К столетнему юбилею Специальной теории относительности (СТО) (стр. 2 из 4)
Интересно, что бы он сказал об искажениях формы объекта? "Искривил" бы он пространство еще сильнее, чтобы объяснить искажение формы объекта?
Заметим, что установленная связь между явлением и сущностью позволяет дать классификацию физических законов (см. Приложение 1).
5. Пространство и время в преобразовании Лоренца
Чтобы проанализировать проблему связи времен различных инерциальных систем отсчета (ИСО), обратимся к рис 8, на котором представлено взаимное расположение наблюдателей в сопоставляемых системах отсчета А и В. В каждой из систем имеется генератор, задающий световые сигналы через равные промежутки времени Т, и наблюдатель, регистрирующий временные интервалы между импульсами (вспышками).
Будем считать, что при относительной скорости инерциальных систем А и В, равной нулю, выполняется условие ТА = TВ = Т'A = Т'B. Рассмотрим теперь случай, когда относительная скорость движения инерциальных систем А и В отлична от нуля. Очевидно, что значения интервалов ТA и ТB не изменятся, т.к. это характеристики сущности. Преобразование Лоренца это линейное алгебраическое преобразование.
Оно устанавливает взаимно-однозначную связь между точками xi системы К и точками x'i системы К'. Эта связь не зависит от способа перехода наблюдателя из К в К' и обратно[1]. Иными словами, наблюдатели не увидят изменения частоты собственного генератора, даже испытывая ускорения. Здесь мы имеем в виду «идеальные» часы, точно регистрирующие время в собственной системе отсчета.
Рис. 8.
ТА и TВ - интервалы времени, измеренные в собственных ИСО, являющиеся характеристиками сущности; Т'A и Т'B - интервалы времени, наблюдаемые их "чужих" систем (явления).
Изменятся наблюдаемые "чужие" интервалы времени Т'A и Т'B (явления). В соответствии с преобразованием Лоренца будем иметь:
I) ТA< Т'B (система А), 2) TB < T'A (система В).
Для полного определения логической связи между 4-мя величинами (ТА; TВ; Т'A; Т'B) двух записанных нами неравенств недостаточно. Необходимы еще два условия.
А. Эйнштейн предложил считать, что Т'A есть собственное время системы А, т.е. ТА, а Т'B есть собственное время системы В, т.е. ТВ. Эта связь не зависит от инерциальной системы отсчета.
3) Т'A= ТA 4) T'B =TB
Так Эйнштейн подошел к своему пониманию и объяснению физического смысла преобразования Лоренца. Очевидно, что система из четырех соотношений оказалась логически противоречивой. Выражения 1) и 2) примут вид:
I) ТA< ТB, 2) TB < TA.
Гносеологический анализ, проведенный в [4], [5], показал, что Эйнштейн подобно Птолемею допустил типичную гносеологическую сшибку. Наблюдаемое явление (Т'A и Т'В) он истолковал как сущность (ТA и ТВ).
Птолемей утверждал, что, поскольку мы видим движение солнца по небосводу, это и есть на "самом деле" движение его вокруг Земли.
Точно так и Эйнштейн истолковывал явления "сокращения" масштабов и "замедления" времени. Коль скоро мы "видим" эти изменения (т.е. они следуют из преобразования Лоренца), это так есть "на самом деле" (такова сущность пространства и времени). Эта гносеологическая ошибка называется: подмена сущности явлением или истолкование явления как сущности.
Ошибочное истолкование породило ряд логических противоречий, например, парадокс близнецов и другие. То же самое можно сказать и об интерпретации "сжатия" масштаба.
Единственно возможным вариантом, который не противоречит равноправию инерциальных систем отсчета и логике, является вариант, опирающийся на соотношения:
1) ТА < Т'A; 2)TВ <Т'B; 3) Т'A= Т'B; 4) ТА= TВ
Смысл его очевиден. Собственное время во всех инерциальных системах отсчета едино, т.е. течет в одном ритме, темпе (ТА= TВ). Явления обладают симметрией (Т'A= Т'B; ТА< Т'A; TВ < T'B). Это и есть реализация принципа равноправия инерциальных систем отсчета.
Именно здесь выявляется различие между эйнштейновской и новой интерпретациями сущности преобразования Лоренца.
а) Эйнштейновский (= птолемеевский) подход. Замедление времени, которое мы наблюдаем (явление), есть "действительное" замедление времени. Время в движущейся системе отсчета действительно течет медленнее, чем в неподвижной (сущность).
б) Материалистический (= коперниканский) подход. Замедление времени есть объективное явление, которое мы наблюдаем и регистрируем в нашей инерциальной системе. Однако в самой движущейся системе время течет в том же темпе (сущность), что и в неподвижной. Кажущееся замедление времени обусловлено свойствами преобразования Лоренца (эффект Допплера).
Итак, все параметры и характеристики, полученные с помощью преобразования Лоренца, относятся к разряду явлений и не всегда совпадают с действительными параметрами и характеристиками, измеренными в системе отсчета, связанной с исследуемым объектом. Однако при преобразовании Лоренца некоторые величины остаются неизменными (инвариантными). Среди них:
1. Сохраняется действительное равноправие всех инерциальных систем отсчета.
2. Физическое время остается общим и единым для всех ИСО. Это единое мировое время.
3. Общим для всех ИСО остается трехмерное пространство.
4. Скорость света и сечение светового луча остаются неизменными (инвариантными) для всех ИСО.
Наблюдаемые "замедление" времени и "сжатие" масштаба - суть объективные явления, т.е. искаженные отображения истинного темпа времени (единого для всех ИСО) и масштаба координатной оси пространства (общего для всех ИСО).
Уже сам принцип равноправия инерциальных систем предполагает, например, единство времени во всех ИСО. В противном случае различие в темпах изменения времени могло бы служить критерием для дифференциации различных ИСО.
6. Наблюдаемая и истинная скорость объекта
Хотя этот вопрос уже обсуждался нами в [1], [2], [3], мы вновь рассмотрим вопрос о наблюдаемой (явление) и истинной (характеристика сущности) скоростях частиц и их различии, поскольку этот вопрос имеет важнейшее значение для физики.
Пусть мимо наблюдателя по прямой линии движется материальная точка со скоростью v. В собственной системе отсчета K' (ее координата x' постоянна) она дает световые вспышки через равные интервалы времени Δto. Эти вспышки регистрируются неподвижным наблюдателем в системе K. Мы можем мысленно представить прямолинейную траекторию, которая как бы разбита на равные отрезки длиной Δx светящимися точками. За время Δto система К успеет переместиться относительно K' на это расстояние Δx.
Используя преобразования Лоренца, найдем расстояние Δx между вспышками.
,где ΔТ это наблюдаемое в системе К время между двумя вспышками, определенное с помощью преобразования Лоренца
.Введем угол θ, образованный двумя векторами: вектором скорости v, направленным вдоль оси x, и вектором направления световых лучей от движущегося объекта к наблюдателю. Благодаря эффекту Доплера наблюдаемый интервал между световыми вспышками будет также зависеть от угла наблюдения θ. Учитывая искажение интервалов времени эффектом Доплера, найдем наблюдаемый интервал времени между вспышками, которые видны под углом θ в системе К. Он равен:
где ΔТD - наблюдаемый интервал времени между вспышками, искаженный эффектом Доплера; ΔТ- тот же наблюдаемый интервал времени, когда θ=90о.
Теперь, выражая в (6.1) интервал Δto через ΔТD, получим:
.Отсюда нетрудно найти наблюдаемую (кажущуюся) скорость, которая зависит от угла наблюдения θ:
Полученный результат имеет интересные следствия.
Во-первых, мы будем видеть неравномерное движение источника световых импульсов, скорость которого постоянно уменьшается. Наблюдаемое "ускорение" равно
где у - координата движущейся точки.
В частности, при θ=90о ускорение равно
.Это ускорение существует "на самом деле" или же нам это "кажется" (объективная "кажимость")? Означает ли это, что на движущуюся частицу действуют какие-то силы? "Реальны" ли эти силы или же они тоже "кажущиеся"? Как быть с принципом причинности?
Ответ очевиден. Световые лучи, передавая информацию, искажают ее.
Во вторых, рассмотрим случай, когда θ=90о, т.е. когда генератор проходит мимо наблюдателя (как показано на рис. 6), мы имеем vobs=v (observed=наблюдаемый). Здесь кажущаяся скорость совпадает с относительной скоростью движения инерциальных систем К' и К, которая входит в преобразование Лоренца. Итак, мы неожиданно обнаруживаем, что скорость v есть кажущаяся скорость относительного движения инерциальных систем отсчета! Теперь становится ясной причина появления “ускорения”. Это кажущееся ускорение, которого нет в действительности.
Истинную скорость мы определим ниже.
С эйнштейновской же точки зрения следует, что при θ=90о свет передает информацию абсолютно точно. Он точно передает “истинные размеры” движущегося тела (сокращение масштаба) и ”истинный темп времени” (замедление времени) в движущейся системе отсчета. Другими словами, то, что мы видим (измеряем) при таком угле наблюдения, есть именно то, что происходит в системе K' "на самом деле" (сущность). Совпадение между птолемеевским и эйнштейновским подходами здесь имеет принципиальное значение, поскольку в основе совпадения лежит одна и та же гносеологическая ошибка.