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!

---

У теоретиков интерес к этой проблеме как-то сам собой угас. Не корите вы их, не браните – их мучения можно понять. Если задача ставится так: «Каким образом лазерный импульс проходит по нелинейной ячейке быстрее чем мгновенно? или, другими словами, каким образом групповая скорость света может быть больше чем бесконечная?» - тут даже самая буйная фантазия заглохнет. Но зачем же ставить заведомо нерешаемые задачи? Может, здесь дело всё-таки не только в нелинейной ячейке? Вот что заслуживает внимания: во всех подобных экспериментах, «выпадающая» задержка – это как раз то время, за которое лазерный импульс пролетает промежуток от генератора до нелинейной ячейки! Чем меньше протяжённость нелинейной ячейки, тем «запредельнее» оказывается опережение! Самый оглушительный результат был получен с тонкой поглощающей плёнкой! И напрашивается вот какая версия: когда нелинейность «выключена», лазерный импульс идёт от генератора к нелинейной ячейке со скоростью света, а когда нелинейность «включена», импульс перебрасывается из генератора в нелинейную ячейку почти мгновенно. Тогда всё становится на свои места. Правда, следует уточнить, как распространяется свет, а то, наверное, не все ещё знают.

Нас ведь как учили: с позиций квантовой теории, свет – это не что иное как летящие фотоны. А что такое фотон, никто из учителей толком не понимает. Грубо говоря, это, якобы, отрезочек электромагнитной волны, который излучается атомом и, долетев до другого атома, может им поглотиться. А знаете, сколько длин волн укладывается на этом отрезочке? Интерференция при больших разностях хода подсказывает: как минимум, несколько миллионов. Умножьте, на эти несколько миллионов, длину волны в видимом диапазоне – скажем, 5000 Ангстрем – получится нижняя оценка для «длины фотона». А расстояния между атомами в твёрдом теле – несколько Ангстрем. Вы, дорогой читатель, представляете, как от одного атома к другому летит «отрезочек», длина которого на 8-9 порядков больше, чем расстояние между этими атомами? Не получается? Странно… Впрочем, у физиков это тоже не получается. А ведь это – самое простенькое. С другими свойствами фотона ещё хлеще выходит. Собственно, а зачем они, фотоны, нужны? Без них всё гораздо проще: квант световой энергии не движется по пространству между атомами, а перемещается непосредственно с атома на атом с помощью почти мгновенного квантового переброса. Цепочка таких квантовых перебросов с атома на атом – это и есть движение кванта световой энергии. А поскольку это движение подчиняется определённым закономерностям, то ясно, что действует некоторое управление, прокладывающее путь кванту световой энергии. Это оно, управление, производит поиск очередного атома-получателя. В ходе этого поиска, пространство вокруг атома-отправителя сканируется – угадайте, с какой скоростью? Правильно, со скоростью света в вакууме – по отношению к местному участку «инерциального пространства». Такой подход объясняет многое: и конечность скорости света, и прямолинейность его распространения, и его волновые свойства, и особенности его движения в вещественных средах, в том числе и в движущихся. К тому же, проясняется причина «запредельных» опережений у Басова и его последователей. Смотрите: управление, прокладывающее пути квантам света, работает особенно эффективно, если длина волны попадает на спектральную линию в веществе. А, в данном случае, у генератора и нелинейной ячейки спектральная линия одна и та же. Лазерный импульс генерируется, когда путь ему уже проложен до выходного торца нелинейной ячейки. Почти мгновенный переброс квантов света из генератора в нелинейную ячейку происходит точно так же, как их почти мгновенные перебросы с атома на атом в генераторе. Вот и всё!

Заметьте, какой простор для синхронизации часов раскрывается! Ведь скорость перемещения светового импульса при почти мгновенном перебросе может превышать скорость света в вакууме на много порядков! Релятивистов это страшно не устраивает, но никакой разумной альтернативы они до сих пор не предложили. Не надо колотить себя в грудь – так что от одёжи клочья летят – вопия при этом о величии ТО. Просто возьмите да объясните, на основе этой ТО, «запредельные» опережения у Басова. Ведь, как ни крути, здесь получается сверхсветовое движение лазерного импульса. Вы, кажется, по такому случаю застрелиться собирались!

А мы пока расскажем, что вышло с другими шикарными предсказаниями ТО. Что касается релятивистского сокращения размеров, то из этого ничего и не вышло. Разговоров-то было много; обсуждались даже такие тонкости, как оптимальное положение астронавтов в фотонной ракете – чтобы им легче было перенести сплющивание в лепёшку. А экспериментов – не было. Но совсем другое дело вышло по вопросу о «замедлении времени». Это – целая поэма. Релятивистов хлебом не корми, а дай им только пожужжать про то, как время замедляется. Вот, специальная теория относительности (СТО) утверждает, что чем быстрее объект движется, тем медленнее для него течёт время (только сам объект при этом всё равно ничего не почувствует – он же, относительно себя, всегда покоится). А общая теория относительности (ОТО) добавляет: там, где гравитация сильнее, там и время течёт медленнее. И вот эти два замедления времени – релятивистское и гравитационное – на опыте, мол, наблюдаются! В точности так, как предсказывают СТО и ОТО!

Неужели это и вправду так? Ну, как же, кричат нам – кто ж не знает, что движущиеся мезоны живут дольше, чем покоящиеся! Да, многие слышали о том, что с мезонами что-то такое делали, но мало кто знает – что именно. А знающие – помалкивают. Ибо – помалкивать есть о чём. У теоретиков-то всё гладко получается: берём, дескать, время жизни покоящегося мезона, потом берём время жизни движущегося мезона, и сравниваем их. Ну, ну. «Одну ягодку – беру, на другую – смотрю, третью – примечаю…» И так далее. А на практике с мю-мезонами (мюонами) знаете какие ягодки получились?

Вначале работали с мюонами природного происхождения, которые с околосветовой скоростью летят в атмосфере вниз, за компанию с ударно их породившими быстрыми протонами космических лучей. Электрон, который выстреливается при распаде мюона, даёт вспышку в сцинтилляторе – так регистрировались моменты распада мюонов. Моменты же их рождения были заведомо неизвестны. Представьте: дают вам даты смертей по N-скому району за такой-то месяц такого-то года и просят установить, на основе этой статистики смертей, среднюю продолжительность жизни тамошнего населения. Не возьмётесь? А вот среди физиков есть любители подобных задачек. Глядя на всё с присущим им юмором, эти любители быстренько установили время жизни покоящегося мюона. Вы, небось, грешным делом подумали, что речь идёт о времени жизни мюона, покоящегося всю свою жизнь? Да откуда же такому взяться, если при рождении он приобретает околосветовую скорость?! Притормаживали их, конечно – плитами-ослабителями. А измеряли промежуток времени между влётом мюона в поглотитель и вылетом оттуда электрона распада. Этот-то промежуток времени – в среднем, 2.2 микросекунды – специалисты и стали называть временем жизни покоящегося мюона. Когда мы увидели это впервые, то подумали, что здесь какая-то ошибка. Но нет – разные авторы твердили одно и то же. Если вы, дорогой читатель, думаете, что эти авторы белены объелись, то попробуйте воспринять формулировочку «время жизни покоящегося мюона» как можно буквальнее – и вы испытаете просветление. Смотрите: перед тем, как застрять в поглотителе, мюон жил ещё чёрт знает сколько – так ведь на лету! А, застрявши-то, он жил именно 2.2 микросекунды!

Основываясь на этой цифре, уже можно было хвататься за подтверждение ТО. Первое «подтверждение» получилось без всяких измерений – навскидку. Согласно тогдашним теоретическим воззрениям, мюоны рождались на высотах 15-20 км. Следите за логикой: если движущийся мюон жил бы столько же, сколько покоящийся, т.е. 2.2 микросекунды, то, двигаясь в течение этого времени даже со скоростью света, он пролетел бы всего 660 м. А он, как бы, пролетает многие километры! Видите, мол – без замедления времени тут никак не обходится! Логика настолько проста, что это «подтверждение» включили чуть не во все учебные пособия. Читатели от восторга кипятком писали. Ну, всё, мол, в полном согласии с ТО! Как предсказала, так и вышло! Этим читателям не приходило в голову даже то, что на пролёт мюоном, скажем, 15 км тратилось какое-то время и «по его собственным часам». Чтобы его найти в согласии с ТО, надо время, затрачиваемое «с точки зрения экспериментаторов» - для 15 км это около 50 микросекунд – разделить на релятивистский фактор (это величина, обратная лорентцеву квадратному корню). При релятивистском факторе, равном, скажем, десяти, получается, что в полёте мюон жил, «по собственным часам», 5 микросекунд. Так что же – следует ли эту цифру приплюсовать к тем двум микросекундам, в течение которых мюон прозябал в поглотителе? Ась? А если мюон летел с высоты 20 км, а релятивистский фактор равен пяти – сколько тогда приплюсовывать придётся? Харя не треснет?