Общего принципа относительности не существует
Николай Носков
В статье «А был ли «большой взрыв» Вселенной?!» («НК» №8, 9, 1995г.) В.В.Глушко высказал гипотезу, основанную на экспериментальном факте непостоянства скорости света. При этом он умолчал о более радикальном последствии факта непостоянства скорости света: этот факт опровергает существование общего принципа относительности. Но был ли этот эксперимент неожиданным; не было ли других наблюдений, экспериментов и фактов, которые бы вступали в противоречие с общим принципом относительности? Да, были. Чем же все-таки объяснить, что общий принцип относительности не только появился, но и теперь, через 90 лет, не опровергнут?
Основанием для его появления послужили три факта: эксперименты Майкельсона [1], [2] по попытке обнаружения движения Земли относительно эфира; эксперименты Кауфмана [3], [4] с быстрым движением электронов в поперечном магнитном поле; нахождение преобразований для инерциальных систем, после которых вид уравнений Максвелла не меняется.
Можно проследить несколько последовательных этапов выработки общего принципа относительности.
В работе «Интерференционный метод Майкельсона» [5] в 1895г. Лоренц обосновал свою гипотезу о сокращении продольных линейных размеров движущихся тел. Сокращение тел в ней было пропорционально «множителю Лоренца», объяснявшему «отрицательный» результат эксперимента Майкельсона и сыгравшему главную роль в появлении общего принципа относительности. Затем в работе «Электромагнитные явления в системе, движущейся с любой скоростью, меньшей скорости света» [6], в 1904г. Лоренц обобщает свою гипотезу о линейных сокращениях движущихся тел на эксперименты Кауфмана, где показывает хорошее согласие экспериментов с гипотезой при применении «множителя Лоренца».
Кроме этого, в вышеуказанной работе Лоренц впервые применяет преобразования координат инерциальных систем, для которых сохраняется вид уравнений Максвелла. Здесь же Лоренцем сформирована мысль о том, что в гравитации законы взаимодействия и движения «ведут» себя так же, как в электромагнетизме. Таким образом, Лоренц в этой работе высказал все основные идеи общего принципа относительности.
В промежутке с 1898 по 1905гг. Пуанкаре пишет несколько статей [7...10], где обсуждает гипотезу Лоренца и интерференционный опыт Майкельсона, а также проблему измерения времени, где пытается решить задачу одновременности событий. Там он показывает, что в центре этой задачи стоит другая проблема – постоянство скорости света как сигнала, с помощью которого только и можно синхронизировать часы и определить местное время.
И, наконец, в 1905г., практически одновременно (с разницей в 25 дней) поступили в печать основополагающие работы по специальной теории относительности: Эйнштейна «К электродинамике движущихся тел» [11] и Пуанкаре «О динамике электрона» [12]. Но если Пуанкаре вырабатывал эти идеи постепенно, признавая приоритет большинства из них за Лоренцем, предварительно обсуждая эти идеи в работах 1898...1905гг., то Эйнштейн выдал свою работу как нечто совершенное сразу.
Главное отличие работы Пуанкаре от статьи Эйнштейна, несмотря на общее сходство идей в них, в том, что Пуанкаре в своей теории-гипотезе высказал необходимые сомнения. Так, о затронутой выше проблеме скорости света он написал: «Согласно теории Лоренца двумя равными отрезками – по определению – будут такие два отрезка, через которые свет проходит в одно и то же время. Может быть, достаточно только отказаться от этого определения, чтобы вся теория Лоренца была совершенно уничтожена, как это случилось с системой Птолемея после вмешательства Коперника». Таким образом, Пуанкаре понимал всю зыбкость принятия постулата о постоянстве скорости света в любой инерциальной системе, независимо от движения источника и приемника.
Но, возможно, к моменту появления работ Лоренца, Пуанкаре и Эйнштейна ничего не было известно о свойствах света, или не было никаких других экспериментов и наблюдений, кроме опытов Майкельсона, которые привели к такому странному для физиков выводу? Странному, потому что независимость скорости света от приемника не обоснована никакими причинными физическими основаниями, а лишь постулируется на основании экспериментов Майкельсона.
Конечно, решающие эксперименты по выявлению эфира были произведены позже, а анизотропию «реликтового» фона обнаружили только в 1979г. [13]. Однако уже были: звездная аберрация (Бредли) [14]; наблюдения за «отклонениями» затмений спутников Юпитера (Ремер) [15]; опыты Араго с призмами [16]; эксперименты Физо [17] по частичному увлечению света движущейся водой; Физо и Фуко [18] – по определению уменьшения скорости света в более плотной среде; был известен коэффициент увлечения Френеля и теории увлечения эфира телами Френеля [19] и Стокса [20].
Из этих наблюдений, экспериментов и достаточно корректных теорий и гипотез следует аргументированный вывод о том, что скорость света от звезд складывается со скоростью движения Земли по классической формуле сложения скоростей. С другой стороны, эксперименты Араго с призмой показали, что на поверхности Земли ее движение не влияет на оптические явления. Это может означать только одно: эфир неподвижен относительно поверхности Земли, то есть увлекается ею, – этот вывод сделан Френелем. Оба факта в совокупности, звездная аберрация и эксперименты Араго, показывают, что увлечение эфира Землей относится только к Земле, а не ко всей Солнечной системе в целом. Отсюда следует вывод, что слой увлекаемого эфира имеет небольшую величину и должен иметь градиент давлений, что уже означало бы непостоянство скорости света. С другой стороны, такое распределение эфира в космосе указывает исследователям, что возле каждого космического тела имеется линза эфира, которая должна искривлять ход лучей, что и было впоследствии обнаружено, но уже с позиций ОТО.
Вышеназванных наблюдений и экспериментов хватило Герцу, чтобы также сделать вывод о частичном увлечении эфира движущимися телами. В работе «Об основных уравнениях электродинамики движущихся тел» [21], вышедшей в 1889г., Герц вывел новые уравнения электромагнитного поля, учитывающие движение электромагнитной системы относительно поверхности Земли и, значит, относительно эфира со скоростью u. Из этих уравнений следует взаимодействие двух зарядов как токов, неподвижных относительно друг друга, но движущихся относительно эфира, что подтверждается экспериментом, но не следует из уравнений Максвелла [22].
Таким образом, даже не рассматривая пока последующих экспериментов, проведенных уже после возникновения СТО, мы видим, что развитие физики при возникновении теории относительности оторвано в этот момент от тщательного анализа, сопоставления и неуклонного учета и следования всем наблюдениям и экспериментам. Недаром Эйнштейн провозгласил новый принцип развития физики: «...она (физика) является созданием человеческого разума с его свободно изобретенными идеями и понятиями».
Исследователи вопреки наблюдаемым фактам объявили: увлечения эфира телами не может быть, потому что это не поддается доказательству с помощью уже известных аэрогидродинамических теорий. Именно этот вывод сделан сначала Лоренцем в работе «Интерференционный опыт Майкельсона», затем A. Эйнштейн и Л.Инфельд в книге «Эволюция физики» [23] написали: «Развитие гипотезы Френеля требует введения каких-либо предположений относительно связи между эфиром и движущейся материей, поэтому она не может быть нами принята». Но известные гипотезы о механизмах гравитационного взаимодействия, высказанные Ньютоном, – о поглощении эфира телами и Риманом – об испускании эфира телами, которые помимо объяснения механизма взаимодействия тел предполагают эту самую связь и увлечение эфира движущимися телами.
Уже после возникновения СТО проведены эксперименты, которые должны были восстановить справедливость по отношению к эфиру и отвергнуть СТО.Однако с Миллером (сподвижник Майкельсона), который работал 25 лет над своими экспериментами и обнаружил градиент скоростей эфира перпендикулярно поверхности Земли, поступили так же, как в свое время инквизиторы с Галилеем: его заставили отречься от своего вывода. Ученые, которые пытались доказать несостоятельность и абсурдность СТО, подвергались шельмованию, высмеиванию и обструкции.
Наиболее ярким экспериментом, показывающим существование эфира и неподвижности его относительно поверхности Земли, стал интерференционный эксперимент (типа Майкельсоновского) на вращающейся платформе, выполненный сначала Харрисом (Harres) [25] в 1912г., затем Саньяком [26] (1913г.) и Погани [27] (1925г.). Результаты опыта были названы «явлением Саньяка», и в этой связи С.Вавилов написал: «Если бы явление Саньяка было открыто раньше, чем выяснились результаты опытов второго порядка (Майкельсона – Авт.), оно, конечно, рассматривалось бы как блестящее экспериментальное доказательство эфира» [28].
Эксперимент на вращающейся платформе показал, что увлечение эфира платформой на фоне эфира, увлекаемого Землей, настолько мало, что практически равно нулю, и при этом скорость света складывается со скоростью частей платформы по классической формуле сложения скоростей, что означает полное отрицание постулата о постоянстве скорости света относительно приемника в СТО.
Но вернемся вновь к основаниям СТО.Возникновение «множителя Лоренца» имеет глубоко обоснованные причины, а именно: этот множитель учитывает увлечение света движущейся второй средой относительно первой в случае рассмотрения его движения в двух движущихся относительно друг друга средах (эфирах). Именно при таком рассмотрении движения света Лармором в 1900г. в работе «Эфир и материя» [29] были получены теоретически коэффициент увлечения Френеля, «множитель Лоренца» и «релятивистская» формула сложения скоростей, которая является результатом того, что свет, как волны, распространяется с постоянной скоростью относительно неподвижной среды, однако при переходе в другую среду, движущуюся относительно первой, он снова движется с постоянной скоростью, но уже относительно второй среды. Таким образом, если на поверхности Земли происходит полное увлечение эфира, то независимо от того, как движется Земля, наземные эксперименты покажут постоянную скорость в любом направлении. Именно это и показали опыты Араго и Майкельсона.