Виктор Кулигин
Глава 5. Свет и криволинейное движение
жүктеу/скачать 486.5 Kb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- 5.2. Парадокс Эренфета
- 5.3. Анализ вращательного движения
- 5.4. Ускорители
- Заключение
Глава 5. Свет и криволинейное движение5.1. Криволинейное движениеСейчас, когда, как говорят в преферансе: «у нас 10 взяток без прикупа», т.е. мы имеем ключ для объяснения явлений, нам нет необходимости проводить доказательства от «времён Очакова и покорения Крыма». Мы начнём с общего случая криволинейного относительного движения. Сразу же отметим крупную «брешь» в СТО. В ней практически отсутствует объяснение явления аберрации света при криволинейном движении. Ощущение такое, что реальный объект «выпал из окна». Релятивисты о нём «забыли». «Забыли» – не то слово. Они о нём специально не упоминают [1]. Напомним им об этом. Пусть наблюдатель N покоится в инерциальной системе отсчёта, а световой источник S перемещается по криволинейной траектории. Источник в положении S* излучает световой импульс в момент времени tизл. Этот импульс будет принят наблюдателем с некоторым запаздыванием в момент времени tпр = tизл + R/c. На рис. 13 криволинейный отрезок S*S это траектория источника за интервал времени R/c. Прямолинейный отрезок S*S’ это траектория, при условии, что источник продолжал бы двигаться линейно с той же постоянной скоростью V. Если бы источник двигался с постоянной скоростью V и прямолинейно, то преобразование Лоренца предсказало бы истинное положение источника в точке S’ на расстоянии R’0 от наблюдателя, а угол аберрации был бы равен δ’, как показано на рис. 13. 
Рис. 13. Иллюстрация неравномерного движения Однако реальная траектория является криволинейной. Реальное расстояние будет R0, а угол аберрации – δ. Это совершенно иные результаты. Очевидно, что мы не имеем права использовать преобразование Лоренца для описания движения объекта с переменной скоростью и при криволинейном движении! Теория ускорителей и парадокс Эренфеста прямо свидетельствуют об этом. 5.2. Парадокс ЭренфетаОн был сформулирован нидерландским физиком-теоретиком Паулем Эренфестом в 1909 году. Рассмотрим плоский, твердый диск, вращающийся вокруг своей оси. Пусть линейная скорость его края по порядку величины сравнима со скоростью света. Согласно специальной теории относительности, длина края этого диска должна испытывать лоренцово сокращение, которое равно  (5.1)
где: v – линейная скорость вращения края диска, Эренфест указал на два эффекта. Длина окружности диска должна стать меньше Угловая скорость вращения уменьшается с увеличением расстояния от оси вращения. Поэтому соседние слои диска должны скользить друг относительно друга, а сам диск будет испытывать деформации кручения. Диск с течением времени должен разрушиться. Процитируем сначала отрывок из [2] (стр. 274): «Здесь же полезно провести простое рассуждение, наглядно иллюстрирующее неизбежность возникновения неевклидовости пространства при переходе к неинерциальным системам отсчёта. Рассмотрим две системы отсчёта, из которых одна (К) инерциальна, а другая (К') равномерно вращается относительно К вокруг общей оси z. Окружность в плоскости x, y системы К (с центром в начале координат) может рассматриваться и как окружность в плоскости x', y' системы К'. Измеряя длину окружности и её диаметр масштабной линейкой в системе К, мы получаем значения, отношение которых равно π, в соответствии с евклидовостью геометрии в инерциальной системе отсчёта. Пусть теперь измерение проводится неподвижным относительно K' масштабом. Наблюдая за этим процессом из К, мы найдём, что масштаб, приложенный вдоль окружности, претерпевает Лоренцево сокращение, а радиально приложенный масштаб не меняется. Ясно поэтому, что отношение длины окружности к её диаметру, полученное в результате такого измерения, оказывается больше π» Маститый академик «забыл», что «сокращение» имеет место на плоскости, а не в 3-мерном пространстве. Вращается ли окружность или покоится, длина окружности при неизменном радиусе постоянна. Для релятивистов нормальная логика геометрии не указ. Чтобы «избавиться» от парадокса была предложена гипотеза ad hoc: «В природе нет абсолютно жёстких тел». Эта гипотеза запрещает любые обсуждения парадокса. Сами релятивисты не смогли привести никаких объяснений физических причин ни для объяснения гипотезы, ни для объяснения парадокса. Лишь фантазии относительно «искривления» пространства или «отрицательной кривизны» на плоскости (?!). Да и в состоянии ли они изложить в качестве объяснения что-либо вразумительное? Теперь пора сказать об экспериментальной проверке. Цитируем [3]: «Лишь в 1973 году умозрительный эксперимент Эренфеста был воплощён на практике. Американский физик Томас Фипс сфотографировал диск, вращавшийся с огромной скоростью. Снимки эти должны были послужить доказательством формул Эйнштейна. Однако вышла промашка. Размеры диска – вопреки теории – не изменились. «Продольное сжатие» оказалось чистейшей фикцией.
Следует заметить, что после публикации Эренфестом в 1909 г. описания парадокса [3] «творец теории относительности попытался оспорить выводы Эренфеста, опубликовав на страницах одного из специальных журналов свои аргументы. Но они оказались малоубедительны, и тогда Эйнштейн нашёл другой «контраргумент» – помог оппоненту получить должность профессора физики в Нидерландах, к чему тот давно уже стремился. Эренфест перебрался туда в 1912 году, и тотчас же со страниц книг о частной теории относительности исчезает упоминание о так называемом «парадоксе Эренфеста». О нём предпочли попросту забыть». Такова история вопроса. Что касается анализа парадокса и его объяснения, то, как мы видим, релятивисты до сих пор в тупике. Поражает их догматическое нежелание проанализировать релятивистские теории, чтобы устранить ошибки («тухлые яйца»). Здание науки, строящееся на ошибках, весьма неустойчиво. Это уродливое здание может существовать только «на штыках» инквизиции, запрещающей критику. Ниже мы дадим математическое описание вращательного движения. 5.3. Анализ вращательного движенияОбратимся к математическому описанию вращения. Инерциальная система отсчёта. Допустим, что источник света движется вокруг наблюдателя по круговой орбите. Наблюдатель покоится в центре этой орбиты. Угловая скорость движения Ω источника света постоянна. Пусть световой источник S* излучает световой импульс в момент времени t = tизл. Наблюдатель N примет этот импульс в момент t = tпр. За время, равное tизл – tпр = R/c движущийся источник успеет занять положение S. (См. рис. 14). Мы имеем следующие связи: расстояние до светового источника в момент tизл равно NS = R0 и расстояние до светового источника в момент tпр равно NS* = R. Очевидно, что
Мы знаем, что число длин волн m вдоль расстояний (R, NS и NS*) должно быть одним и тем же  (5.3)
Записывая выражение (5.3), мы использовали следующие соотношения:  , а также R0 = R.
Из выражения (5.3) следует: k = k0; ω = ω0; nL = 1. Поскольку nлор = 1, доплеровский эффект отсутствует. Это важный факт для тех, кто пытается измерить поперечный эффект Доплера («замедление времени») с часами, вращающимися по окружности вокруг неподвижных. Отсутствуют также и другие искажения, например, «сокращение масштаба» в парадоксе Эренфеста, а наблюдаемая скорость по величине совпадает с реальной скоростью источника. Мы сталкиваемся здесь с интересным фактом. В рассмотренном нами примере имеет место подобие, характерное для критического угла наблюдения nL = 1. Поскольку коэффициент искажений nлор = 1, угловая скорость источника равна угловой скорости мнимого изображения и угол аберрации сохраняется постоянным. Заметим одновременно, что в отличие от прямолинейного движения с постоянной скоростью, действительная линейная скорость движения совпадает численно с наблюдаемой линейной скоростью движения светового источника vнабл = V. Естественно, парадокс Эренфеста отсутствует. Угол аберрации равен: δ = ΩR/c. Однако если мы сместимся в точку N’ (рис. 14), тогда сразу же возникнут изменения:
Аналогичные результаты можно получить в неинерциальной вращающейся системе отсчёта. Сейчас мы это покажем. Неинерциальная система отсчёта. Запишем волновое уравнение в цилиндрической системе координат.  (5.4)
Оказывается, что для уравнения (5.4) существует преобразование, аналогичное преобразованию Лоренца  (5.5)
φ0 = φ = 0 при t = t0= 0 Это преобразование сохраняет форму волнового уравнения во вращающейся системе отсчёта. Здесь вместо скорости V фигурирует угловая скорость вращения Ω0. Для анализа мы сделаем следующие замены:
Тогда для R = R0 преобразование (5.5) приобретёт форму стандартного преобразования Лоренца.  (5.6)
Очевидно, что это преобразование справедливо только для радиуса R0. На окружности этого радиуса нет движения. При других радиусах имеет место виртуальное вращение, как показано на рис. 15. Наблюдатель N вращается со скоростью Ω0 против часовой стрелки. Решение задачи имеет простой вид для малых скоростей. Для иллюстрации мы рассмотрим случай малых скоростей (V << c). Преобразование для этого случая упрощается:
На неподвижной окружности радиусом R0 покоится источник S (рис. 15). Пусть источник излучает световой импульс к наблюдателю. Траектория светового импульса в рассмотренной ранее инерциальной системе отсчёта следующая r = R0 – ct = R0 – ct0 (5.8) где r – расстояние, пройденное световым импульсом из S от момента излучения. 
Рис. 15. Световой луч во вращающейся системе отсчёта Исключим из первого уравнения (5.7) время, используя (5.8), дополнительно к выражению (5.8) получим второе уравнение для описания траектории в неинерциальной системе отсчёта  (5.9)
Как и ожидалось, траектория луча имеет криволинейный характер (см. рис. 15). Угол аберрации можно найти при следующем условии t = R0/c или r = 0. Он равен  (5.10)
Этот результат соответствует полученному ранее для инерциальной системы отсчёта. Проведённый анализ приводит нас к следующим выводам:
Итак, мы имеем логически корректное объяснение парадокса Эренфеста: «А ларчик просто открывался!» 5.4. УскорителиСчитается, что работа циклических ускорителей элементарных частиц служит твёрдым экспериментальным подтверждением специальной теории относительности. Это легко проверить. Полученные ранее выводы имеют непосредственное отношение к теории циклических ускорителей. Мы рассмотрим специальный случай движения с постоянной скоростью по круговой орбите. Но прежде мы дадим пояснения. Предположим гипотетически, что электрон, двигавшийся прямолинейно и равномерно, попадает в однородное магнитное поле. Очевидно, что в этом поле траектория будет окружностью. Мы знаем, что у прямолинейно движущегося электрона реальная (галилеевская) скорость V. В то же время, наблюдаемая с помощью световых лучей скорость будет vлор. Связь между ними простая  (5.2.1)
При переходе из поступательной фазы движения во вращательную импульс электрона и его реальная (галилеевская) скорость не изменятся. Это мы видели на примере объяснения парадокса Эренфеста. В то же время скорость, наблюдаемая с помощью световых лучей, будет разная для этих фаз движения. При криволинейном движении будут справедливы другие соотношения. Теперь можно приступить к анализу вращательного движения. По существу использование той или иной скорости связано с тем, что мы хотим описать: движение источника (мгновенное отображение) или же движение его мнимого отображения. Теория относительности А. Эйнштейна сосредоточена на описании мнимого изображения. Но она ошибочно считает его действительным материальным объектом. Посмотрим, какие результаты вытекают из её положений. Пусть заряженная частица влетает в однородное магнитное поле перпендикулярно его силовым линиям. Здесь возникает интересная ситуация. Согласно законам электродинамики частица будет двигаться в этом поле по окружности постоянного радиуса. Чтобы её ускорить, необходимо подать переменное электрическое поле с частотой, равной частоте вращения частицы по окружности. Известно из СТО, что скорость частицы не может превышать скорость света в вакууме (постулат Эйнштейна). Так, в СТО частицы могут иметь скорость vнабл= 0,99 c; vнабл = 0,999 c или vнабл = 0,9999 c и т.д. Угловая скорость вращения частиц при таких скоростях должна быть практически одна и та же согласно СТО. Она приблизительно равна c/R. На самом деле это не так! Рассмотрим конкретный пример (синхротрон АРУС). Мамаев [4] следующим образом описывает характеристики армянского ускорителя АРУС и объяснение его работы: Интересующие нас технические характеристики электронного синхротрона АРУС имеют следующие значения. (Быстров Ю.А., Иванов С.А. Ускорительная техника и рентгеновские приборы. – М.: Высшая школа, 1983. – с. 159...162):
Согласно формуле, вытекающей из специальной теории относительности, частота обращения электронных сгустков по орбите ускорителя АРУС в момент инжекции электронов при кинетической энергии электронов W = 48,55 МэВ будет равна  (А)
...... Но период 7,53 нс обращения электронных сгустков по орбите длиной 216,7 м означал бы, что электроны движутся со скоростью, в 96 раз большей скорости света c0 (т.е. реальная частота ускоряющего поля в ускорителе равна 132,8 МГц – прим наше). Согласно же специальной теории относительности сверхсветовые скорости электронов невозможны. Поэтому для того, чтобы объяснить экспериментальное значение периода облучения мишени 7,53 нс в рамках специальной теории относительности, потребовалось ввести понятие «кратность ускорения» и объявить, что «под действием ускоряющего поля частицы инжектированного пучка распадаются на сгустки, группирующиеся вокруг устойчивых равновесных фаз. Число таких сгустков, располагающихся по окружности ускорителя, равно кратности ускорения g». (Бурштейн Э.Л. Ускорители заряженных частиц // Большая советская энциклопедия, 3-е изд., т. 27. – М.: Советская энциклопедия, 1977. – с. 108). И действительно, разделив величину из выражения (11.11) на величину из выражения (11.12), получим g = 96 – кратность ускорения электронного синхротрона АРУС. А, разделив величину из выражения (11.6) на величину из выражения (11.7), получим, что кратность ускорения протонного синхротрона ЦЕРН в эксперименте равна 19. (Test of the second postulate of special relativity in the GeV region / Alvager T., Farley F., Kjellman J., Wallin J. // Physical Letters. – 1964. – v. 12. –No. 3. – p. 260 -262) Таким образом, экспериментальные значения частоты обращения сгустков элементарных частиц в рассмотренных двух ускорителях подтверждают не формулу из специальной теории относительности... ... Для объяснения же экспериментальных значений частоты обращения сгустков элементарных частиц в рамках специальной теории относительности и согласования этих значений с формулой (А) используется специальная гипотеза, основанная на введении ad hoc понятия «кратность ускорения»». В некоторых учебниках по теории ускорителей элементарных частиц гипотеза названа «остроумной». Сторонники СТО так и не смогли понять причину этого явления. Когда теория и эксперимент «разбегаются», релятивисты используют обычно три приёма:
С таким постулатом («отсутствие в природе абсолютно жёстких тел») мы уже столкнулись, рассматривая парадокс Эренфеста. Вот и сейчас пришлось теоретикам выдумывать и вводить гипотезу ad hoc о существовании кратности ускорения – g. На самом деле никакого «распада на сгустки, группирующиеся вокруг устойчивых равновесных фаз» в синхротроне не существует. Это фантазия, домысел. Действительно, для этого достаточно рассмотреть одиночный (!) электрон, влетающий в ускоритель. Он тоже «разбивается на сгустки, группирующиеся вокруг устойчивых равновесных фаз»? (!) Согласуется ли этот вывод с классической или квантовой электродинамикой? Конечно, нет. Ранее было установлено, что действительная скорость частиц V больше наблюдаемой скорости их мнимого отображения v0, входящей в преобразование Лоренца. Она равна Для оценки подсчитаем эту скорость. Пусть скорость мнимого изображения заряда равна v0 = 0,99995c (≈ 50 MeV). Тогда величина действительной скорости заряженной частицы будет равна V = 100c. Вот откуда «растут ноги» у «остроумной гипотезы» о кратности ускорения g. Ещё одно «остроумно-протухшее яйцо»! Теперь поговорим об экспериментальной проверке. Известно, что на Большой Адронный Коллайдер затрачено более 10 миллиардов долларов и несколько лет постройки. Интересно знать, какой реальный результат имели бы учёные, инженеры и строители, если бы не было ошибок СТО? Для установления научной истины (корректной теории) сейчас не требуется специальных экспериментальных исследований, а денег на теоретический анализ потребуется намного меньше, чем затрачено на БАК. Экспериментов уже накоплено предостаточно. Необходимо лишь грамотно произвести перерасчёты на основе новых представлений и сопоставить их с экспериментальными данными. Строить же (для Книги Гиннеса?) новый будущий суперколлайдер (МГУ), не опираясь на корректную теорию, безрассудно (авантюра). Ведь давно и хорошо известен афоризм «нет ничего практичнее хорошей теории». Итак, мы заполнили небольшое лукошко «тухлыми яйцами», а сколько их осталось «незамеченными»!
ЗаключениеИтак, СТО это не «лженаучная теория». Исправление ошибки (случайной или осознанной) в «лженаучной теории» превращает её в обычную теорию, либо теория отклоняется. Со Специальной теорией относительности всё обстоит иначе. СТО это «раковая опухоль» в науке. Её «метастазы» пронизывают большинство физических теорий. Более того, на страже этой теории стоят догматические «Авторитеты», которые постоянно напоминают: «СТО имеет великолепные экспериментальные подтверждения. Критиковать СТО могут только недоучки и невежды»! Вот и возникает образ специфического «острова Пасхи» с его каменными истуканами-авторитетами. Под ними лужайка, на которой пасутся «близорукие бараны», восхваляющие СТО. Сама лужайка огорожена постулатами, за которые вылезать «баранам» запрещено. А как же «курочка ряба»? Это просто. Любой «барашек» мечтает стать «курочкой рябой» и снести хотя бы одно тухлое яйцо, чтобы стать истуканом средней величины с академическими привилегиями. Эта статься, конечно, адресована вовсе не «жителям» этого «острова Пасхи». Она адресована тем, кто не утратил здравый смысл и логику, кто ещё не запутался в сетях псевдонаучной секты релятивистов, а также тем, кто уже давно желает сбросить с себя баранью шкуру, попирающую здравый смысл и навязывающую двуличную логику. Именно эти люди с материалистическими убеждениями определят будущее Науки.
Я полагаю, что учёные поймут резкие суждения в статье. Наука это не «песочница», а учёные не детишки, которые в ней ковыряют песочек лопатками. Чем глубже мы познаём мир, тем дороже обходятся человечеству ошибки учёных.
Дата публикации: Электронная версия: 17 июля 2015 года © «Наука и техника», 2015 жүктеу/скачать 486.5 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|
– длина края неподвижного диска или длина края диска для внутреннего наблюдателя, вращающегося с диском и находящегося на оси диска, l – длина края вращающегося диска относительно внешнего покоящегося в инерциальной системе наблюдателя, c – скорость света.
. В радиальном направлении лоренцова сокращения нет, поэтому радиус диска должен сохранять свою длину. При такой деформации диск технически уже не может быть плоским.
(5.2)
(5.7)
. Именно с такой линейной скоростью (вопреки запретам СТО) движутся по окружности заряженные частицы в рассмотренном выше ускорителе. Это мы уже установили.