Вадим Протасенко

          Безуспешные попытки обнаружить движение Земли относительно эфира, а также принципиальное отсутствие какого-либо влияния орбитального движения Земли на оптические и на электромагнитные явления, наблюдаемые в земных лабораториях, привели в конце XIX века к зарождению идеи относительности.

          "Опыт дал множество фактов, которые допускают следующее обобщение: невозможно обнаружить абсолютное движение материи, или, точнее, относительное движение весомой материи и эфира. Всё, что можно сделать, это выявить движение весомой материи относительно весомой материи" [1].

написал за 10 лет до рождения теории относительности выдающийся французский математик, физик и философ Анри Пуанкаре.

          Основа для построения теории электромагнитных явлений, удовлетворяющей принципу относительности, была заложена в 1904 году голландским физиком — к тому времени уже нобелевским лауреатом — Хендриком Лоренцем в работе "Электромагнитные явления в системе, движущейся с любой скоростью, меньшей скорости света" [2].

          Спустя год упомянутый выше Анри Пуанкаре довёл теорию Лоренца до логического совершенства, а сам принцип относительности был установлен в качестве строгой и универсальной истины в работе Анри Пуанкаре "О динамике электрона" [3].

          В том же 1905 году теория электромагнитных явлений, основанная на постулате относительности, была сформулирована в работе "К электродинамике движущихся тел" [4] молодым австрийским физиком, будущим нобелевским лауреатом Альбертом Эйнштейном. Именно данная работа стала первым изложением специальной теории относительности (СТО) в том её виде, в котором данная теория широко известна сейчас.

          Несмотря на то, что теория Лоренца-Пуанкаре изначально базируется на понятии эфира как светоносной среды, а в теории Эйнштейна понятие эфира не вводится вовсе, оба данных теоретических построения приводят к полностью эквивалентным результатам, исключающим возможность обнаружения различия между теориями в эксперименте.

          "Мало того, экспериментально было бы невозможно провести выбор между этой теорией и Эйнштейновской теорией относительности, и если, тем не менее, теория Лоренца отошла на задний план — хотя она еще имеет сторонников среди физиков — то это произошло, без сомнения, в силу оснований философского порядка. Ея всестороннее согласие с теорией относительности показывает, что никогда не удастся обнаружить реальным образом, ея привилегированной системы отсчета или, что сводится к тому же, не удастся обнаружить движения какого-нибудь тела по отношению к эфиру" [5].

написал немецкий физик, лауреат Нобелевской премии и один из первых сторонников теории относительности Макс Лауэ.

          Лоренц и Пуанкаре строили теорию электромагнитных явлений в движущейся относительно эфира системе, исходя из атомистических представлений о строении вещества, а также используя при этом принцип относительности как в качестве конечной цели теоретического построения, так и в качестве своеобразного принципа отбора исходных предпосылок. Лоренцево сокращение физических тел рассматривалось в теории Лоренца-Пуанкаре как результат действия компенсирующих сил, возникающих при движении заряженных частиц относительно эфира.

          В теории же Эйнштейна принцип относительности был введён в качестве исходного постулата, а далее всё существо теории, в том числе сокращение движущихся тел, вывелось дедуктивным путём из требования одновременного соблюдения принципа относительности и постулата о постоянстве скорости света. При этом "атомарный механизм" лоренцева сокращения остался за рамками теории.

          Теория Лоренца-Пуанкаре имеет один существенный недостаток. Дело в том, что на момент её создания знания об атомарном строении вещества оставались весьма ограниченными, и потому Лоренц и Пуанкаре опирались в своих рассуждениях на ряд предположений, не подкреплённых какими-либо опытными фактами. Ибо согласовать имевшийся опыт с теорией электромагнитных явлений в движущихся телах удавалось только в том случае, если эти предположения принимались в качестве постулатов. С течением времени представления о "строении электрона" претерпели существенные изменения, и в том числе поэтому сама теория Лоренца-Пуанкаре стала всё чаще рассматриваться лишь в историческом аспекте — как промежуточный этап на пути научного понимания Мира. Теория же Эйнштейна имеет то преимущество, что для её построения использованы всего лишь два постулата о характере наблюдаемых электромагнитных явлений, и оба они почерпнуты именно из опыта, а потому введение каких-либо предположений о строении материи для этой теории не требуется вовсе.

          Вместе с тем необходимость атомарного понимания механизма лоренцева сокращения не отвергалась как сторонниками специальной теории относительности, так и самим её создателем.

          Вот что написал по этой проблеме ещё один лауреат Нобелевской премии — Вольфганг Паули:

          "Далее, весьма важно, что Эйнштейн сделал теорию независимой от специальных предположений о строении материи. Следует ли на этом основании вообще отбросить стремление к атомистическому пониманию лоренцева сокращения? По нашему мнению, это не так. Сокращение масштаба является не простым, а напротив, крайне сложным процессом. Оно не имело бы места, если бы не только основные уравнения электронной теории, но и ещё неизвестные законы, определяющие строение электрона, не были бы ковариантными относительно преобразований группы Лоренца. Мы можем только постулировать это предположение, зная, что когда указанные законы станут известными, теория будет в состоянии дать атомистическое объяснение поведению движущихся масштабов и часов" [6].

          Наконец, приведу позицию самого Эйнштейна:

          "Сделаем теперь критическое замечание о теории, в том виде как она охарактеризована выше. Можно заметить, что теория вводит (помимо четырёхмерного пространства) два рода физических предметов, а именно: 1) масштабы и часы, 2) всё остальное, например, электромагнитное поле, материальную точку и т.д. Это в известном смысле нелогично: собственно говоря, теорию масштабов и часов следовало бы выводить из решения основных уравнений (учитывая, что все эти предметы имеют атомную структуру и движутся), а не считать её независимой от них. Обычный образ действия имеет, однако, своё оправдание, поскольку с самого начала ясна недостаточность принятых постулатов для обоснования теории масштабов и часов" [7].

          В настоящей работе мной предпринята попытка дать атомистическое объяснение лоренцеву сокращению тел и замедлению времени. Или, используя выражение Эйнштейна о "теории масштабов и часов", я постарался вывести эту теорию, основываясь на положении о том, что физические тела имеют атомарную структуру и движутся. В настоящей работе показывается, что для обоснования теории масштабов и часов не требуется введение в рассмотрение точных законов, "определяющих строение электрона", а вся теория может быть построена с опорой на куда более общие и фундаментальные принципы.

          Любое теоретическое построение в физике начинается с выбора адекватной модели. Данный выбор представляет собой процесс обнаружения главного и отбрасывания незначительного и необязательного в том физическом явлении, модель которого строится.

          Если, как это было уже отмечено во введении, для выполнения принципа относительности (а именно к соблюдению этого принципа я и намерен прийти в результате построения теории масштабов и часов) силы любой природы, действующие между частицами вещества, должны быть ковариантными относительно преобразований Лоренца, то указанная ковариантность, очевидно, должна быть заложена глубоко в природе этих сил, на уровне, допускающем максимальное обобщение и абстрагирование от частных особенностей различных видов взаимодействия.

          Отсюда следует, что, пытаясь строить теорию, общую для всех известных и даже больше — для всех возможных видов взаимодействия, необходимо стремиться к построению максимально простой, максимально абстрактной модели взаимодействия. Разумеется, простота и даже "скудость" этой модели не должна пугать. Ибо чем проще и беднее деталями будет та модель, на основе которой может быть получен нужный результат, тем к более широкому спектру реальных физических явлений данную модель можно применить.

          Что же есть то максимально общее, что присуще любым вещественным объектам?

          Прежде всего, наличие у них внутренней структуры.

          И весь наш предшествующий опыт, и сама логика подсказывает, что человек не может мыслить даже "элементарную" частицу вещества неделимой, что человек не может рассматривать её как нечто монолитное, как нечто, лишённое внутренней структуры. При этом сразу подчеркну, что под частицами вещества я не имею в виду объекты, не обладающие массой покоя — то есть такие объекты, как фотоны, глюоны и гравитоны, причисляемые современной физикой к элементарным частицам, но существующие только в движении и, по своей сути, являющиеся не частицами вещества, а всего лишь переносчиками взаимодействия между частицами вещества.

          Любая частица вещества, рассматриваемая как Вещь, как Целое (в онтологическом смысле данных понятий), представляет собой совокупность взаимодействующих Частей данной частицы вещества, — Частей более фундаментального уровня по отношению к частице, рассматриваемой в качестве Целого.

          И бесконечная делимость материи, и понятия Части и Целого проанализированы в работах многих философов, начиная от Анаксагора, Платона и Аристотеля, и заканчивая нашими современниками [8]. Вместе с тем дискуссия о конечной или о бесконечной делимости материи не есть предмет настоящей работы. Бесконечная делимость материи, пожалуй, как раз и не является строго необходимой для обоснования теории масштабов и часов. Всё, что требуется для построения данной теории — это рассматривать те частицы вещества, которые на данный момент развития экспериментальной физики доступны в опыте как нечто Целое в их проявлении по отношению к внешнему миру, но в то же время как раздельное внутри себя (углубляться в дальнейшие деления вещества нужды нет).

          Следующее обобщение, которое следует принять, заключается в том, что взаимодействие Частей Целого должно обеспечивать устойчивость Целого хотя бы на период его наблюдения.

          В стационарном состоянии взаимодействие Частей, составляющих Целое (частицу), уравновешено. В случае же изменений в Целом, возникающих под воздействием извне или в результате "внутренней жизни" его Частей, и нарушающих указанное равновесие, в Целом возникают силы (а точнее, процессы), стремящиеся вернуть Целое в равновесное состояние. Как мне кажется, данный тезис не нуждается в специальном доказательстве: будь это не так, Целое просто не существовала бы в качестве отдельного объекта, доступного в наблюдении.

          Следующий вопрос, на который предстоит ответить: какую максимально общую характеристику можно найти во взаимодействии частиц различного уровня организации материи, то есть что можно считать не зависящим от частных особенностей конкретных взаимодействий?

          Прежде всего — конечность скорости передачи взаимодействия в пространстве.

          Опыт не дал каких-либо свидетельств наличия в мире мгновенного действия на расстоянии (споры о наличии или об отсутствии мгновенной передачи информации при схлопывании волновой функции спутанных частиц — не в счёт, поскольку коллапс волновой функции не есть акт взаимодействия). Более того, само предположение о возможности мгновенного взаимодействия частиц приводит к парадоксам, но это также не тема настоящей работы. Всё, что потребуется для построения теории масштабов и часов — это постулировать, что скорость распространения в пространстве фундаментального действия любой природы конечна и численно равна одной и той же величине, как минимум, в одной системе отсчёта (подробнее об этом последнем уточнении я напишу ниже).

          Поскольку одним из фундаментальных взаимодействий является электромагнитное, то введённая выше скорость распространения действия по совместительству выполняет ещё и роль скорости света. Для краткости, и принося дань традиции, я именно так и буду называть эту величину в дальнейшем — скоростью света.

          Утверждение о том, что скорость распространения всех фундаментальных взаимодействий равна скорости света — это на данный момент не опытный факт, а постулат, который я положу в основу теории. Но данный постулат отнюдь не выглядит искусственным предположением, в особенности в контексте определённых успехов теоретической физики в сведении трёх из четырёх фундаментальных взаимодействий к единой природе. Более того, если скорость какого-либо из взаимодействий (возможно, ещё не открытого к настоящему времени) окажется отличной от скорости света, то данное обстоятельство нисколько не разрушит построенную ниже теорию масштабов и часов, а лишь внесёт в неё ряд ограничений по сфере применимости.

          Суть сделанного выше обобщения, а точнее, максимально абстрагированная от частностей модель взаимодействия двух частиц, отображена на рисунке 1.

          В современном представлении взаимодействие частиц осуществляется посредством обмена квантами. Однако обмен квантами вовсе не отрицает конечности у скорости этого обмена. Расширяющуюся сферу на рисунке 1 можно трактовать и как фронт некоей (например, электромагнитной) волны в пространстве, и как геометрическое место точек, в котором возможно обнаружить квант электромагнитного (или иного) излучения по прошествии определённого времени с момента его эмиссии.

          На данном этапе стоит ещё отметить следующее: взаимодействие частиц есть последовательный обмен действиями одних частиц на другие. Если какие-либо внутренние или внешние процессы приводят к любого рода изменениям одной частицы, то вторая частица "чувствует" это изменение лишь спустя некоторое время, которое требуется для действия на преодоление расстояния между частицами. Однако воздействие первой частицы на вторую — это ещё не взаимодействие частиц. Под действием первой частицы во второй частице происходят определённые изменения, и только действие, испущенное второй частицей после этих изменений, вернувшись к первой частице, завершает весь цикл взаимодействия.

          На рисунке 1 изображена простейшая модель взаимодействия покоящихся частиц. Для построения теории масштабов и часов осталось только определиться с тем, как распространяется действие от движущейся частицы.

          Вариантов тут фактически не так много, а именно — два.

Вариант 1

          Скорость распространения фундаментального взаимодействия является функцией скорости движения излучающей частицы (скорости источника). Например, в простейшем варианте зависимости дело обстоит так: если в какой-то системе отсчёта скорость распространения действия, испущенного покоящейся частицей, равна c, то скорость распространения действия, испущенного частицей, движущейся со скоростью v будет равна v + с в направлении движения частицы и v — c в обратном направлении (см. рисунок 2).

Вариант 2

          Скорость фундаментального взаимодействия не зависит от скорости излучающей его частицы (скорости источника). Это означает, что если существует такая система отсчёта, в которой фундаментальное взаимодействие от покоящейся частицы распространяется по всем направлениям со скоростью с, то и от движущейся частицы действие относительно данной системы отсчёта будет распространяться со скоростью с (см. рисунок 3).

          Поскольку выбранный здесь вариант должен распространяться и на электромагнитное излучение, то есть на свет, выбор становится очевидным.

          Вся совокупность оптических экспериментов свидетельствует о том, что скорость света не зависит от скорости источника излучения, то есть свет распространяется как волна в некоей среде (эфире). И любые попытки построить оптику и электродинамику на ином предположении — например, теория Ритца или иные родственные "теории истечения" — в конечном счёте потерпели неудачу (обзор данного вопроса представлен в работе Паули [6] (стр. 19-23)).

          Итак, для обоснования теории масштабов и часов следует выбрать такое предположение о характере распространения фундаментального взаимодействия, которое согласуется с постулатом теории относительности о постоянстве скорости света.

          Чтобы не возникло путаницы и неверного понимания сделанного мной предположения, считаю необходимым указать на ошибочные трактовки постулата о постоянстве скорости света, иногда встречающиеся в современных учебниках. Вот пример.

          "Скорость электромагнитного излучения (света) в вакууме одна и та же во всех ИСО. В каждой ИСО она имеет одно и то же значение по любому направлению и в любой области пространства" [9].

          Конечно, теорию можно построить и на таком неочевидном утверждении, постулирующем больше, чем требуется для построения теории. Но в этом случае и сам постулат, и теория потеряют бОльшую часть своей силы. Когда я пишу про принятие постулата о постоянства скорости света, то имею в виду его классический эйнштейновский вариант. А Эйнштейн отнюдь не постулировал равенство скорости света во всех ИСО. Скорость света постулировалась Эйнштейном не зависящей от скорости движения источника и равной по всем направлениям (постоянной) только в одной ИСО, названной Эйнштейном "покоящейся".

          Наиболее точно и ближе всего к физическому смыслу сделанного утверждения о характере распространения света постулат о постоянстве скорости света сформулирован в статье Эйнштейна 1915 года:

          "Фундаментальное утверждение теории Лоренца о том, что всякий луч света в пустоте (по крайней мере относительно одной определённой системы координат К) всегда распространяется с определённой постоянной скоростью с, мы будем называть принципом постоянства скорости света" [10].

          Итак, Эйнштейн, равно как и Лоренц, постулировал постоянство скорости света всего лишь в одной определённой системе координат. Просто для Лоренца эта система координат была связана с эфиром — то есть со средой-носителем электромагнитного взаимодействия, — а Эйнштейн изначально избежал введения понятия эфира.

          Выражаясь строго, для построения теории масштабов и часов не имеет никакого значения, введу ли я в эту теорию понятие эфира как носителя фундаментального взаимодействия, или же пойду путём Эйнштейна, то есть буду рассматривать только системы отсчёта. С точки зрения минимизации вводимых сущностей и максимального абстрагирования от деталей следовало бы идти именно путём Эйнштейна.

          Однако путь Эйнштейна с момента своего появления приобрёл не только сторонников, но также и ярых противников, защитников идеи эфира, среди которых были и весьма именитые учёные. Со временем и сменой поколений учёных, а также по мере получения всё новых и новых подтверждений теории относительности, путь Эйнштейна был принят повсеместно, и понятие эфира окончательно ушло из физических теорий. Но в последние годы с появлением нового средства коммуникации между людьми — интернета, которому присуща беспрецедентная свобода слова — идея эфира обрела вторую жизнь в статьях авторов, так и не сумевших понять и принять теорию относительности. И потому сегодня антирелятивистские идеи переживают новый подъём — как минимум, в среде любителей.

          С другой стороны, среди приверженцев теории относительности, изучающих её формально и только по учебникам, распространилось заблуждение, что теория эфира была отвергнута в своё время по причине её расхождения с опытом.

          По основаниям, описанным выше, и специально для того чтобы подчеркнуть тот факт, что введение понятия эфира никак не влияет на результат теоретического построения, то есть чтобы яснее показать безальтернативность принципа относительности, я постулирую следующее: фундаментальное взаимодействие распространяется точно так же, как если бы оно распространялось в неувлекаемом телами эфире, как если бы эфир существовал и являлся передатчиком этого взаимодействия.

          Для краткости и определённости ту систему отсчёта, в которой свет распространяется так, как он распространялся бы в "покоящемся" эфире, я буду называть "покоящейся системой отсчёта".

          Написанного выше уже достаточно для построения теории масштабов и часов. Перечислю ещё раз те постулаты, на которых будет основываться данная теория.

Первый постулат: о делимости материи

          Все доступные в наблюдении вещественные объекты имеют внутреннюю структуру и состоят из взаимодействующих частиц.

Второй постулат: об устойчивости материи

          В стационарном состоянии силы, действующие на каждую частицу объекта со стороны других частиц, уравновешены, что обеспечивает устойчивость, целостность объекта, а отклонение отдельных частиц от равновесного положения вызывает процессы, стремящиеся вернуть частицы объекта в старое или в новое равновесное положение.

Третий постулат: о независимости скорости взаимодействия от скорости источника

          Существует такая система отсчёта, относительно которой скорость всех фундаментальных взаимодействий одинакова по всем направлениям и равна с (скорости света), не зависимо от того, движется или покоится в данной системе отсчёта излучающая действие частица. Для краткости и определённости я буду называть такую систему отсчёта "покоящейся".

          Теперь я намерен показать, что соединение первого и третьего постулата приводит к следствию о замедлении процессов взаимодействия частиц в движущейся системе. Что и порождает эффект, получивший в СТО название "замедление времени".

          На рисунке 4 изображены два объекта, состоящие из двух взаимодействующих частиц каждый. Один объект покоится, а второй объект движется с некоторой скоростью (на данном рисунке — со скоростью, равной половине скорости света). Покой и движение рассматриваются в данном примере относительно той системы отсчёта, существование которой допущено в третьем постулате — то есть относительно покоящейся системы отсчёта, той системы отсчёта, в которой скорость всех фундаментальных взаимодействий равна по всем направлениям.

          Наблюдая за процессом взаимодействия частиц объектов, можно обнаружить, что в тот момент, когда в покоящемся объекте действие от первой частицы доходит до второй частицы, в движущемся объекте действие от первой частицы всё ещё продолжает догонять вторую частицу. А к тому моменту, когда в покоящемся объекте цикл взаимодействия уже завершён — в движущемся объекте обмен действиями всё ещё продолжается и завершается гораздо позднее.

          То, что можно видеть на рисунке 4, есть не что иное, как "действующая модель" явления, названного в СТО замедлением времени.

          Чтобы понять причины замедления времени, достаточно просто правильно расставить акценты. Процессы взаимодействия между частицами вещества в движущемся объекте замедляются вовсе не потому, что в движущейся системе само по себе замедляется время — ибо время не есть нечто само по себе сущее, ибо оно не есть нечто, способное влиять на вещество и на процессы в нём. Нет, время — это всего лишь абстрактное понятие, введённое для описания мира, точнее, для описания темпов изменений в нём. То, что принято называть временем, замедляется потому, что замедляется взаимодействие частиц вещества в движущемся объекте. А причина замедления взаимодействия частиц в движущемся объекте кроется, в свою очередь, в том, что частицы смещаются относительно испущенных ими же действий.

          Если применить данные рассуждения и данную модель к движущимся частицам (например, к мюонам), то в результате получится логичное и понятное объяснение известного экспериментального факта — факта увеличения времени жизни частиц, движущихся с околосветовыми скоростями, по отношению к времени жизни медленных частиц.

          Объект, в котором происходит взаимодействие его частиц — это, по своей сути, часы, а цикл взаимодействия частиц объекта — это цикл хода его собственных внутренних часов.

          Можно рассчитать, как связаны длительности цикла взаимодействия в покоящемся и в движущемся объектах (в покоящихся и в движущихся часах).

          Пусть с — это скорость распространения действия; t — время, нужное для прохождения действия от одной частицы до другой в покоящемся объекте; v — скорость движущегося объекта; t' — время, нужное для прохождения действия от одной частицы до другой в случае движения частиц со скоростью v.

          Необходимо отметить, что на данном этапе я не ввожу строгое определение понятия времени и скорости, понимая эти величины так, как они понимались в дорелятивисткой физике, то есть в их абсолютном смысле. Уточнение данных понятий будет сделано ниже.

          На рисунке 5 изображён путь, который фундаментальное взаимодействие проходит между частицами в покоящемся объекте, и путь, который фундаментальное взаимодействие проходит между частицами в случае их движения со скоростью v.

          На основании применения теоремы Пифагора получается:

          Выражаю t'

          Делю числитель и знаменатель дроби под корнем на с² и получаю:

(1)

          Выражение (1) — это не что иное, как связь между длительностями процессов в движущейся и в покоящейся системах отсчёта, известная из специальной теории относительности.

          Теперь я намерен показать, что добавление второго постулата к первому и к третьему постулатам приводит к выводу о сокращении размеров движущихся объектов в направлении движения.

          В предыдущей главе я рассматривал взаимодействие двух частиц, центры которых расположены на прямой, перпендикулярной направлению их совместного движения.

          Если рассмотреть взаимодействие, в том числе взаимодействие частиц, расположенных на линии, вдоль которой движется объект, то взаимодействие этих частиц будет отличаться от взаимодействия частиц, расположенных на прямой, перпендикулярной направлению движения. На рисунке 6 изображено взаимодействие в покоящемся и в движущемся "объёмном" объекте (хотя для простоты я изобразил его на плоскости двумерным).

          Как видно из рисунка 6, взаимодействие частиц в движущемся "объёмном" объекте не просто замедляется, но наблюдается рассинхронизация взаимодействия частиц.

          Если в покоящемся объекте ответ от всех частиц, равноудалённых от центральной частицы, поступает обратно в центр одновременно, то в движущемся объекте сначала возвращается ответ от частиц, расположенных на линии, перпендикулярной направлению движения объекта (я отметил это явление на рисунке изменением цвета встречающихся "фронтов волн"), и только затем поступает ответ от частиц, расположенных на линии движения.

          Если, как это следует из постулата устойчивости, вещественный объект был стационарен в состоянии покоя и если взаимодействие всех частиц, составляющих объект, уравновешивало друг друга, то следует признать, что прежнее относительное положение частиц объекта, соответствующее состоянию покоя, в объекте, приведённом в движение, не может более быть стационарным состоянием объекта.

          Важно отметить, что само приведение объекта в движение порождает изменение относительного положения частиц объекта. Если на объект воздействуют какие-либо внешние силы, то воздействие на объект всегда начинается с воздействия именно на крайние частицы объекта. То есть это просто невозможно — воздействовать сразу на все частицы объекта одновременно, ибо в природе нет взаимодействия, способного достичь центральных частиц объекта, минуя крайние частицы, не воздействуя на них. Но если привести в движение крайнюю частицу объекта, то следующая по направлению движения частица придёт в движение только после того, как действие дойдёт до данной частицы, то есть через время

где l — расстояние между частицами, а с — скорость света.

          За это время частица, приведённая в движение крайней частицей, сместится на расстояние

где v — скорость, приобретённая частицей.

          На рисунке 7 изображён процесс приведения в движение первых двух рядов частиц, составляющих некий физический объект (дальнейшее распространение возбуждения по объекту я не стал изображать).

          Как можно понять из представленных выше рассуждений и из рисунка 7, приведение объекта в движение имеет результатом то, что относительное положение его частиц изменяется, и эти частицы объекта после приведения их в движение вынуждены "нащупывать" новое равновесное положение путём обмена действиями друг с другом. Как видно на рисунке 6, равновесное положение частиц движущегося объекта не может быть достигнуто при том же относительном положении частиц, которое эти частицы занимали при покое объекта.

          В рассматриваемой предельно абстрактной модели взаимодействия частиц условием стационарности объекта является равенство времени обмена между равноудалёнными частицами — вне зависимости от их ориентации по отношению к направлению движения объекта. При этом сразу следует уточнить, что принципиальным является вовсе не само равенство времени обмена как таковое. В конце концов симметричное расположение частиц, имеющее место в моём примере, — это всего лишь частный случай пространственной структуры объекта, а в общем случае частицы объекта не обязаны располагаться симметрично, то есть на одинаковом расстоянии друг от друга. Частицы могут быть расположены как угодно, но если такое расположение является стационарным при нахождении объекта в состоянии покоя, то в движущемся объекте условием стационарности объекта является сохранение той же последовательности воздействия частиц друг на друга, которая имела место при состоянии покоя объекта.

          Поясню: если при покое объекта каждая частица получала определённую последовательность воздействий от других частиц и если это обеспечивало её равновесное состояние, то для того чтобы движущийся объект был также устойчивым, необходимо, чтобы каждая частица объекта получала ту же последовательность воздействий от других частиц. То есть она должна соотноситься с собственными циклами частицы точно так же, как и при покое объекта. Но именно это и происходит при сохранении в движущемся объекте тех пропорций между временами обменов действиями в различных направлениях, которые имели место в покоящемся объекте.

          Запишу это условие на языке математики.

          Пусть l — расстояние между частицами в покоящемся объекте; l' — расстояние между частицами в направлении движения в движущемся объекте; v — скорость движения объекта.

          Время обмена действиями между частицами, лежащими на прямой, перпендикулярной направлению движения, я нахожу из полученной ранее формулы (1).

          Выражу время обмена действиями частиц при покое (обозначив его как t) через расстояние между частицами в покое и через скорость взаимодействия

          Подставляю это значение в формулу (1) и получаю:

(2)

          Теперь поставлю условие, что t' — это также и время обмена действиями между частицами в направлении движения объекта.

          Тут необходимо отметить, что, вводя такое условие, я тем самым полагаю, что стационарное состояние в движущемся объекте достигается лишь благодаря изменению расстояния между частицами в направлении движения объекта, а расстояние между частицами, измеренное в направлении, перпендикулярном движению — не изменяется.

          Если быть предельно строгим в построении теории, то данное допущение следовало бы причислить ещё к одному — четвёртому — постулату теории. Но, как будет показано далее, данное допущение, по сути, следует из уже принятых ранее постулатов. Как было показано выше, в том числе на рисунке 7, приведение объекта в движение изменяет расстояние между частицами именно в направлении смещения объекта. Логично предположить, что новое равновесное состояние смещённые частицы будут "искать" именно путём нового позиционирования в том направлении, в котором произошло смещение, нарушившее их равновесие. Предположение о том, что для устранения возникшего дисбаланса и для установления нового равновесного состояния частицы после приведения их в движение начнут удаляться друг от друга в направлении, перпендикулярном смещению — так вот это предположение не кажется основанным на каком-либо очевидном и убедительном факте.

          Но вернусь к вычислениям. Время обмена действиями в движущемся стационарном объекте должно быть равно сумме времён, требующихся этим действиям на преодоление расстояния между частицами в направлении движения объекта и в обратном направлении:

          Привожу к общему знаменателю:

          Раскрываю скобки и упрощаю выражение:

(3)

          Подставляю t' из (2) в (3)

          И в итоге получается:

(4)

          Тем самым я показал, что в движущемся объекте равновесие наступает при сокращении расстояния между частицами в направлении движения в соответствии с формулой (4), и это приводит к общему изменению длины объекта в той же самой пропорции.

          Формула (4) есть не что иное, как известная из СТО связь между длинами движущегося и покоящегося тел.

          Гипотеза о сокращении тел, движущихся относительно эфира, в соответствии с формулой (4) впервые была высказана Фицджеральдом и независимо от него Лоренцем в 1892 году с единственной целью: объяснить результат эксперимента Майкельсона-Морли. Однако Лоренц изначально выдвинул прозорливую идею о том, что данное сокращение может быть связано с условием равновесия молекулярных сил:

          "Как ни странна, на первый взгляд, указанная гипотеза, нужно будет всё же признать, что она вовсе не так неприемлема, если только мы допустим, что и молекулярные силы передаются через эфир, подобно тому, как мы можем определённо утверждать это относительно электрических и магнитных сил. Если это так, то весьма вероятно, что поступательное движение изменит взаимодействие между молекулами и атомами подобным же образом, как и притяжение или отталкивание между заряженными частицами. Поскольку форма и размеры твёрдого тела в конечном счёте обусловливаются интенсивностью молекулярных взаимодействий, то в этом случае не может не произойти изменение размеров" [11].

          В настоящей работе соотношение (4) получено в качестве следствия, вытекающего из условия равновесия частиц поступательно движущихся объектов любой природы — если только взаимодействие между частицами этих объектов распространяется с конечной скоростью, не зависящей от скорости движения объекта.

          Дабы читатель лучше понял влияние постулата о характере распространения фундаментального взаимодействия на следствия теории, я покажу, каким было бы взаимодействие частиц в движущемся объекте, если бы в качестве постулата было принято утверждение, что скорость распространения действия складывается со скоростью частицы.

          Как видно на рисунка 8, в случае принятия постулата о сложении скорости взаимодействия со скоростью источника процесс взаимодействия частиц в движущемся объекте протекал бы абсолютно так же, как и в покоящемся. В движущемся объекте не наблюдалось бы замедления обмена при движении и не возникало бы необходимости в сокращения расстояния между частицами для сохранения устойчивого состояния объекта.

          Для полноты картины проиллюстрирую процесс взаимодействия частиц в движущемся объекте и для того случае, если принят постулат о независимости скорости взаимодействия от скорости источника — с учётом того, что равновесное состояние частиц объекта после приведения его в движение уже установилось.

          Таким образом, сокращение плеча интерферометра в эксперименте Майкельсона-Морли возникает отнюдь не для того, чтобы замаскировать от учёных движение Земли относительно светоносной среды (как изначально воспринималась критиками гипотеза Лоренца о сокращении длины тел), а потому, что точно так же, как свет движется относительно плеча интерферометра, движется и взаимодействие между молекулами вещества, составляющего прибор. И это сохранение соотношения времён обмена действиями по всем направлениям является условием равновесия системы молекул при приведении её в движение.

          Неудивительно, что, следя за движением света в перемещающейся вещественной системе, наблюдатель не может обнаружить на макроуровне какого-либо изменения времени обмена световым сигналом в различных направлениях. Ведь на микроуровне вещество при движении "стремится" устранить разницу во времени такого обмена, возникающую при движении, ибо устранение разницы во времени обмена действиями в различных направлениях является условием равновесия взаимодействующих частиц.

          Какие же изменения этот удивительный эффект должен внести в классические "дорелятивистские" представления о времени и о пространстве?

          До этого места я намерено не вводил в теорию определения понятий пространства, времени, длины и скорости, так как для получения вывода о замедлении обменных процессов в движущемся объекте и о сокращении длины движущегося объекта вполне достаточным было тех представлений об абсолютном времени и пространстве, которые, как кажется, имманентны каждому человеку. Однако дальнейшее построение теории невозможно без уточнения указанных понятий и без детального анализа процедур измерения соответствующих физических величин. Вообще, для физика важно не столько то, какое именно определение дают той или иной физической величине, сколько то, каким образом данную величину измеряют. Поэтому определение физических величин обычно сводится, по сути, к анализу процедуры измерения этих величин. Возможно, такой подход кто-то может счесть излишне операционалистским, поэтому смягчу формулировку.

          "Введение в теорию физической величины без указания метода её измерения не имеет физического смысла."

          Все основные физические понятия, которыми оперирует теория, излагаемая в настоящей работе, уже давно проанализированы и определены в работах Пуанкаре, Эйнштейна и многих других учёных. И я, разумеется, не предполагаю сообщить тут что-либо новое. Поэтому в целях экономии времени и сил мне можно было бы ограничиться отсылкой читателя к работам Эйнштейна. Однако для самодостаточного изложения теории правильнее будет дать все необходимые определения в самой теории без отсылок к авторитетам.

          Положение тела или место свершения события всегда определяется по отношению к какому-нибудь другому физическому телу — то есть по отношению к телу отсчёта. В обычной жизни таким телом отсчёта выступает, как правило, наша Земля — что и привело к формированию широко распространённого, но, увы, ошибочного представления об абсолютном пространстве. Однако критический анализ понятия пространства показывает, что физическое пространство, названное Эйнштейном пространством отсчёта — оно всегда относительно. Каждое тело (точнее, совокупность тел, движущихся с одной скоростью) обладает собственным пространством отсчёта.

          Расстояния в пространстве отсчёта между двумя относительными точками (положениями относительно тела отсчёта) измеряются путём прикладывания твёрдого тела (эталона), покоящегося относительно тела отсчёта. Число эталонных тел, укладывающихся между относительными точками, называется расстоянием в пространстве отсчёта.

          Часами называется любого рода физический прибор, отсчитывающий число циклических процессов, каждый из которых обусловлен одними и теми же причинами и протекает, как принято полагать, в неизменных условиях. Основой любого рода физических процессов является обмен фундаментальными действиями между частицами вещества, поэтому скорость протекания любых процессов, а значит, и скорость хода часов, пропорциональна скорости обмена фундаментальными действиями в той системе отсчёта, в которой часы покоятся.

          Определю процедуру измерения длительности посредством часов. Сопоставляя начало и конец какого-либо измеряемого процесса с фазами циклического процесса в часах, наблюдатель измеряет число циклических процессов между состояниями часов, с которыми сопоставляются начало и конец измеряемого процесса. Тем самым получается количественная сравнительная (а значит, относительная) характеристика процессов. Число циклических процессов в часах как раз и называется длительностью измеряемого процесса или временем его протекания. Конечно, мне можно возразить, что на самом деле каждый процесс в часах имеет какую-то абсолютную длительность, и, считая число процессов в часах, наблюдатель тем самым измеряет абсолютную длительность, представляющую собой сумму длительностей циклических процессов в часах. Но на практике такое определение длительности бесполезно и ничего не добавляет к уже написанному мной, ибо никакую иную длительность, помимо числа циклических процессов, выступающих в качестве меры, никто никогда не фиксирует.

          Сопоставляя начало и конец измеряемого процесса с определённым состояниям часов, называемым "показания", наблюдатель полагает, что фиксируемые события одновременны с показаниями часов.

          Если часы находятся в непосредственной близости от измеряемого процесса, и потому заведомо можно пренебречь длительностью другого физического процесса, — а именно процесса передачи сигнала от фиксируемых событий к часам — то можно измерять длительность без введения процедур установления одновременности пространственно-разделённых событий, а также считать момент прихода сигнала о событии к часам одновременным с самим событием.

          Однако как только потребуется сопоставить событие с показаниями значительно удалённых часов или, что то же самое, сопоставить показания двух удалённых друг от друга часов (то есть как только потребуется синхронизировать часы), потребуется определить правило, по которому нужно будет находить одновременность пространственно-разделённых событий, или, что то же самое, определить правило синхронизации часов, находящихся в разных точках пространства.

          Но прежде, чем вводить правила синхронизации, следует определиться вот с чем: а каков физический смысл утверждения, что показания часов, находящихся в одной точке пространства, одновременны некоему событию в другой точке пространства?

          Что обычно имеют в виду, когда сообщают, что события в точках А и Б одновременны друг другу?

          Определение физического понятия одновременности пространственно-разделённых событий является сАмой сложной задачей при построении теории масштабов и часов — и это несмотря на то, что, иллюстрируя рисунками постулаты теории и эффекты замедления времени и сокращения длин, я уже в неявном виде оперировал понятием одновременности пространственно-разделённых событий. Ведь то, что изображено на всех моих иллюстрациях — это одновременное положение частиц объекта и одновременное положение фронта распространяющегося действия.

          Тут необходимо ещё подчеркнуть, что само пространственное мышление, к которому люди неизбежно прибегают, пытаясь осмыслить происходящее вокруг них, основано на понятии одновременности пространственно-разделённых событий, — отдаёт кто-либо себе в этом отчёт или нет. Ведь даже когда люди рассуждают о форме какого-либо объекта — это всегда суждения об одновременном положении в пространстве частиц указанного объекта.

          При этом пространственная форма объекта и вообще мгновенное состояние объекта суть понятия почти метафизические, ибо одновременное состояние объекта никогда не фиксируется в прямом опыте. Ни одна вещь в мире не воспринимает другую вещь в мире в её одновременном состоянии. В ту точку пространства, где находится наблюдатель, смотрящий на объект, или в которой находится какой-либо прибор, фиксирующий электромагнитное или гравитационное воздействие объекта, приходят сигналы от частиц наблюдаемого объекта, испущенные не одновременно. Ввиду конечности скорости действия от ближней частицы объекта это действие приходит раньше, чем действие от более удалённой частицы объекта. Таким образом, повторяю, наблюдатель никогда и ни при каких обстоятельствах не воспринимает объект при реально одновременном состоянии его частиц. Одновременное состояние объекта есть всего лишь реконструкция нашего мозга, то бишь объект в его одновременном состоянии можно только представлять себе, моделировать, но никогда — воспринимать.

          Предприму попытку дать определение тому понятию одновременности пространственно-разделённых событий, которое обычно используется при пространственном мышлении. Такую одновременность можно определить следующим образом.

          Если из точки А испустить мгновенный сигнал в точку Б, то момент выхода сигнала из точки А и приход сигнала в точку Б являются одновременными. При этом под мгновенным сигналом понимается сигнал, момент выхода которого из точки А одновременен с моментом его возвращения в точку А после отражения в точке Б.

          Понятно, что такое определение не может удовлетворить физика ввиду отсутствия мгновенного сигнала в природе, а потому мне придётся поискать более подходящее определение для понятия физической одновременности. Но при этом я буду стремиться к тому, чтобы данное понятие не противоречило общепринятому метафизическому понятию одновременности, то есть тому понятию, которое все люди используют в своём мышлении, и, в частности, которое я сам использовал при моделировании взаимодействия частиц и процессов замедления времени и сокращения длин.

          Но начну я с определения понятия одновременности одноместных событий, то есть событий, происходящих в одной точке пространства (а точнее, в одной области пространства, размерами которой в рамках решения задачи можно пренебречь).

          Когда два события происходят в одной точке пространства, наблюдатель в состоянии распределить их "во времени" по принципу "до" и "после", исходя из принципа причинности.

          "Следовательно, вот то правило, которому мы следуем, — единственное правило, которому мы можем следовать: когда одно явление кажется нам причиной другого, мы смотрим на него как на предшествовавшее. Итак, через причину мы определяем время" [12] (стр. 227),

написал Пуанкаре в статье 1898 года "Измерение времени".

          Два события в одной точке пространства, проникающие друг в друга столь тесно, что в отношении них наблюдатель не может определённо утверждать, какое из этих событий предшествует другому, и от перестановки порядка следования которых в суждениях о причинно-следственных отношениях ничего не меняется, принято называть одновременными.

          Если между событиями, происходящими в разных точках пространства, нет причинно-следственной связи, то никто не сможет воспользоваться описанным выше критерием для распределения таких событий во времени. Все суждения о соотношении во времени событий в разных точках пространства возникают только тогда, когда в какой-то одной точке пространства встречаются два физических процесса, каждый из которых находится в причинно-следственной связи с одним из тех событий, которые пытаются ранжировать по времени.

          Пример такой "встречи" я возьму из статьи Пуанкаре "Измерение времени": открытие Колумбом Америки и вспышка сверхновой на большом расстоянии от Земли.

          Как можно увязать два этих события во времени? Что было раньше, что было позже? Каков физический смысл утверждения, что вспышка сверхновой произошла до открытия Колумбом Америки? Сама возможность сопоставления этих событий во времени появляется только тогда, когда астроном, живущий на Земле (а значит, находящийся в причинно-следственной связи с открытием Колумбом Америки), видит в свой телескоп свет, пришедший от вспышки сверхновой. Только тогда, основываясь на представлениях о скорости движения света, у астронома и появляется возможность сопоставлять во времени два этих события.

          Таким образом, всё указывает на то, что определение физического понятия одновременности придётся давать через понятие скорости перемещения в пространстве какого-либо сигнала.

          Вот пример такого определения:

          События в точках А и Б являются одновременными, если какие-либо сигналы, движущиеся с равными скоростями от обоих событий, одновременно приходят в точку, равноудалённую от точек А и Б.

          При детальном анализе этого определения оказывается, что оно полностью удовлетворяет тому завязанному на мгновенный сигнал метафизическому определению понятия одновременности, о котором я написал выше.

          Но тут я сталкиваюсь со следующей трудностью: оказывается, понятие скорости сигнала невозможно определить без определения понятия одновременности пространственно-разделённых событий.

          Для того чтобы измерить скорость прохождения сигнала из точки А в точку Б, в этих точках нужно иметь уже синхронизированные часы, то есть такие часы, которые одновременно показывают одно и то же время. И тогда скорость сигнала определяется как

где l — расстояние между точками А и Б, а Δt — разность между показаниями часов Б в момент прихода сигнала к ним, и показаниями часов А в момент выхода сигнала.

          Но тут всё ещё и не удалось определиться, что же представляет собой та самая одновременность событий в разных точках пространства, которая требуется для синхронизации часов, и каков практический способ её нахождения.

          Похоже на то, что понятие скорости сигнала и понятие одновременности придётся вводить, извиняюсь за каламбур, одновременно, и при этом делать их зависимыми друг от друга.

          Именно так и поступил Эйнштейн в одном из вариантов формулировки принципа постоянства скорости света:

          "Предположим теперь, что часы могут быть сверены так, что скорость распространения каждого светового луча в вакууме, измеренная с помощью этих часов, везде равна универсальной постоянной с при условии, что система координат является неускоренной" [13].

          Если я использую постулат, уже положенный в основу теории масштабов и часов, — а именно постулат о существовании такой системы отсчёта, в которой скорость всех фундаментальных действий равна по всем направлениям, — то у меня появляется возможность дать определение понятиям одновременности пространственно-разделённых событий и скорости движения, а также предложить практический способ синхронизации часов. Правда, при этом мне придётся изменить саму формулировку данного постулата.

          Вот начало определения:

          Существует такая система отсчёта, в которой часы могут быть сверены так, что скорость всех фундаментальных действий, измеренная такими часами, будет одинакова по всем направлениям и равна с (скорости света), не зависимо от того, движется или покоится в данной системе отсчёта излучающая действие частица.

          При этом под скоростью распространения в пространстве любого физического процесса (назову такой абстрактный процесс сигналом) понимается величина, равная отношению

где l — расстояние между точками А и Б, а Δt — разность между показаниями часов Б в момент прихода к ним сигнала и показаниями часов А в момент выхода сигнала при условии, что часы в точках А и Б идут синхронно.

          При этом под синхронно идущими часами понимаются часы, одновременно показывающие одинаковое время.

          При этом под одновременностью пространственно-разделённых событий понимается следующее.

          Если из центра отрезка АБ распространяется фундаментальное действие, то моменты его прихода в точки А и Б называется одновременными.

          Конец определения.

          Определение одновременности пространственно-разделённых событий получилось достаточно длинным и, на первый взгляд, сложным, хотя на самом деле оно является крайне простым по своей сути. Процесс синхронизации часов в соответствии с данным определением изображён на рисунке 10.

          Сделанное выше определение понятия одновременности пространственно-разделённых событий даёт множество способов синхронизации часов на практике. Но все они сводятся к двум базовым методам.

1. Синхронизация часов посредством фундаментального взаимодействия — при этом из практических соображений на данную роль подходит только электромагнитное взаимодействие, то есть радиосигнал или свет.

2. Синхронизация двух часов в одной точке пространства с последующим медленным переносом часов в разные точки пространства.

          И вот доказательство того, что синхронизация часов методом медленного переноса эквивалентна синхронизации часов при помощи света.

          Как было продемонстрировано в главе II, перемещение любых объектов со скоростью относительно "покоящейся" системы отсчёта (той системы отсчёта, в которой скорость фундаментального действия равна по всем направлениям) приводит к замедлению обменных процессов в

раз.

          Соответственно, перенос часов в покоящейся системе отсчёта из одной точки в другую приводит к изменению темпа хода часов в процессе их переноса и к их рассинхронизации с покоившимися часами. Разность показаний таких часов составит:

          Время перемещения часов t можно выразить через расстояние l, на которое часы были перемещены, и через скорость перемещения v.

          Тогда:

(5)

          А чему равен предел, к которому стремится разность показаний часов при стремлении скорости движения часов к нулю?

          Простая подстановка v = 0 в формулу (5) приводит к образованию нуля в числителе и нуля в знаменателе, то есть к неопределённости.

          Эту неопределённость можно разрешить, воспользовавшись правилом Лопиталя, гласящим, что предел отношения функций равен пределу отношения их производных:

          Таким образом, если скорость переноса часов стремится к нулю, то и разность показаний переносимых и покоящихся часов стремится к нулю. Это наталкивает на заключение, что метод медленного переноса часов полностью эквивалентен методу синхронизации часов световым сигналом.

          Никаких иных способов синхронизации, отличных от указанных выше, не существует по определению, то есть все иные способы синхронизации часов являются лишь производными от этих двух методов. Например, метод синхронизации твёрдым телом — когда в качестве синхронизирующего сигнала используется движение твёрдого тела.

          В настоящей главе я намерен показать, что скорость фундаментального действия в одном направлении, в том числе и скорость света, не является предметом опыта и не может быть измерена без применения постулата о равенстве этой скорости на пути "туда" и пути "обратно", то есть без конвенции — утверждения, не имеющего прямого отношения к изучаемому природному феномену, но являющемуся условным соглашением о методе измерения физической величины.

          На конвенциональность процедуры измерения скорости света впервые указал Пуанкаре в статье "Измерение времени":

          "Когда астроном говорит мне, что какое-то звёздное явление, видимое в его телескоп в настоящий момент, произошло, однако, пятьдесят лет тому назад, я пытаюсь понять, что он хочет сказать, и прежде всего спрашиваю у него, откуда он это знает, то есть как именно он измерил скорость света.

          Он начал с того, что принял скорость света постоянной и, в частности, одинаковой во всех направлениях. Это и есть постулат, без которого не могло бы быть произведено никакое измерение этой скорости. Этот постулат никогда нельзя будет проверить непосредственно на опыте" [12] (стр. 230).

          Однако то, что отчётливо осознавал Пуанкаре, до сих пор не понято многими учёными. Об этом свидетельствуют периодически появляющиеся даже в серьёзных научных изданиях публикации о проведённых экспериментах (или о проектах таких экспериментов) по измерению скорости света всего лишь в одном направлении. По этому поводу можно, к примеру, почитать критические замечания, сделанные заведующим кафедрой физики элементарных частиц физического факультета МГУ профессором Тяпкиным [14].

          Для начала нужно рассмотреть измерение скорости света в движущейся системе двумя принципиально разными методами, не требующими проведения процедуры синхронизации часов каким-либо сигналом.

Метод первый: измерение скорости света на замкнутом пути

          Большинство лабораторных методов измерения скорости света, когда-либо осуществлённых на практике, основано на использовании одних часов и светового луча, идущего от часов к зеркалу и возвращающегося к часам. То есть в таких методах измеряется скорость света на замкнутом пути или, что то же самое, средняя скорость света на пути туда-обратно.

          Чему же будет равна измеренная таким методом скорость света в случае движения лабораторной установки относительно "покоящейся" системы отсчёта (при движении установки относительно эфира — для сторонников такового)?

          Пусть l — расстояние между часами и зеркалом, c — скорость света в покоящейся системе отсчёта, v — скорость движения лабораторной установки относительно "покоящейся" системы отсчёта.

          Для простоты лучше принять условие, что установка смещается вдоль хода светового луча.

          Наблюдатели в движущейся системе отсчёта, измерив своими движущимися часами время между уходом и приходом светового сигнала (обозначу его как t), найдут следующую величину скорости света V_c:

(6)

          Как было показано в главе II, ход часов, движущихся относительно покоящейся системы, замедляется. В связи с этим по часам покоящейся системы можно найти время t', требующееся свету для достижения зеркала и для возвращения к часам с учётом того, что установка смещается относительно покоящейся системы со скоростью v, и с учётом сокращения расстояния между часами и зеркалом до величины l' в силу причин, описанных в главе III.

          Поскольку

то

          Учитывая то, что

получаю:

          Подставляю t в формулу (6) и нахожу, что:

          То есть средняя скорость света, измеренная в движущейся системе отсчёта, оказывается равной той же самой величине, которую средняя скорость света имеет в покоящейся системе отсчёта.

          Понятно, что ситуация нисколько не поменяется, если ход световых лучей не будет совпадать с направлением движения установки.

          Таким образом получается, что в силу сокращения длин тел и в силу замедления хода часов при их движении относительно "покоящейся" системы отсчёта средняя скорость света на замкнутом пути, измеренная в движущейся системе отсчёта, не зависит от скорости движения системы отсчёта. И в любой системе отсчёта, равномерно движущейся относительно покоящейся, скорость света равна одной и той же величине.

Метод второй: измерение скорости света двумя часами, синхронизированными путём медленного переноса

          Существует ещё один метод измерения скорости света, который не связан с синхронизацией часов при помощи какого-либо сигнала. Этот метод заключается в том, что двое часов синхронизируются в одной точке пространства, а затем медленно переносятся в разные точки пространства. Как было показано в главе IV, медленный перенос часов относительно "покоящейся" системы отсчёта оставляет часы идущими синхронно. Тогда, синхронизировав часы в одной точке, а затем медленно разнеся их в точки А и Б и измерив расстояние между этими точками, и измерив разность показаний часов в момент выхода светового сигнала из точки А и прихода сигнала в точку Б, то есть Δt, можно вычислить скорость света в одном направлении:

          Вычислю, чему будет равна величина измеренной таким образом скорости света в случае движения системы отсчёта, в которой производится измерение относительно "покоящейся" системы отсчёта.

          Пусть в системе отсчёта, движущейся со скоростью v относительно покоящейся системы отсчёта А синхронизированы двое часов, и затем одни часы переносятся в точку Б. Тогда часы, покоящиеся в точке A, движутся в "покоящейся" системе со скоростью v, а часы, переносимые из точки А в точку Б, движутся со скоростью v + Δv.

          В таком случае за время переноса часов t₀, измеренное часами покоящейся системы, часы А, движущиеся со скоростью v, отсчитают время

а часы Б, движущиеся со скоростью v + Δv, отсчитают время

          Выражу время переноса часов t₀ через скорость их переноса Δv и через расстояние l, на которое они были перенесены.

          Чему будет равна разность показаний часов А и Б после переноса?

(7)

          Нахожу предел, к которому стремится Δt при Δv, стремящемся к нулю.

          Простая подстановка Δv в формулу (7) приводит к неопределённости деления ноля на ноль.

          Поэтому, как и в главе IV, попробую разрешить эту неопределённость через правило Лопиталя:

(8)

          Таким образом, в результате медленного переноса часов в движущейся системе отсчёта разность показаний часов из-за их переноса уже не стремится к нулю, как это было в покоящейся системе, а равна величине, зависящей от скорости движения системы относительно "покоящейся".

          А теперь можно показать, что скорость движения светового сигнала из точки А в точку Б, измеренная в движущейся системе часами, синхронизированными путём их медленного переноса (то есть часами, по сути, идущими несинхронно с точки зрения покоящейся системы), будет равна скорости движения света из точки Б в точку А и численно будет равна с, то есть той же самой величине, что и скорость света в покоящейся системе.

          Исходя из формулы (8), если в какой-то момент часы Б показывают 0, то часы А в этот же момент показывают

где l — расстояние между часами в покоящейся системе, а v — скорость движущейся системы отсчёта относительно покоящейся системы отсчёта, измеренная покоящимися часами.

          Пусть световой сигнал движется из точки А в точку Б. Тогда он достигнет часов Б за время

          Поскольку движущиеся часы замедляют свой ход, то за время движения светового сигнала от часов А к часам Б движущиеся часы насчитают:

          Учитывая изначальную разность в показаниях часов А и Б, равную

получаю следующее: в движущейся системе отсчёта наблюдатели найдут, что свету для прохождения от часов А к часам Б потребовалось время, равное:

(9)

          При этом расстояние между точкой А и точкой Б, измеренное в движущейся системе эталонным телом, сокращённым в длине в соответствии с формулой (4), составит

          Или

          Подставляю l в (9) и получаю:

(10)

          Поскольку

то из (10) получается, что V_c = c

          Теперь надо рассмотреть тот случай, когда свет движется из точки Б в точку А.

          Поскольку движущиеся часы замедляют свой ход, то за время движения светового сигнала от часов А к часам Б движущиеся часы насчитают:

          Если учесть изначальную разность в показаниях часов А и Б, равную

то получается, что наблюдатели в движущейся системе обнаружат следуюшее: для прохождения от часов А к часам Б свету потребовалось время, равное:

(11)

          При этом расстояние между точками А и Б, измеренное в движущейся системе эталонным телом, сокращённым по длине в соответствии с формулой (4), составит

          Или

          Подставляю l в (9):

(10)

          Поскольку

то из (10) получается, что V_c = c

          Итак, несмотря на то, что скорость света была принята равной по всем направлениям только в покоящейся системе отсчёта (только в эфире — для сторонников такового), при синхронизации часов путём их медленного переноса и при измерении такими часами скорости света в движущейся системе отсчёта было обнаружено, что эта скорость равна не только по всем направлениям, но также равна и скорости света в покоящейся системе отсчёта. Данный эффект достигается только за счёт сокращения движущихся объектов и замедления хода движущихся часов.

14 А.Тяпкин "Выражение общих свойств физических процессов в пространственно-временной метрике специальной теории относительности" 1972 г. "Успехи физических наук" т. 106, выпуск. 4. сс. 617-659.

Адрес электронной почты: library-of-materialist@yandex.ru