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!

---

Тут, наверное, релятивисты упрекнут нас в том, что мы издеваемся почём зря – сегодня-то хорошо известно, что мюоны рождаются не только на высотах 15-20 км, а на всей толщине атмосферы: везде, где её пронизывают протоны космических лучей. Если, любезные, вам это хорошо известно, то пора бы признать: ваши слова о том, будто сам факт регистрации природных мюонов на уровне моря говорит о замедлении их времени в полёте – это неудачная шутка. Вот признаете – глядишь, и издеваться перестанут.

Кстати: помимо слов, были ведь, гляди ты, измерения! Так, улыбчивые американцы Фриш и Смит набрали статистику потоков мюонов на двух различных высотах: сначала на вершине горы, а затем почти на уровне моря. Полученная ими «постоянная распада» превышала те самые 2.2 микросекунды в 8.8 раз, что, в пределах погрешностей, соответствовало релятивистскому фактору 8.4 у мюонов, попадавших в обработку. Вот, мол, и доказательство! Увы: эта логика работала бы, если бы все мюоны рождались где-то высоко. А они рождаются, в том числе, и на высотах в промежутке между вершиной горы и уровнем моря. Так что, опять же – никакой доказательности… Впрочем, откуда ей вообще взяться? Вспомните: 2.2 микросекунды – это вовсе не время жизни мюона, который покоился всю свою жизнь. Поэтому, если вас уверяют, что удалось измерить, будто движущийся мюон живёт 2.2 микросекунды, умноженные на релятивистский фактор – знайте: о релятивистском замедлении времени это ни в коем случае не свидетельствует!

Похоже, об этом даже не подозревала команда, работавшая на кольцевом накопителе мюонов в ЦЕРНе. Небось, взяли время жизни покоящегося мюона из справочника – и давай доказывать, что движущийся мюон живёт дольше, причём отношение равно релятивистскому фактору. Очень старались! А мюоны у них рождались в результате искусственных реакций, так что моменты их рождения были известны! Ну, вот: делали инжекцию порции релятивистских мюонов в накопитель и регистрировали электроны распада – детекторами, размещёнными внутри кольца. Для двух различных энергий мюонов, с релятивистскими факторами примерно 12 и 29, надыбали именно то, что хотели, т.е. соответствующие средние времена у распределений электронов распада. А отчего бы такие времена не надыбать? Мюоны-то удерживаются на кольце сильным однородным магнитным полем, вектор которого ортогонален плоскости кольца, и слабым фокусирующим электрическим полем. Так эти поля и на электроны распада действуют! Масса покоя электрона примерно в 200 раз меньше, чем «масса покоя мюона», а релятивистский фактор у электрона распада примерно во столько же раз больше, чем у породившего его мюона. Значит, циклотронная частота у электронов распада примерно та же, что и у мюонов кольца. К тому же, электрон распада начинает полёт с наибольшей вероятностью в том же направлении, в котором летел породивший его мюон. Выходит, что этот электрон, прежде чем попасть в детектор, успеет сделать сколько-то оборотов, двигаясь по скручивающейся спирали. Вот и получится распределение электронов распада с увеличенным средним временем… Тоже мне, властелины накопительных колец! «Мюоны кручу-верчу, всех надурить хочу!»

Ну, хватит про подопытных мюончиков. Смотрите, какой дивный эффект открыл Мёссбауэр: получил исключительно узкие спектральные линии при излучении-поглощении гамма-квантов! Настолько узкие, что можно было проверять предсказания СТО и ОТО!

Само собой, мёссбауэровские источники и поглотители пошли нарасхват. Сразу же проверили предсказание ОТО, насчёт «гравитационного красного смещения». Это они вот о чём: если уж «внизу» время течёт медленнее, чем «наверху», то свет, двигаясь вверх или вниз, обязан изменять свою частоту. Ну, вот, Паунд и Ребка думали, что такое изменение частоты гамма-квантов они и засекли. Источник и поглотитель у них были разнесены по высоте на 22.5 м; полезный эффект выцарапывали по скорости, с которой следовало двигать поглотитель, чтобы, благодаря линейному эффекту Допплера, восстанавливалось резонансное поглощение. Величина полезного эффекта оказалась в точности такой, как предсказывала ОТО для сдвига частоты света! Ошалев от радости, совсем забыли, что ОТО предсказывала ещё кое-что. А именно: если источник и поглотитель с идентичными спектральными линиями находятся на разных высотах, то эти линии не совпадают на такую же величину, как и величина «гравитационного красного смещения». Кто не верит – внимательно читайте Эйнштейна или хотя бы загляните в «Теорию поля» Ландау и Лифшица. Там чётко сказано: во-первых, свет, двигаясь в изменяющемся гравитационном потенциале, должен изменять свою частоту, и, во-вторых, двое одинаковых часов, находящихся в разных гравитационных потенциалах, должны иметь разный ход – для квантовых системок это напрямую и означает несовпадение их спектральных линий. Когда мы показали всё это одному знакомому – который честно встроил ТО в своё мировоззрение – он впал в сильное волнение и брякнул, что Ландау и Лифшиц имели там в виду совсем другое. Ну, нет, друзья: если вы пишете одно, а имеете в виду совсем другое, то вы пишете не научный труд, а девочке записку! А разволновался наш знакомый оттого, что сразу сообразил, к чему идёт дело: такой фундаментальный феномен, как замедление времени, должен действовать на всё, что попадётся под руку – и на свет, и на вещество. И если, при разъехавшихся линиях у источника и поглотителя, ещё и гамма-кванты изменяли бы свою частоту в полёте, то эффект у Паунда и Ребки был бы удвоенный. А он был одинарный. Причём, поначалу нельзя было сказать уверенно, чем же был обусловлен этот одинарный эффект: то ли только несовпадением линий источника и поглотителя, то ли только изменением частоты гамма-квантов. Забегая немного вперёд, скажем: сегодня наука знает ответ. Знает – и помалкивает. Эксперименты с перевозимыми атомными часами показали: гравитационные сдвиги спектральных линий, несомненно, имеют место – причём, именно такие, что в точности объясняют весь эффект у Паунда и Ребки. Но это означает, что у света-то, летящего в изменяющемся гравитационном потенциале, частота не изменяется! Вот и верь после этого предсказаниям ОТО!

Не меньшие чудеса обнаружились, когда эффект Мёссбауэра призвали для подтверждения «релятивистского замедления времени», т.е. квадратичного эффекта Допплера. Квадратично-допплеровские сдвиги спектральных линий заметили ещё раньше Айвс и Стилуэлл, которые получили спектр атомов быстрого пучка, летевшего поперёк луча зрения спектрографа. Объяснение прошло «на ура»: обнаружилось, мол, релятивистское замедление времени у движущихся атомов. Тогда вопросик: означает ли «замедление времени у движущегося атома», что его спектральные линии соответственно сдвинуты? Казалось бы – да, ведь все процессы в атоме должны замедлиться! И результат опыта – как раз сдвиги спектральных линий! И не свет же здесь изменял свои длины волн – при поперечном движении излучателя, его расстояние от приёмника практически не изменяется! Ну, прям детская загадка: «Кожура у него оранжевая, как у апельсина, внутри дольки, как у апельсина, и вкус у них, как у апельсина – что это?» Даже детям понятно: это – апельсин. А релятивисты говорят: нет, банан. Потому что про сдвиги спектральных линий релятивистам даже заикаться нельзя. Сдвиги спектральных линий – это физическая конкретика, это сдвиги уровней энергии. А, значит, для релятивистов, это опять проблемы с законом. Конкретно – с законом сохранения энергии. Ведь пришлось бы объяснять, откуда эти сдвиги уровней берутся. А это релятивистам слабо. Поэтому они и говорят: «Обнаруживаемые на опыте квадратично-допплеровские сдвиги спектральных линий – это просто результат релятивистского замедления времени, без всяких сдвигов спектральных линий!» Сей милый трёп продолжился с новой силой, когда дело дошло до мёссбауэровских источников-поглотителей. Их устанавливали на ультрацентрифугах и крутили-вертели от души. Да разные конфигурации использовали: то источник в центре, а поглотитель на ободе, то наоборот. В этих случаях «сдвиги спектральных линий, только без сдвигов спектральных линий» происходили как надо: формула для квадратичного эффекта Допплера отлично работала. А потом Чампни и Мун взяли да источник и поглотитель установили на ободе, с противоположных сторон – при этом их относительная поперечная скорость удвоилась. Но квадратично-допплеровский эффект – вместо того, чтобы, в согласии с той же формулой, учетвериться – обнулился!.. «Тю ты, - вновь обрели дар речи Чампни и Мун, - так и заиками можно стать! Всё правильно: ведь теперь оба болтаются – и источник, и поглотитель. Значит, и время замедляется у каждого из них, причём одинаково. Вот разность и нулевая. Всё в полном согласии с ТО!» Что-то вы плохо подумали, любезные. Какое же это полное согласие с ТО, если результат не объясняется в терминах относительных скоростей? Для сравнения: квадратично-допплеровские эффекты – и при поперечном пролёте, как у Айвса-Стилуэлла, и в разных опытах на ультрацентрифугах – легко и единообразно объясняются в терминах соответствующих сдвигов спектральных линий в движущемся веществе. Всё те же эксперименты с перевозимыми атомными часами подтвердили: квадратично-допплеровские сдвиги спектральных линий – это реальность. Правда, релятивисты не понимают, откуда эти сдвиги берутся. Не так уж это и сложно; мы к этому вернёмся ниже. А пока, оглядываясь на вышеизложенное, обратим внимание вот на что: т.н. «гравитационное и релятивистское замедление времени» проявляется через физические эффекты, происходящие только с веществом, но не со светом!