизвестны и требуют определения, то результат просто подгоняется под нужный с использованием малого числа реально разных опытных данных (вначале подглянули в ответ, а потом "с умным видом" считаем, что все так и должно быть в теории).
Если в СТО делалась хотя бы попытка экспериментально подтвердить постоянство скорости света и теоретически доказать равенство интервалов, то в ОТО даже таких попыток не сделано. Поскольку в ОТО в общем случае не имеет смысла
, так как результат может зависеть от пути интегрирования, то могут не иметь смысла все интегральные величины и выкладки, использующие интегралы.
Множество вопросов заставляет сомневаться в правильности ОТО. Если общековариантность уравнений необходима и однозначна, то какой может быть предельный переход к классическим уравнениям, которые не общековариантны? В чем смысл гравитационных волн, если понятие энергии и ее плотности в ОТО не определено? И что (в отсутствие понятия энергии) выражает тогда групповая скорость света и конечность скорости передачи сигналов?
Степень общности законов сохранения не зависит от способа их получения (с помощью преобразований из физических законов или из симметрий теории). Получение интегральных величин и использование интегрирования по поверхности может приводить к иным результатам в случае движения поверхности (например, результат может зависеть от порядка предельных переходов). Отсутствие в ОТО законов сохранения энергии, импульса, момента количества движения и центра масс, которые подтверждены многочисленными экспериментами и работают на протяжении веков, заставляет весьма серьезно сомневаться в ОТО (следуя принципу непрерывности и преемственности развития науки). ОТО же пока еще ничем себя не зарекомендовала, кроме глобалистских претензий на принципиально экспериментально непроверяемую теорию эволюции Вселенной и нескольких весьма сомнительных подгонок под скудную экспериментальную базу.
Еще больше заставляет сомневаться в ОТО следующий факт: для одной и той же системы (причем только "островного" типа) с использованием вектора Киллинга иногда можно ввести некоторое подобие понятия энергии. Однако, при этом нужно пользоваться только линейными координатами, но нельзя, например, полярными. Не может же вспомогательный математический аппарат влиять на сущность одной и той же физической величины. И, наконец, нелокализуемость энергии и возможность "самопроизвольного" ее несохранения даже в масштабах Вселенной (это неприкрытый "вечный двигатель") заставляют полностью отказаться от ОТО и либо пересматривать концепцию "с нуля", либо использовать иные развиваемые подходы. Перейдем теперь от общих замечаний к более конкретным вопросам.
Вопрос о возможности изменении геометрии пространства в ОТО совершенно некорректен. Конечность скорости передачи взаимодействий может поменять только физические, а не математические законы. Не будем же мы утверждать, что прямая не существует, так как для ее проведения в бесконечность даже со скоростью света потребуется бесконечное время (аналогично для плоскости и пространства). Математический смысл производных тоже не может поменяться. Одна из демонстраций ОТО "о неизбежности изменения геометрии в неинерциальной системе" состоит в следующем: во вращающейся системе отсчета, вследствие сокращения длин, отношение длины окружности к ее диаметру будет меньше . Заметим, что никто не смог нарисовать для данного случая "новую геометрию": невозможно изобразить несуществующее. На самом деле не поменяется не только истинная, но даже наблюдаемая геометрия: не будет же математическая линия передвигаться или меняться при нашем движении. Хотя в теории относительности радиус, перпендикулярный движению окружности, меняться не должен, тем не менее предположим вначале, что окружность будет двигаться радиально.
* * *
Принцип эквивалентности гравитации и ускорения может иметь отношение только к одной точке пространства, то есть нереален: это, например, уже приводило к неверному вычислению отклонения луча света в поле тяготения (только потом Эйнштейн подправил коэффициент в два раза). Принцип эквивалентности инертной и тяжелой масс в ОТО может быть строго сформулирован тоже только для одного отдельного тела (так как ОТО включает взаимосвязь пространства-времени и всех тел, то он нереален в ОТО). Поэтому физически ОТО не может иметь предельного перехода ни к одной нерелятивистской теории (а лишь формально математически). Все линейные преобразования СТО и ОТО относятся к пустому пространству, так как реальные тела (даже в качестве реперных точек) вносят нелинейности в свойства пространства. Поэтому различие явлений при переходе в другую систему отсчета должно изучаться строго в одной точке пространства и времени. Но как в одну точку поместить двух разных наблюдателей? Следовательно, все задачи СТО и ОТО могут носить только приближенный модельный характер (без глобализма).
Нет ничего удивительного в том, что одна и та же величина — масса — может участвовать в разных явлениях: как мера инертности при воздействии любых сил, включая гравитационные, и как тяготеющая масса (например, движущийся заряд создает и электрическое и магнитное поле). Вопрос о точном равенстве гравитационной и инертной масс совершенно надуман, поскольку это равенство зависит от выбора численной величины гравитационной постоянной γ. Например, в случае пропорциональности mg = αmin все законы будут теми же, но с другим определением гравитационной постоянной γ' = α2γ. Не стоит искать здесь мистику и строить образы искривленного пространства. Подстановка одной и той же величины как для тяготеющей, так и для инертной масс производится не только в ОТО, но и в теории тяготения Ньютона. Просто это опытный факт (вернее, наиболее простой выбор величины ).
Когда говорят [37], что форма уравнений зависит от свойств пространства-времени, то в этом есть некоторая спекуляция. Создается впечатление, что мы как-то можем изменить это самое пространство-время для проверки данной зависимости. На самом деле мы имеем Вселенную в единственном числе. Попытка ОТО усложнить любое частное (локальное) явление добавлением сложности всей Вселенной не является позитивной для науки. Другое дело выбор локальных координат для математического описания локального явления (в этом случае конкретные симметрии явления упрощают описание), и глобализм опять ни при чем.
Использование неинерциальных систем в ОТО внутренне противоречиво. Действительно, во вращающейся системе достаточно удаленные объекты будут двигаться со скоростью, большей скорости света, а ведь СТО и ОТО утверждают, что видимые скорости должны быть меньше c. Однако, экспериментальный факт: фотография неба с вращающейся Земли показывает, что наблюдается видимое твердотельное вращение (классическое). Использование вращающейся системы (например, Земли) не противоречит классической физике при любом расстоянии объекта от центра, в то время как в ОТО величина компоненты становится g00 отрицательной, а это недопустимо в данной теории. Как же быть с наблюдениями в земной астрономии?
* * *
Понятие времени в ОТО также запутано до предела. Что же это за синхронизация часов, если она возможна только вдоль незамкнутых линий? Изменение момента начального отсчета времени при обходе по замкнутому пути — это явное противоречие ОТО, так как при большой скорости синхронизации можно сделать много подобных обходов и получить произвольное старение или омоложение. Например, представив вакуум (пустоту) вращающейся (если сами будем двигаться по кругу), мы можем получить разные результаты в зависимости от мысленного представления.
Если на мгновение поверить в зависимость времени ОТО от гравитационного потенциала и эквивалентность гравитации и неинерциальности (ускорения), то легко понять, что тогда время зависело бы от относительного ускорения (расширенное толкование). Действительно, разным гравитационным потенциалам должны тогда соответствовать разные ускоренные движения и наоборот. Но относительное ускорение имеет векторный характер (и "спрятать" его невозможно), то есть расширенное толкование ОТО — единственно возможное. Используя модифицированный парадокс близнецов [51], легко доказать независимость времени от ускорения в расширенном толковании ОТО.
* * *
Перейдем теперь к математическим методам ОТО и следствиям этой теории. Игры со свойствами пространства-времени приводят к тому, что в ОТО под вопросом оказывается применение вариационных методов: величины являются не аддитивными, преобразования Лоренца некоммутативны, интегральные величины зависят от пути интегрирования, даже не ясно как можно считать фиксированными конечные точки, если расстояния различны в разных системах отсчета.
Нелокализуемость (неэкранируемость) гравитации приводит к тому, что в ОТО для наличия законов сохранения (только в системах островного типа) принципиально важны условия на бесконечности (евклидовость вследствие отсутствия масс на бесконечности) [37]. Классический подход более последователен и полезен в теоретическом и практическом приложении: энергия определена с точностью до постоянной, так как физический смысл имеет только локальное изменение энергии между двумя точками перехода. Следовательно, условия на бесконечности ни при чем.
Большое сомнение вызывает процедура линеаризации в общем виде, так как она может быть только индивидуальной. Говорится о стремлении к простоте, а даже времени вводят два типа: координатное и собственное. Часто производится подгонка под известный или интуитивный (классически) результат. Так один из знаков выбирается при расчете отклонения луча света, аналогично, для движения перигелия Меркурия [3] du/dφ может иметь два знака, какой выбрать? Не говоря уже о том, что производится деление на du/dφ, а эта величина может быть и нулевой. Пишется о сложности пространственно-временных связей, а в итоге очень долго переходят к привычным математическим координатам, иначе не с чем сопоставить результаты. За что же шла борьба? За наукообразие?
До сих пор нет достаточных экспериментальных доказательств того, какова скорость передачи гравитационных взаимодействий: больше, меньше или в точности равна скорости света (что постулируется в ОТО). Например, основываясь на данных наблюдений, Лаплас и Пуанкаре [24,87] считали, что скорость передачи гравитационных взаимодействий на несколько порядков превышает скорость света.
Теперь по-поводу экспериментального обоснования ОТО. Обычно, даже если есть сотня разных данных, не всегда строится теория — данные проще свести в таблицу. В случае же с ОТО мы имеем "Великую теорию трех с половиной наблюдений", из которых три — фикция. По поводу отклонения света в гравитационном поле от прямолинейного движения надо сказать следующее. Во-первых, как отмечало большинство экспериментаторов, количественное подтверждение эффекта существенно зависит от веры конкретного экспериментатора. Во-вторых, уже из классической формулы ma = γmMr/r3 следует, что любой объект, даже нулевой и отрицательной массы, будет падать в гравитационном поле. В-третьих, с чем, собственно, сравнивается эффект? С абсолютно пустым пространством? Еще в 1962 году группа Королевских астрономов заявила, что отклонение луча света вблизи Солнца не может рассматриваться как подтверждение ОТО, так как у Солнца существует атмосфера, простирающаяся на огромное расстояние.
Напомним, что явление рефракции учитывается для земной атмосферы астрономами уже очень давно. Еще Ломоносов обнаружил отклонение луча света в атмосфере Венеры. Для пояснения, представьте себе стеклянную сферу. Естественно, что параллельные лучи (от далеких звезд) будут отклоняться в ней к центру. Такая система всем знакома как оптическая линза. Подобная ситуация будет и для газовой сферы (атмосферы Солнца). Для точного расчета отклонения луча света в гравитационном поле нужно учесть наличие атмосферы Солнца и то, что наличие градиентов плотности и температуры на пути луча вызывает изменение показателя преломления среды и, следовательно, искривление луча света. И уж если на расстоянии сотни метров вблизи земной поверхности эти эффекты вызывают мираж, то не учитывать их для луча от звезды, проходящего вблизи Солнца миллионы километров — это чистая спекуляция.
Смещение перигелия Меркурия — эффект, конечно, красивый (но в единственном экземпляре — не мало ли для "привлечения научной теории"). Поэтому было бы интересно наблюдать его вблизи твердых тел (например, для спутников вблизи планет), чтобы можно было однозначно оценить его величину. Дело в том, что Солнце не является твердым телом и движение Меркурия может вызывать на Солнце приливную волну, которая может в свою очередь влиять на смещение перигелия Меркурия. (В зависимости от скорости передачи гравитационных взаимодействий и "гидродинамических" свойств Солнца волна может как опережать, так и отставать от движения Меркурия.) В любом случае необходимо знать скорость передачи гравитационных взаимодействий для вычисления влияния прилива от Меркурия и других планет на характеристики орбиты Меркурия, чтобы можно было отделить чисто "гравитационный" эффект общей теории относительности (если этот "чистый" эффект вообще существует).
При расчете в ОТО смещения перигелия (из строгого решения для единственной притягивающей точки) создается впечатление, что мы знаем точные массы астрономических тел. На самом деле, если мы пользуемся ОТО как поправкой к теории Ньютона, то ситуация противоположная: стоит задача по видимому движению планет восстановить их точные массы, чтобы потом подставить их для проверки ОТО. Представим себе, что орбита планеты — круговая. В этом случае сразу очевидно, что период вращения в теории Ньютона уже будет взят с учетом невидимой прецессии, то есть перенормирован. Поэтому в теорию Ньютона уже входят перенормированные массы. Поскольку поправки ОТО во много раз меньше возмущающего влияния всех планет и влияния несферичности, восстановление точных масс в этой сложной задаче многих тел может существенно изменить описание всей картины движения. Это нигде не учтено.
Вообще говоря, ситуация с описанием смещения перигелия Меркурия типична для поведения релятивистов. Во-первых, объявляется, что эффект был предсказан, хотя Эйнштейн сравнивал его с известными результатами приближенных расчетов Лапласа, полученными задолго до ОТО. Надеюсь, каждый человек понимает огромную разницу между "предсказать" и "объяснить задним числом" (вспомним анекдот от Фейнмана). Во-вторых, прецессия была и в классической физике: по данным 19 века итоговая величина прецессии за счет влияния некоторых других планет расчитывалась как 588'', а недостающая расчетная величина была всего около 43'', то есть составляла малую поправку. (Заметим, что по некоторым данным 20 века указывается общая величина прецессии почти на порядок большая, но при этом сохраняется из ОТО величина в 43'' — "табу"; впрочем, это может быть и опечатка — не будем придираться по мелочам к 1/3 от "огромной экспериментальной базы ОТО"). В-третьих, точный расчет в задаче многих тел даже современная математика пока выполнить не в состоянии.
В классическом случае расчет проводился как сумма независимых поправок от влияния отдельных планет (и Солнце и планеты считались материальными точками). Естественно, в классическом случае итоговый результат (уже более 90 процентов от наблюдаемого!) может быть еще улучшен при учете несферичности Солнца, влияния всех планет (и малых тел) Солнечной системы и того факта, что Солнце — не твердый объект (материальная точка) и его локальная плотность в разных слоях просто обязана "отслеживать" влияние остальных движущихся планет (на этом пути привлечения более реальных конкретных физических механизмов вполне может получиться недостающий малый эффект). Но то, что декларируют релятивисты — уму непостижимая спекуляция! Они "находят" эффект (причем только этот малый процент), рассмотрев движения лишь двух материальных точек — Солнца и Меркурия. Простите, а как Ваша ОТО подкорректирует уже найденную из классики большую часть эффекта? Боитесь считать? Тогда о каком "блестящем совпадении" вы твердите? Чистая подгонка под желаемое!
Прообраз "черной дыры" в решении Лапласа, когда свет, движущийся параллельно поверхности, начинает как искусственный спутник Земли двигаться по кругу, отличается от идей ОТО. Ничто не запрещает свету с достаточно большой энергией покинуть тело перпендикулярно его поверхности. Нет сомнения, что такие лучи будут существовать (и по внутренним причинам и по внешним): например, падающие извне лучи по закону сохранения энергии смогут набрать энергию и при отражении покинуть такую "черную дыру". Проще вместо привлечения противоречивых свойств света рассмотреть "падение" элементарной частицы, например, электрона. Остается ли для него возможность упругого отражения, или такую возможность (для спасения ОТО) нужно постулативно запретить? Если такую возможность все же не запрещать, то рассмотрим следующий процесс.
* * *
Даже из ОТО следует ненаблюдаемость "черных дыр": время образования "черной дыры" будет для нас, как отдаленных наблюдателей, бесконечным (даже если бы мы дождались "конца Света", ни одной "черной дыры" не успело бы образоваться). А поскольку коллапс не может закончиться, не имеют смысла решения, рассматривающие будто уже все произошло. Разделенность событий для внутреннего и внешнего наблюдателя бесконечным временем — это не "крайний пример относительности хода времени", а элементарное проявление противоречивости Шварцшильдовского решения. Этот же факт демонстрирует "неполнота" систем решений. Не ясно, что станет с законом сохранения заряда, если в "черную дыру" уйдет больше зарядов одного знака? Мистическое описание "метрических приливных сил" [39] при приближении к "черной дыре" неправомерно, так как это означало бы, что градиент гравитационной силы в пределах тела велик, а все идеи ОТО основаны на противоположных предположениях.
Метрика Керра при наличии вращения также наглядно показывает несостоятельность ОТО: она математически строго дает несколько физически нереальных решений (те же операции, что и для Шварцшильдовской метрики не спасают положение). Таким образом, такой объект ОТО как "черные дыры" не может существовать и должен быть перенесен из сферы науки в область ненаучной фантастики. Вся Вселенная свидетельствует, что мир удивительно устойчив, часто динамически, но бесконечных коллапсов не бывает (скорее произойдет взрыв). Все это совершенно не отменяет возможность существования сверхмассивных (но динамически устойчивых) объектов, которые вполне могут проявляться рядом эффектов (например, аккрецией, излучением и др.). Для этого вовсе не нужны фантазии ОТО. Не нужно также искать пути искусственного спасения ОТО в виде "испарения черных дыр", так как такой возможности строго в ОТО просто нет (скорость света непреодолима), а вот в классике, напротив, нет никаких проблем.
ОТО содержит большое число сомнительных предпосылок и результатов. Перечислим некоторые из них. Например, требование для малых скоростей также и слабости гравитационного поля сомнительно: если посадить аппарат на массивную планету, неужели он не сможет стоять или медленно двигаться? Неужели, несмотря на температурные флуктуации не найдутся молекулы с малыми скоростями? Также рассмотрение центрально-симметричного поля в ОТО не имеет физического смысла: поскольку скорость может быть только радиальной, то не может быть не только вращений, но даже реальных температурных характеристик, то есть T = 0 K. Поле в полости не получают единым образом, а просто постулируют две разные константы, чтобы не было особенностей.
Излучение гравитационных волн для параболического движения (с эксцентриситетом ε = 1) приводит к бесконечной потере энергии и момента импульса, что явно противоречит опытным данным.
Фактически ОТО может применяться только при слабых полях и слабых вращениях, то есть в той же области, что и Ньютонова теория тяготения. Вспомним, что аналогичное взаимодействие между движущимися зарядами отличается от статического закона Кулона. Поэтому, прежде чем применять статический закон тяготения Ньютона, его надо проверить для движущихся тел, а это — прерогатива опыта.
Обсудим еще один принципиальный момент, касающийся относительности всех величин в ОТО. Законы, записанные просто как уравнения, сами по себе ничего не определяют. Для решения любой задачи нужно еще знание конкретики: характеристик тела (масса, форма и т.д.), начальных и/или граничных условий, характеристик сил (величина, направление, точки приложения и т.д.). Фактически задаются "реперные точки", относительно которых и изучаются последующие изменения величин (положения, скорости, ускорения и т.д.). Принципиальная относительность всех величин в ОТО противоречит опытам. Последующая искусственная попытка выводить ускорения (или вращения) относительно локальной геодезической инерциальной Лоренцовой системы — это просто подгонка к единственно работающим и экспериментально проверенным координатам абсолютного пространства (ОТО органически ничего подобного не содержит [18]).
Гравитационная постоянная не является математической константой, а испытывает вариации [9]. Следовательно, данная величина также может учитывать поправки к статическому закону тяготения Ньютона (например, не проведено анализа этих влияний при расчете смещения перигелия Меркурия). Напомним, что при финитном движении (например, периодическом) в связанной системе многих тел могут наблюдаться различные резонансные явления, выражающиеся в согласованных корректировках параметров орбит (особенно с учетом конечных размеров тел — несферичности их формы и/или распределения масс). Вообще говоря, принцип близкодействия может оказаться для гравитации полезным (а может и нет, в зависимости от скорости передачи гравитационных взаимодействий) только в ограниченном числе случаев: при быстрых (v → c) движениях массивных (одного порядка) тел вблизи друг друга. Автору неизвестны подобные практические примеры.
Подход ОТО к гравитации уникален: закрыться в кабине лифта, наслаждаясь падением, и не знать, что через мгновение расшибешься. Конечно, в реальности ситуация иная: мы всегда видим, куда и как мы движемся относительно притягивающего центра. Вопреки Тейлору и Уиллеру это и есть вторая "частица", вместе с наблюдателем — первой "частицей". Именно поэтому чисто геометрический подход к гравитации является временным ответвлением на пути физики (хотя, как расчетный инструмент может когда-нибудь оказаться полезным). И двум путешественникам в притче из книги [33] (якобы демонстрирующим подход геометрии искривленного пространства) нужно "совсем немного": желание двигаться от экватора именно вдоль меридианов по шаровой поверхности Земли, а у остальных пяти миллиардов человек может не оказаться такого желания. В отличие от желания путешественников, сколько бы вы не пожелали не притягиваться к Земле или Солнцу и без усилия улететь в космос, вашего желания явно недостаточно. Подобное явление и отражает понятие силы (в данном случае силы тяжести). Геометрия не может ответить на вопросы: сколько типов взаимодействия реализуется в природе, почему только они, почему существуют локализованные массы, заряды, частицы, почему сила тяжести пропорциональна именно второй степени расстояния, почему те или иные конкретные физические постоянные реализуются в природе и на многие другие. Эти вопросы — прерогатива физики.
Теории эволюции Вселенной навсегда останутся гипотезами, так как ни одно из предположений (даже об изотропности и однородности) не может быть проверено: "давно ушедший и движущийся поезд можно догнать только в другом месте и в другое время". ОТО приписывает себе разрешение ряда парадоксов (гравитационного, фотометрического).
Напомним, что гравитационный парадокс состоит в следующем: для бесконечной Вселенной равномерной плотности невозможно из уравнения Пуассона получить определенные значения для гравитационного ускорения тел. (Какое отношение к реальности имеют чисто математические неопределенности с условиями на бесконечности в физической модели?) Напомним также суть фотометрического парадокса: для бесконечно существующей (стационарной) бесконечной Вселенной без учета поглощения и преобразования света яркость неба должна равняться средней яркости звезд (опять много нереальных предположений). Однако и в классической физике были описаны возможности решения подобных парадоксов (например, с помощью систем разных порядков: сфер Эмдена, структур Шарлье и др.). Очевидно, что Вселенная не является размазанной средой и мы совершенно не знаем ее структуру в целом, чтобы утверждать о возможности реализации условий для подобных парадоксов (скорее, наоборот).
Например, фотометрический парадокс Ольберса легко понять на основе аналогии с океаном: свет поглощается, рассеивается и отражается порциями и на определенную глубину свет просто перестает проникать. Конечно, для разреженной Вселенной такая "глубина" огромна. Однако, светящиеся звезды представляют собой довольно компактные, далеко отстоящие друг от друга объекты. В результате в интенсивность света ночного неба вносит вклад лишь конечное число звезд (не говоря уже о том, что в теории надо учесть еще и эффект Допплера, а еще лучше — экспериментальный факт — красное смещение).
По-поводу красного смещения в спектрах астрономических объектов ситуация не до конца определенная. Во Вселенной существует значительная доля объектов, у которых разные участки спектра имеют совершенно различное смещение. Вообще говоря, поскольку расстояние до отдаленных объектов прямо не определяется (вычисляемый результат завязан на определенные гипотезы), то связывать его с красным смещением — тоже гипотеза (в которой неизвестно, что может быть проверено). Например, расширяющаяся Вселенная и без ОТО дает красное смещение согласно эффекту Допплера. Кроме того нужно учесть, что в красное смещение и наполнение так называемого реликтового излучения будет давать вклад элементарное рассеяние: вспомним, что эффект Комптона дает волны с λ' = λ0. Смещение линий в гравитационном поле прекрасно предсказывалось даже механистическими моделями из общих энергетических соображений.
Вообще говоря, теория Большого Взрыва вызывает Большие сомнения. Помимо банальных вопросов: что взорвалось, куда и когда (ведь не было ни пространства, ни времени, ни материи), возникает вопрос: а как же быть с выводами ОТО о черных дырах (непреодолимостью предельной скорости света)? Ведь Вселенная должна была быть в нулевой момент черной дырой (да и не только в этот момент, а в течение некоторого периода времени). Как же быть с ограничениями ОТО, ведь теперь вместо такого образного описания сжатия в черной дыре мы экспериментально наблюдаем повсеместное расширение? Интересно, наверное, сочинять то, что нельзя проверить (только не стоит называть это наукой).
Перейдем к следующему принципиальному вопросу. Является ли плюсом то, что распределение и движение материи не могут быть заданы произвольно? И правильно ли это? В общем случае это означает противоречивость теории, так как кроме гравитационных сил существуют и другие силы, способные перемещать материю. С практической точки зрения это означает, что мы должны были и в начальный момент времени задать все распределения "правильным для ОТО" образом. Тогда не к "моменту творения" ли мы должны относить ? И какие принципы должны быть однозначно детерминированными для такого выбора? Знаний требуется больше, чем любые возможные ожидания от предсказаний ОТО.
Под вопросом оказываются возможность точечного описания и теория возмущений, ведь итоговые величины тоже не могут быть произвольными. Присоединение к системе уравнений совершенно неизвестного уравнения состояния означает искусственное усложнение связью макро- и микроуровней и отражает возможность произвольных подгонок (например, выбрасывается температурная зависимость). Возможность добавления космологической постоянной в уравнения Эйнштейна — это косвенное признание неоднозначности уравнений ОТО и возможности произвола. Уж если с такой точностью все можно задавать, то почему произвольным образом не задавать первоначальное распределение и движение материи.
* * *
Принцип Маха обусловленности инертной массы и абсолютности ускорения действием далеких звезд также сомнителен, так как объясняет внутренние свойства одного тела через свойства других тел. Конечно, идея сама по себе красивая. Если считать, что все в мире взаимосвязано и существует некоторое идеальное полное уравнение состояния, то любое свойство тел должно определяться влиянием всей остальной Вселенной. Однако, тогда пришлось бы каждую частицу считать индивидуальной. Этот путь порочен для науки, идущей от меньшего знания к большему, так как "нельзя объять необъятное". Практически, если учесть неравномерное распределение массы (в компактных объектах) и разные величины сил притяжения от ближних и дальних объектов, то получилось бы сплошное "дерганье" вместо равномерного вращения или равномерного движения по инерции.
Принципиально принцип Маха не может быть проверен: как удаление всех тел из Вселенной, так и искусственное устремление гравитационной постоянной к нулю - ничего не имеющие с реальностью абстракции. Однако, экспериментально можно оценить влияние "далеких звезд", считая массу Вселенной сосредоточенной в основном в компактных объектах.
* * *
Выводы к Главе 2
Данная Глава 2 была посвящена критике ОТО. Здесь было выделено множество бросающихся в глаза сомнительных моментов из учебников по ОТО, начиная с общих положений о ковариантности, базовых физических понятиях и кончая более конкретными. Подробно проведено доказательство неизменности геометрии во вращающейся системе. Обсуждена необоснованность и противоречивость в ОТО принципа эквивалентности. Продемонстрирована противоречивость понятия времени и его синхронизации в ОТО. Для наиболее интересных частных случаев показаны способы синхронизации времени и одновременного измерения длин. В Главе 2 показывается неизменность геометрии пространства и обсуждается роль границ. Сомнительные моменты подчеркнуты как для методов, так и для многочисленных следствий ОТО. Подробно рассмотрены противоречивость понятия "черных дыр", Шварцшильдовского решения и многих других решений и следствий ОТО. Также обсужден принцип Маха и его возможная проверка.
Итоговый вывод главы заключается в необходимости возврата к классическим понятиям пространства и времени и построении теории гравитации на этой прочной основе.
Дайджест главы 3. Эксперименты ТО
ВведениеВ предыдущих главах значительная часть критики теории относительности базировалась на так называемых мысленных экспериментах. Сделаем одно тривиальное замечание, чтобы у какого-нибудь "доброжелателя" случайно не возник абсурдный вопрос о технической осуществимости и экспериментальной точности мысленных экспериментов. Общепринято со времен Галилея, что конструкция мысленного эксперимента использует понятия и правила некоторой критикуемой теории и демонстрирует их внутреннюю противоречивость. В результате оказывается, что вовсе нет величины, которую можно сопоставить с экспериментом. Логическое противоречие ставит финальную точку в развитии любой теории. Тем не менее для полноты картины рассмотрение теории относительности будет продолжено с экспериментальной точки зрения.
В этой главе мы будем анализировать реальные эксперименты и покажем ошибочность интерпретации этих опытов теорией относительности. Для инициации процесса размышления над релятивистскими экспериментами рассмотрим идеи, которые могли бы "почти не конфликтовать" с СТО (но потом постепенно мы дойдем и до критики).
Введение Главы 3 начнем с главного для теории относительности вопроса: постоянна ли скорость света? Казалось бы ответ на этот вопрос уже был дан в опыте Майкельсона-Морли по изучению влияния движения Земли на скорость света (напомним также аналогичные оптические эксперименты Морли, Кеннеди-Торндайка, венский эксперимент Джуса и другие [7,61,83]). Заметим, что были попытки скорректировать СТО [79,97,116] и возродить Лоренцовскую теорию эфира [1,42,64,95,108,119].
Однако, термин "постоянный" означает независимость от времени, пространственных координат, направления распространения света и, наконец, от свойств самого света. Необходимо некоторое усилие, чтобы дать непредвзятый ответ на вопрос: что же могло быть определено в интерферометре Майкельсона? Отметим, что никакая скорость в опыте Майкельсона не меряется вовсе, а измеряется разность фаз лучей (а о скорости мы можем судить лишь косвенно). Напомним, что два световых луча двигались во взаимно перпендикулярных направлениях. Заметим, однако, следующее. Чтобы избежать синхронизации временных интервалов в различных точках, оба световых луча двигались по замкнутым траекториям (в двух взаимно перпендикулярных направлениях). Следовательно, фактически мы имеем дело только с некоторой "средней" для противоположных направлений скоростью света.
Учитывая вышесказанное, казалось бы, результат эксперимента Майкельсона может быть сформулирован следующим образом: средняя скорость света фиксированной частоты для двух противоположных направлений в некоторой системе отсчета не зависит от движения этой системы. По крайней мере два вопроса возникают в связи с результатом Майкельсона-Морли:
(1) Постоянна ли скорость света независимо от направления его распространения k1 = k/k или она анизотропна: c = c(k1)? Этот вопрос можно несколько расширить: зависит или нет скорость света от пространственных координат r и времени t ? Однако, подобные вопросы с точки зрения теории относительности находятся за пределами современных теоретических и практических возможностей, поскольку затрагивают проблему структуры пространства как такового. Здесь эти вопросы не будут обсуждаться, поскольку их экспериментальная проверка с точки зрения СТО требует "базовой системы", обладающей неэлектромагнитной природой для измерения расстояний и синхронизации времени.
(2) Существует более практический вопрос: зависит ли скорость света в вакууме от характеристик самого света? В частности, возможна зависимость от частоты ω, т.е. c = c(ω).
Физический (философский) смысл постоянства скорости света (из учебников по СТО) следующий. Пусть свет способен распространяться в вакууме без промежуточной среды. Поскольку система отсчета не может быть твердо "привязана" к пустоте, то безразлично, с какой скоростью относительно вакуума движется наша система. Следовательно, скорость света по отношению к нашей системе должна быть независима от движения системы. (Хотя почему-то другие частицы могут двигаться в вакууме с самыми различными скоростями!) Однако, возникают следующие вопросы: 1) Изменяются ли свойства вакуума, когда в него вносятся частицы (фотоны)? 2) каков механизм распространения электромагнитных колебаний в вакууме? Частные гипотезы для ответа на эти вопросы будут представлены в Приложениях.
Что же в действительности могло быть определено в существующих экспериментах будет подробно проанализировано в данной главе. В результате будет дана подробная критика релятивистской интерпретации ряда известных экспериментов и наблюдательных данных, неадекватно отнесенных в пользу СТО и ОТО (чтобы не раздражать релятивистов, мы не будем рассматривать те опыты, которые явно противоречили теории относительности и обычно игнорируются апологетами ТО). Единственная казалось бы "работающая часть" СТО — динамика — будет подробно рассмотрена в следующей Главе 4.
* * *
Известно, что СТО опирается на два постулата: (1) постулат постоянства скорости света и (2) принцип относительности, который распространен на электромагнитные явления. В качестве одного из основных доказательств справедливости принципа постоянства скорости света считают отрицательные эксперименты по обнаружению эфирного ветра. Ниже мы проанализируем, что должно получаться в экспериментах Майкельсона-Морли и других с позиции пустого пространства (точнее принципа относительности Галилея). Заметим, что заранее предполагать что-либо о движении Земли нельзя; во времена Галилея такие опыты, например, доказали бы, что Земля покоится. Вообще говоря, прежде чем использовать "прибор", его надо испытать и отградуировать в лабораторных условиях, чтобы знать, что же он измеряет (а то получается как в анекдоте: — "Петька, прибор...", — "Три!", — "Чего три?", — "А что "прибор"?"). Представьте себе, что у кого-то возникла бы "теория", что из-за вращения Земли вокруг своей оси должен наблюдаться постоянный ветер вдоль параллелей порядка 400 м/с. Начали его измерять флюгерами с вертушками и выяснилось, что ветер постоянно меняется как по направлению, так и по величине в огромных пределах в зависимости от времени и места. Из этого сделали бы "вывод", что на Земле вовсе нет атмосферы. Поскольку книга посвящена конкретно критике теории относительности, то, в первую очередь, мы будем затрагивать общепринятые современные представления теории относительности, хотя кратко коснемся и некоторых эфирных концепций.
* * *
Привлечение времени жизни мюонов для доказательства СТО — чистая спекуляция. Создать две инерциальные системы, движущиеся друг относительно друга с релятивистскими скоростями пока не по силам современному человечеству. И не стоит маскировать совершенно другую реальность под такой эксперимент. Время жизни нестабильных частиц должно зависеть от условий их образования (даже стабильное ядро может стать возбужденным или нестабильным, либо может произойти, наоборот, рекомбинация и т.д.), а условия образования мюонов на высоте 20 – 30 км при столкновении высокоэнергетических космических лучей с атомами азота и кислорода отличаются от условий их образования в лаборатории. Не говоря о том, что на разных высотах не были измерены даже скорости мюонов, ускорения и интенсивности их потоков. Измерения же, проведенные на ускорителях, скорее свидетельствуют о влиянии ускорений и полей на конкретный процесс распада конкретных частиц.
Это "мюонное доказательство" вошло во все учебники по СТО с середины 30-х годов. Однако через несколько лет было обнаружено, что, во-первых, мюоны образуются практически на любой высоте, а, во-вторых, с ростом энергии их проникающая способность существенно возрастает (то есть они почти перестают взаимодействовать с веществом). Тем не менее, релятивистское псевдодоказательство не было исключено из учебников, и им продолжают морочить головы студентам (к вопросу о научной этике).
* * *
О бедном эфире замолвите слово
Сделаем вспомогательное замечание по поводу эфира. Откровенно говоря, выдумывание помимо "абсолютной пустоты" (без физических свойств) других понятий типа "физический вакуум" (обладающего физическими свойствами) несправедливо по отношению ко многим предшествующим исследователям (плагиат), так как для подобных понятий уже есть термин — "эфир". Только перед эфиром была поставлена задача: сразу объяснить на простой и наглядной модели все опыты или "удалиться со сцены". Дальнейшее развитие физики ввело иную практику (вспомним дуализм света, квантовую механику и др.): противоречивые свойства физических объектов или явлений просто стали постулировать как факт без объяснения и реальной наглядной модели. Например, имеется модель двухкомпонентной жидкости для описания противоречивых свойств сверхтекучего гелия (течение без вязкости через капилляр и наличие вязкости при вращении). Реальность далека от модели, но модель работает (полезная). И только от теории эфира релятивисты требовали большего. Хотя на самом деле для всех моделей эфира, объявленных релятивистами нереальными, существовали аналогии, действующие в природе (а чего казалось бы требовать большего от модели?). Например, нет ничего удивительного в том, что скорость света может оставаться одинаковой при изменении плотности эфира: скорость звука в воздухе при тоже не зависит от плотности воздуха. Нет ничего противоестественного и в том, что плотность эфира может существенно (всего в 60000 раз) увеличиться вблизи поверхности Земли по сравнению с космосом: плотность атмосферы увеличивается на много порядков больше. Модель Стокса — это модель без атмосферы. Математические трудности модели (предположение безвихревого несжимаемого движения) совершенно ни при чем: реальное, описывающее природу, решение может оказаться близким к найденному Стоксом (просто истинное строгое решение нелинейного уравнения в частных производных без упрощений найти математически гораздо сложнее). Справедливости ради отметим, что в настоящее время существуют довольно развитые концепции эфира (например, [1,8]).
Перейдем теперь к другим конкретным вопросам и дадим краткие комментарии к некоторым известным экспериментам. Аберрация в пустом пространстве без СТО была проанализирована выше как с точки зрения корпускулярной, так и волновой теории. Результат будет аналогичным и с точки зрения теории неподвижного эфира. Полное увлечение эфира средой непонятно при постепенном уменьшении плотности среды (например, в газах). Поэтому гипотезу полного увлечения эфира никто всерьез (кроме релятивистов) не обсуждал. Даже если бы эфир увлекался полностью твердыми и жидкими телами, анализ был бы не прост: необходимо было бы разработать теорию переходного слоя между телами и теорию пограничного эфирного слоя для газов в зависимости от плотности газов (например, в опыте Майкельсона речь никак не могла бы идти о 30 км/сек — орбитальной скорости самой Земли). Однако, физика пошла иным путем и еще Френель ввел коэффициент, показывающий, что в оптически прозрачных средах можно предполагать лишь частичное увлечение эфира. Оно практически (с достигнутой точностью) не меняет аберрацию при заполнении трубы водой, что было показано самим Френелем (заметим, что при невертикальном наблюдении нужно учитывать угол преломления лучей в средах заполнения, но, вообще, все подобные вопросы относятся уже не к теории аберрации, а к теории рефракции). Единственный случай, когда правомерно обсуждать гипотезу полного увлечения эфира — это для оптически непрозрачных сред (металлов). Может это интуитивно чувствовал Герц, когда с самого начала отказался рассматривать оптические явления с точки зрения своей электродинамики (поэтому неправомерно применение релятивистами его теории для диэлектриков с целью дискредитации).
Опыт Троутона и Нобля не противоречит принципу относительности Галилея в пустом пространстве. Вообще говоря, все опыты с диэлектриками не противоречат принципу относительности Галилея, так как часть пути свет (вернее поле) проходит в пустоте между атомами, а другую часть пути свет поглощается и переизлучается атомами. Для теории частично увлекаемого эфира (если нет металлической экранировки) всегда можно с практической точностью определить коэффициент увлечения Френеля, подтверждающийся для опытов и первого и второго порядка (правда часто точность оказывается невелика и вводится больше одного "подгоночного" коэффициента). Опыт Роуланда фактически доказал, что с точки зрения теории эфира — эфир полностью увлекается металлом, а с точки зрения принципа относительности Галилея опыт доказал эквивалентность движущихся зарядов току. В опытах (Рентгена) Эйхенвальда и Вильсона фактически получен Френелевский коэффициент увлечения в диэлектриках.
* * *
Интерферометр Кеннеди-Торндайка отличался от интерферометра Майкельсона только тем, что длины перпендикулярных плеч сразу были выбраны неравными. Однако, для интерференционной картины важна только разница хода лучей по отношению к длине волны используемого света (доля от длины волны). Кроме того, точность измерения длин плеч интерферометра (например, интерферометра Майкельсона) всегда меньше длины волны используемого света. Следовательно, вопреки мнению [38], опыт Кеннеди-Торндайка принципиально ничем не отличается от опыта Майкельсона-Морли. Поэтому все замечания, указанные для опыта Майкельсона ранее, будут общими для обоих этих опытов.
* * *
Некоторые релятивисты [38,107] выделяют три ключевых опыта (Майкельсона, Кеннеди-Торндайка и Айвса-Стилуэла), которые якобы с однозначностью приводят к преобразованиям Лоренца (база для СТО). Однако, мы видим, что все три эксперимента не являются доказательными. СТО "повисает в пустоте" даже с экспериментальной точки зрения.
* * *
Начнем с общих замечаний. Справедливости ради надо отметить, что принцип относительности даже для механических явлений никогда не проверялся с максимальной экспериментальной точностью. Если поверить в отсутствие всепроникающего эфира, то аналогичными свойствами обладает гравитационное поле. Как бы ни двигался наблюдатель на Земле (при прямолинейном равномерном движении или круговом движении по поверхности Земли), сила тяжести будет меняться по величине или направлению, что может быть обнаружено при сравнении количественных закономерностей в экспериментах. Следовательно, заявляемые гипотетические эксперименты могли бы быть проделаны только в отсутствие тяготения или же при строго симметричном распределении всей Вселенной относительно точки наблюдения. Но при наличии движущихся тел такая строгая "компенсация" тяготения могла бы быть только в одной точке. Во всех реальных случаях наблюдаются абсолютные изменения состояния (скорости, ускорения и др.) относительно точки пространства, которую в данный момент проходит исследуемый объект. Кроме того, следует признать, что строгое понятие инерциальной системы в экспериментальном плане должно быть расширено и распространено на "почти инерциальные системы", то есть на системы, неотличимые в пределах существующей точности от строго инерциальных систем в течение всего опыта. В противном случае это понятие было бы лишено практического приложения и оказалось бесполезным для физики. Например, ясно, что все без исключения "релятивистские" опыты проведены на неинерциальной Земле (неинерциальность Земли элементарно доказывается маятником Фуко) и если подходить совсем строго, то нельзя для их объяснения привлекать принцип относительности СТО (беспредельная строгость "ставит крест" на любом разделе физике).
Сделаем еще одно общее замечание. Ошибочность теории относительности никак не связана с наличием или отсутствием всех тех эффектов, которые СТО пытается описать и спекулировать на этом (также как отмена хрустальных сфер не отменяет реально наблюдаемое движение планет). Надо четко отделять два вопроса: существует ли само явление и верна или нет некоторая теория, приписывающая единственной себе объяснение этого явления. По тем "причинам", которые заявлены в СТО, никаких экстраординарных эффектов просто не может быть (совокупность положений и выводов СТО несовместна, то есть логически противоречива). Если же какой-то эффект наблюдается, то надо для него искать другую реальную причину (объяснение, интерпретацию). Каждая теория содержит ряд "если", которые должны проверяться экспериментально. Например, может ли при реальном (!) изменении скорости объекта изменяться течение некоторых процессов в нем? В принципе, может. Например, первое "если": существует эфир; второе "если": некоторый процесс зависит от скорости относительно этого эфира. Но тогда относительная скорость двух систем наблюдения будет совершенно ни при чем. Так, если первая и вторая система движутся в противоположные стороны с одинаковой скоростью относительно эфира , то аналогичные процессы в этих системах будут протекать одинаково. Если же третья система движется в ту же сторону, что и первая, но со скоростью относительно эфира, то, несмотря на ту же самую относительную скорость , процессы в третьей и первой системах будут различаться. В данном случае нарушается сам принцип относительности (и уж тем более СТО). Такое в принципе тоже возможно, но должно проверяться только в ходе экспериментов (с требуемой точностью этого никто еще не сделал).
Еще одно замечание, касающееся экспериментальных результатов. Разброс данных в каждом из экспериментов по измерению скорости света как правило высок. А заявляемые в СТО маленькие допуски получаются только после определенной статистической обработки (то есть подгонки под желаемые результаты). Это уже приводило к конфузам: объявляемое релятивистами наиболее вероятное значение скорости света дважды изменяли с явными выходами за пределы заявляемых допусков (см. [25]).
Заметим, что в космосе дисперсия света была обнаружена давно [5]. В работе [49] была предположена дисперсия c(ω) в вакууме (эта гипотеза будет рассмотрена в Приложениях). Можно привести пример, когда линии излучения появились спустя 2 месяца после обнаружения рентгеновской вспышки [13], что также может иметь отношение к дисперсии света в вакууме.
Классический закон сложения скоростей имеет отношение только к поступательному движению тел. Если же имеется еще и колебательное движение, то в общем виде ничего определенного о суммарной скорости сказать нельзя (даже для нерелятивистских скоростей). Например, скорость удара молоточка о камертон никакого отношения не имеет к скорости распространяющихся волн.
* * *
Весьма странным является типичное "увеличение точности" при статистической обработке данных в СТО. Это означает, что искусственно выбираются данные и исследуются зависимости, заведомо укладывающиеся в данную теорию. Во-первых, наиболее вероятные значения разных физических величин могут быть совершенно несвязанными причинно друг с другом даже в отдельных актах взаимодействия (вспомним различие между истинным значением и средним, наиболее вероятным или эффективным значением в конкретном процессе измерения). Во-вторых, для существенно нелинейных выражений из равенства средних (или эффективных) значений весьма непросто извлечь заявляемые соотношения для истинных (мгновенных, или причинно связанных) величин. Такого анализа данных (якобы подтверждающих СТО) нигде не встречается (ведь нужно привлекать теорию флуктуаций в этом случае). В-третьих, надо обратить внимание на следующие математические факты:
1) статистическое усреднение периодической функции с неизвестным периодом по другому периоду (неверному, например, когда не учитывается вклад переизлучения атомами) может дать в результате нуль или величину, меньше истинной;
2) попытка определения периодической зависимости путем выделения неправильно угаданной или сдвинутой гармоники дает нуль или заниженную величину. Возможно, неправильная статистическая обработка данных и есть та причина, по которой, несмотря на значительные отклонения каждого из отдельных измерений от нулевого уровня, в ряде опытов (типа Майкельсона) после статистической обработки получаются весьма малые колебания величин (вспомним анализ, проведенный Миллером в своих опытах [95]).
Исследовать какое-нибудь явление с помощью тонкого эффекта Мессбауэра очень "модно". Однако, весьма странно соотносить влияние температуры на сдвиг резонансной частоты с эффектом замедления времени СТО в опыте Паунда и Ребки — это чистая спекуляция. Хотя температурные изменения в большей или меньшей степени влияют на все без исключения физические явления, но время СТО совершенно ни при чем для явно классической области исследования. В противном случае, если совсем чуть-чуть продолжить глобальную претензию релятивистов в близкую область — до плавления образца (когда сам эффект исчезнет), то что нужно декларировать в этом случае: время закончило свой бег, время стало сингулярным или иной бред? Статистический анализ в температурных опытах Паунда и Ребки — дело тоже весьма сомнительное. Определяется влияние температуры (вернее ее изменений) на сдвиг частот (при чем здесь старение?!).
Напомним, что температура характеризует разброс скоростей внутри образца. Как же можно приписывать эффект образцу как целому? Вообще странно связывать ход времени с эффектом Допплера или выбирать в качестве индикатора хода времени некоторую частоту конкретного процесса. Действительно, пусть имеется система, состоящая из большого числа атомов, возбужденных с помощью определенной частоты. Выберем индикатором хода времени в этом образце данную частоту. Когда атомы начнут переходить в основное состояние, они будут излучать. Найдутся также атомы, которые, напротив, будут поглощать фотоны и некоторые из них испытают даже многократное поглощение. В результате в системе дополнительно появится другая частота (даже несколько разных частот). Но, основываясь на этом факте, абсурдно считать, что время изменилось даже для этих избранных атомов, не говоря уже об приписывании изменения хода времени всему образцу и уж тем более всем системам отсчета, с которыми можно мысленно связать наш образец (именно такие глобализации используют СТО и ОТО).
Следующее методическое замечание касается часто совершаемого релятивистами подлога терминов (один из "методов" самоутверждения путем обмана). Так, члены, содержащие величину c в знаменателе (например, v/c и др.) они стали называть "релятивистскими", хотя в классическом случае подобные члены тоже часто проявляются и, как минимум, необходимо сравнивать аналитические выражения для аналогичных членов в классическом и релятивистском случаях. Подобная ситуация обмана имела место в случае радарных наблюдений Венеры, когда был распущен слух о якобы новом (!?) подтверждении СТО, хотя на деле использовались чисто классические формулы (см. [118]).
Хотя настоящая глава не посвящена общей теории относительности (ОТО), тем не менее (из-за заявляемого релятивистами единства теории относительности) для полноты картины представим дополнительно некоторые критические замечания к экспериментам. Весьма странно, что в одних случаях релятивисты утверждают об эквивалентности описания (например, опыта Саньяка) как в рамках СТО, так и с использованием неинерциальной системы в рамках ОТО, а в других случаях, вопреки заявляемой эквивалентности гравитационного поля и неинерциальности системы, СТО дает неадекватно малый результат (например, для смещения перигелия Меркурия).
Опыт Хефеля-Китинга объявлен как подтверждающий ОТО. Однако этот вывод был получен на основе малой (опять урезанной) выборки. Другие исследователи, получившие доступ к тем же первичным данным сделали прямо противоположный вывод. При этом опыт Хефеля-Киттинга был истолкован в пользу зависимости времени от гравитации (интерпретация фактически означает изменение самой несущей частоты генератора в гравитационном поле). Однако, в таком случае он противоречит интерпретации опыта Паунда-Ребки, где считалось, что генератор дает одну и ту же частоту на любой высоте (и какой-то из опытов нужно исключать из "копилки" теории относительности). Неплохо было бы теоретикам на время перестать твердить "что должно быть", "вытащить вату из ушей" и послушать тех, кого они сами назвали скромным и незаметным словом "наблюдатель" [134], чтобы узнать, а "что же есть на самом деле". Ведь именно эти "наблюдатели" участвовали в создании "преимущественной системы отсчета" (WGS-84, ПЗ-90, ГЛОНАСС, NAVSTAR GPS), вопреки постулатам СТО вводили поправки на движение поверхности Земли относительно навигационных спутников и т.д. Некогда практикам (геодезистам, инженерам, изобретателям, экспериментаторам) слушать "объяснения задним числом от теоретиков", и приходится им действовать как в пословице "про лающую собаку и паровоз".
Так вот, генераторы спутниковых систем NAVSTAR GPS настраивают на Земле на частоту 10,2299999945 МГц, чтобы на орбите частота генератора повысилась до 10,23 МГц в строгом соответствии с известным еще до СТО эффектом Этвеша, т.е. многолетние навигационые эксперименты опровергают единичный опыт с "летающими самолетами". Гравитационное смещение в [33] толкуется с энергетических позиций, а куда же исчезло замедление времени в поле тяжести? Попытка избавиться от релятивистской "разноголосицы" предпринята в [21]. Однако, "объяснение" результатов опыта в данной статье с помощью модели лифта (обладающего нулевой начальной скоростью) совершенно необоснованно, поэтому нельзя считать сопоставление опыта Паунда-Ребки с опытом Хефеля-Киттинга в пользу гравитационного изменения хода часов (вспомним, что согласно ОТО гравитационное поле локально "выключено" в свободно падающем лифте). Дело в том, что все формулы СТО и ОТО локальны.
Фактически, в данной статье релятивисты пытаются "создать" мысленно единый объект с помощью бесконечно быстрых сигналов. Может ли тот факт, что приемник сейчас каким угодно образом двигается внутри лаборатории повлиять на полученный от α-центавра через 4 года фотон? Конечно, нет! Ведь и СТО считает, что сигнал (фотон и его влияние) распространяется со скоростью света (предыстория процесса не включена ни в одну формулу ТО). Поэтому мы не должны считать скорость лифта в начальный момент равной нулю при "объяснении" опыта Паунда-Ребки. Наоборот, мы должны сообщить свободно падающему лифту такую скорость (она не влияет на удаленный фотон), чтобы в момент приема фотона "прибор" (воспринимающий атом) находился в том же месте, что и реальный покоящийся атом, и тоже имел нулевую скорость. Ясно, что эффект Допплера будет тогда ни при чем, так как он зависит только от скорости, а не от ускорения. Оба атома будут находиться совершенно в одинаковом положении и различие состоит лишь в том, что у одного есть опора снизу, а у второго — нет. Но ведь если мгновенно убрать опору ничего не может измениться в СТО (согласно эффекту Допплера). Однако, для этого конечного состояния фотоны можно было бы послать с разной "глубины", то есть эффект был бы для одного и того же состояния (места) разным. Следовательно, наблюдаемый эффект — это влияние не места нахождения воспринимающего атома, а именно изменившихся свойств самого фотона.
Краснеет именно фотон (а не "синеет место приема"), что вполне может описываться в классических терминах потери энергии и изменения реальной частоты фотона (а не наблюдаемой частоты). Приведенное в [21] "объяснение" ОТО этого смещения в терминах "посинения энергетических уровней поглощающего атома" весьма сомнительно и по другим соображениям. Поскольку речь идет об отдельном атоме, то данный эффект не может быть "характеристикой места" (часов ОТО). Например, атомы газа всегда (кроме момента столкновения) находятся в свободном падении и никакого смещения в данном месте не наблюдалось бы. В жидкостях и твердых телах атомы тоже находятся в движении (даже при ). Следовательно, вместо четкого смещения линии (эффект сильно чувствителен даже к скоростям в несколько см/с) наблюдалось бы сплошное размазывание линии. Но в любом случае получается не "всеобщий гравитационный эффект ОТО" [21], а эффект, зависящий от участвующих в данном процессе конкретных нерелятивистских механизмов.
Хорошо прятаться за резонансные эффекты (наличие линий излучения), а если мы рассмотрим переходы в непрерывный спектр? Откуда непрерывный спектр знает путь, пройденный фотоном? А если учесть, что не каждый фотон, "упавший" на атом, поглощается, а часть фотонов всегда пролетает то самое "посиневшее место", которое их ожидало? А если вообще нет среды? Например, пусть фотон покидает "черную дыру". Летит он себе с неизменной энергией, а места, которые он пролетает по дороге, все "синеют и синеют". Прекрасная поэзия! В физике не может считаться объяснением манипуляция с математическими символами (например, условие безмассовости в третьем "объяснении" [21] — не более, чем гипотеза).
* * *
Весьма странно выглядят некоторые заявления релятивистов о возможности и необходимости экспериментального определения "якобы существующего" искривления пространства (в нашей единственной Вселенной!): а относительно чего, собственно, измеряется такое искривление? Ведь эксперимент может зафиксировать только происходящие изменения с физическими величинами (метод сопоставления с эталонными значениями).
Резюмируя критику базиса теории относительности, следует вывод о необходимости возврата к классическим Ньютоновским понятиям пространства и времени. Мы также возвращаемся к классическому линейному векторному закону сложения скоростей для частиц.
* * *
Выводы к Главе 3
Поскольку физика является в первую очередь экспериментальной наукой и большинство учебников начинается именно с экспериментального "обоснования" теории относительности, то существовала необходимость (несмотря на наличие логических пробелов СТО) проанализировать релятивистскую интерпретацию ряда экспериментов и показать ее ошибочность (речь не идет об ошибочности самих полученных в опытах данных: экспериментатор всегда прав!). В данной Главе 3 для пустого пространства (с учетом принципа относительности) были подробно проанализированы с корпускулярной и волновой точек зрения эксперименты, приведшие к утверждению СТО. Показано, что все эти эксперименты могли дать только "нулевой результат", так как единственно возможная зависимость скорости света c(ω) не исследовалась вовсе. Затем были проанализированы те эксперименты, которые якобы подтверждают СТО, и дан ряд методических замечаний.
Глава содержит как общие замечания по экспериментальному обоснованию принципа относительности, теориям эфира, статистической обработке данных и другие, так и конкретное критическое обсуждение аберрации, опытов Майкельсона-Морли, Кеннеди-Торндайка, Айвса-Стилуэла и других. Здесь показана совершенная неадекватность интерпретаций этих опытов в рамках СТО. В конце главы обсуждены такие эксперименты ОТО как опыты Хефеля-Киттинга и Паунда-Ребки и показана неверность интерпретации этих опытов в ОТО. Данная глава продемонстрировала совершенную экспериментальную необоснованность теории относительности.
© Артеха С.Н.
|
|
|
