Относительность одновременности и преобразования Лоренца

Кризис фундаментальной теоретической физики вырвался наконец на просторы Scientific American и Nature. Известнейшие ученые с горечью и сожалением обсуждают вопрос о конце фундаментальной физической науки как таковой и перспективах научной деятельности, в частности. Прогнозы даются неутешительные: еще пятьдесят лет такого развития, и фундаментальную физику можно будет исключить из числа занятий, достойных современного цивилизованного человека. В дальнейшем, ввиду ее нерезультативности, ею будут заниматься лишь эзотерики и мистики, а объективное знание останется областью одних только прикладных дисциплин. При этом основная идея, которая приводит к подобному выводу, заключается в том, что конец фундаментальной физической науки есть естественный результат ее развития, что человечество

в этом отношении дошло до пределов познания и далее продвигаться в этом направлении уже не может.

Не говоря уже о том, что нынешние ученые абсолютно не ориентируются в том, на каком этапе развития фундаментальной физической науки они находятся, они даже и не пытаются осмыслить природу кризиса, его истоки и причины его появления. Считается, что современная физическая наука с самого начала своего появления развивалась непрерывно, поступательно и бескризисно. Один из «специалистов» даже назвал ее физикой Галилея – Эйнштейна, подчеркивая это непрерывное развитие, чем выбросил на помойку истории И. Ньютона с его законами. Поэтому она, по его мнению, исчерпав свой потенциал, должна спокойно почить в бозе, к удовлетворению сторонников партии «зеленых».

Между тем, если говорить о современной фундаментальной физике, мало того, что развивалась она неравномерно и пережила много мелких недоразумений, но, кроме того, в начале XX века получила со стороны А. Эйнштейна мощный удар, от которого не оправилась до сих пор. Этот удар заключался в том, что основные понятия и законы теории объявлялись «…свободными изобретениями человеческого ума,… не выводимыми из опыта…» (Эйнштейн А. «О методе теоретической физики»). До него господствовал другой принцип, принадлежащий тому самому отвергнутому И. Ньютону, – принцип «гипотез не изобретаю». С отмены этого принципа и начался тот кризис фундаментальной физической науки, который мы имеем в настоящее время. Поэтому, вместо того, чтобы твердить о конце науки, бессмысленности научного творчества и ограниченности материалистического мировоззрения, неплохо было бы сначала разобраться в причинах кризиса, его движущих силах и формах проявления. И отталкиваться нужно от 1905 года. От создания А. Эйнштейном знаменитой и вездесущей теории относительности, которая усилиями научной элиты к XXI веку оказалась пробным камнем испытания на научность для любой физической теории.

К настоящему времени в обширной критической литературе, посвященной теории относительности, сложился определенный стиль анализа этой теории. Он заключается в том, что в начале такого анализа отмечаются наиболее явные с точки зрения физического смысла несуразности, рассматриваются вытекающие из положений теории неустранимые парадоксы и на этом основании делается вывод о полной несостоятельности теории Эйнштейна. Далее предлагается свой вариант теории, по мнению автора, свободный от подобных ошибок. Разбираться в том, что позитивного принесла теория относительности в теоретическую физику, никто не хочет. В ответ апологеты теории обвиняют критика в узости мышления, приверженности закостенелому здравому смыслу и отсутствии творческого начала в его критике, отвергая его истолкование явлений. В результате каждый остается при своем мнении и никакого конструктивного диалога не происходит. Но поскольку теория относительности занимает в настоящее время ключевую позицию в списке теорий, использующихся для объяснения строения и взаимодействия элементов мироздания, настоятельно необходим тщательный и придирчивый анализ оснований самой теории для уяснения прочности этих оснований и применимости их для объяснения того самого строения мироздания в условиях выявившегося общего и всеобъемлющего кризиса фундаментальной теоретической физики.

Поскольку традиционный анализ теории относительности мало способствует уяснению ее места в позитивной науке, превращаясь по ходу разбирательства в обмен взаимными оскорблениями, в нашем анализе применен иной способ исследования этой теории – анализ теории относительности в пределах, строго заданных ее начальными условиями. То есть, оставаясь строго в пределах логики Эйнштейна, используя применяемую им методику построения доказательств и объяснения явлений, принимая начальные условия его теории полностью и без критики, делается попытка выяснить истинный физический смысл теории и следствий, из нее вытекающих. Попутно также делается попытка определить подлинное

место теории относительности в системе научного знания и применимость ее для объяснения широкого круга явлений, исследуемых современной физической наукой. Создание теории, заменяющей теорию относительности, категорически не входит в число задач настоящего исследования.

Как известно, «относительность одновременности» является центральным пунктом специальной теории относительности Эйнштейна, который так определяет положение этого пункта в начальных условиях теории: «Оказывается, что принцип постоянства скорости света и принцип относительности противоречат один другому только до тех пор, пока сохраняется постулат абсолютного времени, т. е. абсолютный смысл одновременности. Если же допускается относительность времени, то оба принципа становятся совместимыми; в этом случае, исходя из этих двух принципов получается теория, называемая „теорией относительности“». [1]

В результате применения двух названных принципов Эйнштейн создает теорию, в которой приходит к заключению, что время в движущейся системе отсчета замедляется по отношению ко времени в неподвижной системе, о чем он неоднократно и недвусмысленно заявляет в своих, посвященных теории относительности, работах. При этом он понимает подобное замедление как физическое замедление хода часов в движущейся системе.

Не подвергая сомнению правильность исходных предпосылок (постулатов) теории относительности и не изменяя дальнейших построений теории, строго придерживаясь представлений Эйнштейна о природе и свойствах электромагнитных волн и способах их распространения, попробуем выяснить истинный физический смысл относительности одновременности, релятивистского радикала и выражения для местного времени, содержащегося в рассматриваемых преобразованиях.

Для выяснения физического смысла относительности одновременности рассмотрим сначала статью А. Эйнштейна «К электродинамике движущихся тел» и проанализируем содержащиеся в ней закономерности.

Чтобы предлагаемый анализ был четко структурирован относительно последовательности и содержания вопросов, рассматриваемых в статьях Эйнштейна, в названиях разделов настоящего исследования использованы оригинальные заголовки разделов статей Эйнштейна, с небольшими изменениями, соответствующими содержанию анализа.

Когда Эйнштейн впервые объявляет об относительности одновременности, он, во-первых, отмечает, что это наблюдаемый феномен и не более того, а во-вторых, пользуется для демонстрации этого явления примером с распространением света:

«Представим себе, что к обоим концам стержня (A и B) прикреплены часы, которые синхронны с часами в покоящейся системе, т. е. показания их соответствуют „времени покоящейся системы“ в тех местах, в которых эти часы как раз находятся; следовательно, эти часы „синхронны в покоящейся системе“. Представим себе далее, что у каждых часов находится движущийся с ними наблюдатель и что эти наблюдатели применяют к обоим часам установленный в § 1 критерий синхронности хода двух часов. Пусть в момент времени tA из A выходит луч света, отражается в B в момент времени tB и возвращается назад в A в момент времени t'A. Принимая во внимание принцип постоянства скорости света, находим:

где rAB – длина движущегося стержня, измеренная в покоящейся системе. Итак, наблюдатели, движущиеся вместе со стержнем, найдут, что часы в точках A и B не идут синхронно, в то время как наблюдатели, находящиеся в покоящейся системе, объявили бы эти часы синхронными. Итак, мы видим, что не следует придавать абсолютного значения понятию одновременности. Два события, одновременные при наблюдении из одной координатной системы, уже не воспринимаются как одновременные при рассмотрении из системы, движущейся относительно данной системы». [2]