О. Деревенский - Фиговые листики теории относительности

• Название: Фиговые листики теории относительности
• Автор: О. Деревенский
• Жанр: Физика

Канонизированная версия появления теории относительности (ТО), вкратце, такова. На рубеже XIX-XX веков был в оптике движущихся тел жуткий кризис. Физики захлебнулись в противоречиях, сидели в прострации и не знали, что делать дальше. Тут-то Эйнштейн и вывел этих недотёп на путь истинный. Все-то противоречия его ТО устранила, все-то эксперименты она объяснила, да ещё кучу предсказаний сделала – и все они великолепно подтвердились на опыте!

Ну, красная цена канонизированным версиям хорошо известна: «Боже мой, что скажет история?» - «Да не волнуйтесь, история солжёт, как всегда!»

И точно! Никаких противоречий ТО не устранила: она их послала куда подальше, а от себя новых насадила, ласково называя их парадоксами. Никаких экспериментов она не объяснила: она выдала постулаты без каких бы то ни было объяснений. А что касается дух захватывающих предсказаний ТО – мол, у движущегося с околосветовой скоростью объекта продольный размер сокращается чуть не в ноль, время растягивается чуть не на веки вечные, а масса растёт в дурную бесконечность – так правда в том, что все эти предсказания великолепно подтверждаются лишь мысленными экспериментами. А в физических экспериментах – не считая тех, тривиальные результаты которых ничего не доказывают – всё получается не так, как предсказывает ТО.

Вам трудно такое представить? Ничего страшного: по меткому выражению Ландау, «ныне учёные способны постигать даже то, чего не могут себе вообразить».

Было бы желание!

---

А всё – из-за того, что «всё относительно». Из-за того, что к движению физических тел следует подходить, мол, с позиций формальной логики. Поясняем: с этих позиций плевать, кто относительно кого движется, ибо если тело А движется относительно тела В, то, формально, тело В тоже движется относительно тела А. Плевать-то плевать, но, на практике, движения тел зачастую оказываются однозначными – например, камень падает на Землю, а не наоборот. Кто сомневается, тому можем справочку предъявить. Вот эта справочка: если скорость соударения камня с Землёй равна V, то кинетическая энергия, которую после этого соударения можно превратить в другие формы энергии, равна половине произведения квадрата V на массу камня, но уж никак не на массу Земли. Значит, действительно, падал камень. Сия справочка выдана на основании закона сохранения энергии. Законнее не бывает – так что не придерёшься.

Знаете, почему так получается? Потому что угораздило кинетическую энергию быть квадратичной по скорости! Из-за этой квадратичности, превращения энергии при ускоренном движении конкретного тела адекватно описываются лишь в какой-то конкретной системе отсчёта. То есть, для адекватного описания, скорость тела приходится брать, так сказать, однозначную! Закон, как говорится, порядка требует. А особенно – закон сохранения энергии! Там, где этот закон работает, скорости оказываются истинными-однозначными, и никакого бардака – с относительными скоростями – нет!

О каком бардаке идёт речь? А вот, например, Эйнштейн утверждал, что «движущиеся часы замедляют свой ход». В терминах относительных скоростей это сразу приводит к «парадоксу часов» (или «парадоксу близнецов»): часы N1 движутся относительно часов N2, поэтому часы N1 идут медленнее; но часы N2 тоже движутся относительно часов N1, поэтому медленнее идут часы N2. Из такой находки популяризаторы ТО выжали всё, что только можно. Благодаря их подвижничеству, любой желающий мог, в свободное от основной работы время, попрактиковаться в вывихивании своих мозгов, пытаясь совместить два взаимоисключающих утверждения – да остаться при этом в рамках формальной логики. Это называлось «теория относительности для миллионов». Кстати, помимо «парадокса часов», можно было бы поизгиляться ещё насчёт совершенно аналогичных «парадокса длин» и «парадокса масс» - но в приличном релятивистском обществе это было не принято. «Реальное» сокращение длины – оно ведь должно вызываться реальными силами, которые должны совершать реальную работу… Видите, куда заносит – даже с длинами? Не говоря уже про массы! Это приводит к парадоксам с энергией – что нехорошие ассоциации вызывает. А приколы с часами, как полагали, к парадоксам с энергией не приводят. Ведь атомных часов тогда ещё не было даже в проекте – были, в лучшем случае, швейцарские хронометры. Так что насчёт «движущихся часов» грех было не поизгиляться!

Так вот, Эйнштейн отлично понимал: бардак с относительными скоростями возможен лишь там, где превращений кинетической энергии не происходит. Поэтому он и оговорил, что «специальный принцип относительности» применим лишь для систем отсчёта, «движущихся друг относительно друга прямолинейно и равномерно». Правда, ни одной такой системы отсчёта он не указал: в реальном физическом мире, все практические системы отсчёта оказываются в той или иной степени ускоренными. Казалось бы, здесь у Эйнштейна очевидный недочёт! Но это для нас, для простых смертных, очевидный недочёт. А для гениев – всё по-другому. Этот недочёт Эйнштейн превратил в увесистую дубину против своих критиков. Они-то, глупенькие, выстраивали свои рассуждения, ориентируясь на реальный физический мир, в котором ускорения неизбежны. Как только у них доходило до ускорений – тут же следовал удар дубиной: «Вы вышли за границы применимости теории, которую критиковать пытаетесь! Тундра неогороженная!» Останавливающий эффект был колоссальный.

И ведь до сих пор релятивисты полагают, что специальная теория относительности (СТО) справедлива для неускоренных систем отсчёта. Только они не уточняют – где же сыскать дурака, сиднем сидящего в такой системе. Сел на пенёк – так перестал ускоряться, что ли? Не смешите! Во-первых, этот пенёк имеет центростремительное ускорение из-за суточного вращения Земли. Во-вторых, Земля сама обращается вокруг Солнца. В-третьих, Солнечная система обращается вокруг центра Галактики... Где же он, чудесный неускоренный пенёк, на котором седалище полноценно отдохнуло бы от суеты мирской? Или, выражаясь научным слогом, где же практические системы отсчёта, в которых должны работать предсказания СТО? Сотня лет прошла, а ни одной такой системы отсчёта релятивисты не указали. Но ведь это скандал: где же у этой теории область применимости?

«А вот область применимости не трожьте! – обижаются релятивисты. – Во-первых, даже криволинейное и ускоренное движение на маленьком отрезочке можно считать прямолинейным и равномерным, понимаете?» Понимаем. Это называется: «понарошку». Как в детском садике! «А во-вторых, - продолжают они, - если кто желает рассчитать, например, релятивистское изменение хода атомных часов, то непременно находится система отсчёта, в которой предсказания СТО срабатывают!» Ага, ага. Непременно находится! Только не благодаря СТО! Надо же было умудриться сморозить такой шедевр: великолепную, внутренне непротиворечивую теорию, из которой прямиком следует, что она неприменима на практике! «Но в этом нет ничего страшного, - успокаивают нас, - это следствие как раз ошибочное!» Ну, действительно: несмотря ни на что, подходящая-то система отсчёта находится! Если удачно применить метод научного тыка! Вон, какой-нибудь несчастный космический аппарат, с атомными часами на борту, движется и относительно других космических аппаратов, и относительно наземных лабораторий, и относительно Луны, планет, Солнца… Прикидываете, сколько у него относительных скоростей? И нужно не захлебнуться в этом изобилии, а, удачно научно тыкнув, выбрать одну-единственную относительную скорость – вот тогда для его бортовых часов предсказания СТО блестяще сработают!

Ёлки-палки, до чего же мы докатились? Чем «одна-единственная относительная» скорость отличается от истинной-однозначной? Ну, разве вот чем: если вы хотите сделать правильные расчёты, то «одну-единственную относительную» скорость можно найти, действительно, лишь методом научного тыка – а истинная-однозначная скорость известна заранее. Надо только знать, как истинные-однозначные скорости отсчитывать.

Секрета из этого не делают. Прямо говорят: здесь не обойтись какой-то одной системой отсчёта; их – целое семейство. Причём, области пространства, в которых следует опираться на ту или иную систему отсчёта из этого семейства, строго разграничены. Это разграничение в точности повторяет разграничение областей действия тяготения больших космических тел (см. наш очерк «Бирюльки и фитюльки всемирного тяготения»). Действительно, имеется множество свидетельств о том, что, в областях планетарных тяготений, солнечное тяготение «отключено». Именно такой подход, дорогой читатель, объясняет не только фактическую картину океанских приливов (нет там никаких «приливных горбов»!), но и феномен астероидов-Троянцев, а также чудеса кинематики у парочки Земля-Луна, которая вовсе не обращается вокруг «общего центра масс»: Луна-то, можно сказать, обращается, а вот Земля всего лишь колеблется вперёд-назад вдоль местного участка своей околосолнечной орбиты. Так вот: из-за разграничения областей действия солнечного и планетарных тяготений, малое тело, где бы оно ни находилось, тяготеет – и, если есть возможность, падает – только к одному «силовому центру»: к солнечному или планетарному. Этим и обеспечивается однозначность превращений энергии при свободном падении малых тел – благодаря чему и являются реалиями их истинные-однозначные скорости.

Так по отношению к чему эти скорости следует отсчитывать? Смотрите: малое тело испытывает тягу, направленную вниз по местной вертикали – подчиняясь определённым предписаниям. Которые задают «склоны» для собственных энергий (масс) элементарных частиц: «верх» - это там, где эти энергии больше, а «низ» - там, где они меньше. Чем круче местный участок такого «склона», тем больше местное ускорение свободного падения – ведь кинетическая энергия малого тела при свободном падении за счёт того и растёт, что, при перемещении его вниз, обязана уменьшаться его масса. И, если превращения энергии при свободном падении определяются геометрией местного участка «склона» для собственных энергий, то истинная-однозначная скорость – это, по определению, и есть скорость относительно местного участка этого «склона» (авторское название этой скорости – локально-абсолютная). Правда, на практике такое определение мало что даёт: как можно знать скорость физического объекта относительно каких-то там «предписаний»? Ведь ещё великий Мах учил, что «на практике мы можем проследить движение тела только относительно других тел»… Не пужайтесь, граждане: как раз на практике легко находится подходящее тело отсчёта. Для физических явлений в пределах планетарной сферы тяготения, таким телом отсчёта является планета, а для физических явлений между планетарными сферами тяготения – Солнце. Можно сказать, что в солнечное «инерциальное пространство» встроены области планетарных «инерциальных пространств», которые находятся в орбитальном движении вокруг Солнца. Причём, в области планетарного «инерциального пространства», на истинной-однозначной скорости физического объекта никак не сказывается то, что сама эта область находится в орбитальном движении.