Чтение онлайн

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?

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!

Странное оно какое-то получается – замедление времени. Чересчур разборчивое! На вещество оно действует, а на свет, видите ли, не действует. За что же свету такая немилость? Уж не за то ли, что фотонов и вправду нет? Мы ведь уже говорили, что без них всё гораздо проще. Есть фотоны – есть проблемы, а нет фотонов – нет проблем! Кстати, фотоны ведь и импульс не переносят. Давление света – это шутка! Лебедев раскачивал светом крыльчатку из тонюсенькой фольги – но дело там было не в давлении света, а, скорее всего, в его тепловом действии, вызывавшем изгибные деформации. Не верится? Ладно, тогда простенький вопрос: в каком диапазоне импульсы фотонов самые большие? Конечно, в гамма-диапазоне. Так спросите специалистов по экспериментальной ядерной физике – они подтвердят, что на практике от импульсов гамма-квантов остаются нулики с хвостиками… Вот интересно, как должен поступить настоящий релятивист – чем он должен пожертвовать: фотонами или замедлением времени? А пока релятивисты на эту тему в носу ковыряют – до сих пор руки-то не доходили! – мы расскажем про эксперименты с перевозимыми атомными часами. Тем и хороши эти эксперименты, что здесь все эти мутные проблемы с фотонами удаётся отсечь начисто.