Чтение онлайн

Указанный произвол существует только в сфере рассуждения, сознательно ограничивающегося относительным движением двух тел, с одним из которых должна быть связана система координат (при фактическом отсутствии системы отсчета). Однако абстрактные представления такого рода игнорируют действительные физические связи и искажают реальную ситуацию до абсурда. В реальной физической практике произвола в выборе системы отсчета не существует.

«И яблоко можно рассматривать падающим на Землю с таким же правом, как Землю, падающую на яблоко» — утверждают релятивисты, последователи Эйнштейна. Но динамика Ньютона вносит в этот вопрос существенный корректив: согласно следствию третьего закона Ньютона «центр тяжести системы двух или нескольких тел от взаимодействия тел друг на друга не изменяет ни своего состояния покоя, ни движения. Поэтому центр тяжести системы всех действующих друг на друга тел, или находится в покое, или движется равномерно и прямолинейно». Из чего следует, что скорость и величина взаимных перемещений пропорциональна их массам и за одно и то же время яблоко, например, сместится относительно общего центра тяжести системы «Земля-яблоко» на величину в 1026 раз большую, чем Земля. Следовательно, выражение «яблоко падает на Землю» является во столько же раз логичнее, чем обратное!» [17, с. 180].

Физически выделенные по своим свойствам системы отсчета (Земля, система неподвижных звезд и т. п.) дают основу, как для практической деятельности, так и для естественно научного эксперимента. Верно, что по тем или иным соображениям теоретического характера мы можем связать систему координат с любым из движущихся тел и пересчитать все характеристики относительного движения по отношению к этому телу. Но этот прием возможен лишь потому, что существует реальная, физически выделенная система отсчета, при переходе к которой все вычисленные величины приобретают физический смысл и могут быть основанием для практических измерений и практических действий. Возможность выбора различных систем отсчета (и систем координат) и зависимость от этого выбора скорости относительного движения не отрицает идеи объективного характера движения.

С понимания движения как объективного физического процесса, математическое описание которого может быть дано в разных системах координат, необходимо рассматривать и понятие «относительная скорость». Эта величина характеризует движение тела относительно конкретной системы отсчета К'. Если эта система в свою очередь движется относительно другой системы К, то по отношению к последней все относительные скорости приобретут другое значение. Здесь можно пользоваться аналогией с другими измерениями. Например, если стержень А короче стержня В в два раза, а стержень В короче стержня С в n раз, то мы считаем (и это подтверждается пространственными измерениями), что стержень А короче стержня С в 2n раз. В противном случае разрушается сама основа логического мышления и осмысленного практического действия.

С этих позиций необходимо рассматривать и постулат c = сonst, который утверждает, что один и тот же движущийся объект (квант света, фронт светового цуга) имеет одну и ту же скорость по отношению ко всем телам отсчета, как бы ни двигались эти тела относительно друг друга. Тогда квант света должен иметь одну и ту же скорость с относительно тела А и относительно тела В даже при условии, что тело Б движется относительно тела А (например, в направлении движения светового импульса) с любой скоростью, меньшей скорости света с. Нетрудно видеть, что такое рассуждение отвергает рассмотренное выше представление об относительности движения, ибо движение света, определяемое в общем случае по отношению к системе отсчета, оказывается никоем образом, не зависящим от этого отношения, т. е. независимым от выбора системы координат, иначе говоря, «абсолютным».

Может ли такое представление получить теоретическое и эмпирическое доказательство? С последовательно проводимой идеей объективности движения этот постулат не совмещается. Методологическая же оценка данного постулата ведет только к одному выводу: постулат c = сonst имеет характер конвенции, своеобразной теоретической (правильнее сказать, математической) условности.

А. Пуанкаре предложил при определении времени пользоваться соглашением о постоянстве скорости света относительно наблюдателей, производящих временные измерения. Косвенно то же самое предлагает и А. Эйнштейн в своей статье 1905 года [2]. Казалось бы, этим решается вопрос о физическом смысле кинематики СТО, которая также принимает условный характер, в связи, с чем разные темпы старения близнецов также должны рассматриваться как теоретическая выдумка. Становится достаточно ясным вопрос о конвенциональном характере второго постулата СТО c = сonst, который не наделен физическим смыслом. Скорость света, как скорость любого объекта реального мира, может быть определена математически только относительно системы отсчета, а физически — относительно тела отсчета. Определением «скорость света как таковая безотносительно к чему-либо — c = const» в науку вводится новое понятие, не имеющее к реальному миру никакого отношения. Используя это понятие и проводя с ним стандартные математические операциии, как с настоящей скоростью, А. Эйнштейн делает теорию относительности математической абстракцией, противоречащей действительности, философской идеей идеалистического направления. А сам автор, по его собственным словам, «…является скорее философом, чем физиком, и он должен непременно рассматриваться и оцениваться как философ даже если ему пришлось работать прежде всего как «косвенному философу», это необходимо уже в силу фактического философского содержания его научного творчества» [18, с. 15].

Именно в силу своего философского содержания теория относительности получила широкое распространение. Чтобы полнее представить, как философская идея стала физической теорией, следует обратиться к истории становления этой идеи.

Основанная на наблюдениях и опытах теория о природе света впервые была выдвинута И.Ньютоном в конце XVII века, в ней свет рассматривался как поток частиц, корпускул, испускаемых источником света и распространяющихся прямолинейно в однородной среде. Отражение от зеркала сравнивалось с отскакиванием упругого шарика от стенки, преломление объяснялось притяжением корпускулы при переходе из одной среды в другую. Определение Рёмером величины скорости света, несомненно, повлияло на Ньютона при создании им корпускулярной теории света, из которой следует, что скорость света подчиняется принципу относительности Галилея.

Одновременно с теорией Ньютона существовала волновая теория, изложенная X.Гюйгенсом в работе «Трактат о свете», где свет определялся как упругий импульс, распространяющийся в особой среде — эфире, заполняющем пространство, то есть волновая теория рассматривала свет как волны эфира и уподобляла его волнам в воздухе.

В XIX столетии развитию представлений эфирной природы света способствовали работы А. Френеля. Изучение электрических и магнитных явлений М. Фарадеем, построение Д. Максвеллом теории, в которой было показано, что свет имеет электромагнитную природу. И, наконец, экспериментальное изучение Г. Герцем считавшегося волнами электромагнитного излучения, привели к тому, что гипотеза механического эфира была заменена гипотезой электромагнитного эфира — всепроникающей среды, способной передавать электромагнитные сигналы, являющейся носителем электрического и магнитного полей и электромагнитных колебаний. Электромагнитное поле, предполагалось, — это форма движения эфира. Существование всепроникающего эфира делало инерциальные системы при изучении электромагнитных явлений не изолированными от него, поэтому принцип относительности Галилея становился в этих случаях неприменимым. В рамках теории электромагнитного эфира ньютоновское абсолютное пространство было отождествлено с Мировым эфиром, в связи с чем была предпринята попытка обнаружить «эфирный ветер», то есть обнаружить движение относительно эфира, это и было бы абсолютным движением.

Для определения абсолютного движения Майкельсоном был поставлен опыт по следующей схеме (рис. 22). Свет от источника И на полупрозрачном зеркале З3 разделяется на два луча 1 и II, которые попадают на зеркала З1 и З2 и отражаются от них. Луч 1, прошедший путь З3З1З3, и луч II, прошедший путь З3З2З3, встречаясь, дают интерференционную картину, видимую наблюдателем Н. Пусть интерферометр движется относительно эфира со скоростью v вдоль плеча Н — З2 и в приборе наблюдается интерференция. При повороте интерферометра на 900 относительно первоначального движения в эфире путь, проходимый лучами 1 и II, при наличии «эфирного ветра» будет иной, чем в первом случае, и интерференционная картина изменится.

Рис. 22

Опыт А. Майкельсона показал, что интерференционная картина своего вида не меняет, то есть, эфирного ветра нет, принцип относительности Галилея оказался справедливым для электромагнитных явлений, следовательно, эфир как таковой отсутствует. В последующем эксперимент А. Майкельсона повторялся неоднократно в различных вариантах и во всех случаях с тем же результатом.

Кроме опыта Майкельсона эфирная теория встретила и другие затруднения. Поляризация света приводит к необходимости считать световые волны поперечными, а поперечные, или сдвиговые, волны существуют только в твердых телах. Распространение света на большие расстояния указывает на малое затухание этих волн, что возможно только в абсолютно твердых и упругих телах. С другой стороны, эфир должен быть проницаем и проникаем, так как тела, двигающиеся в нем, не испытывают сопротивления своему движению, он должен свободно проникать в твердые прозрачные тела через которые проходит свет. Таким образом, эфир должен обладать взаимоисключающими свойствами.

Волноподобное взаимодействие света со светом — интерференция и света с препятствием — дифракция, не могут служить подтверждением наличия светонесущей среды, так как из волноподобного взаимодействия не следует однозначно наличие волн. Например, двигаясь с некоторой скоростью относительно гофрированной поверхности (стиральная доска) и ощупывая ее, получаем волноподобное взаимодействие, такое же, как взаимодействие волн на воде с плавающей пробкой, пробным телом. При одинаковом математическом описании во втором случае имеем взаимодействие волны и пробного тела, а в первом — никаких волн нет.

При вычислении скорости света в инерциальной системе, движущейся относительно излучателя с некоторой скоростью v, или, что то же самое, в системе, относительно которой движется излучатель с той же скоростью v, чтобы получить постоянную по величине скорость света, изначально надо согласиться с тем, что пространство и время изменяются по правилам преобразований Лоренца. Но такой прием должен рассматриваться как соглашение — философский конвенционализм для постулата с = const. Право применения преобразований Лоренца в эфирной теории было результатом попытки согласовать отсутствие «эфирного ветра» и существование самого эфира. Но так как в дальнейшем было окончательно установлено, что единой среды носителя электромагнитного излучения эфира нет, то применение преобразований Лоренца стало ни чем не обоснованным произволом. Поэтому наблюдения и опыты по измерению скорости света от движущегося источника должны рассматриваться методами и в понятиях классической физики, как это было сделано выше.