Теория относительности и одновременность событий

Аннотация

На основе принципа постоянства скорости света в специальной теории относительности (СТО) выводится положение об относительности одновременных событий, призванное совместить этот постулат с принципом относительности. В рамках физической модели СТО, для движущейся системы отсчёта, наблюдаемой из покоящейся, вычислены  конкретные величины промежутков времени  движения света между пунктами в прямом и обратном направлениях. Расчёты выявили их не равенство. Установленный факт базируется только на принципе постоянства скорости света и принципе относительности, а поэтому не представляет  собой традиционного парадокса СТО, типа «парадокса близнецов», являясь её внутренним противоречием. Научно-техническая идея расчётов может быть положена в основу принципиально новых экспериментов  по обнаружению абсолютного движения Земли, а так же приборов определения скорости перемещения космических объектов.

Из принципов относительности и постоянства скорости света, а так же методики синхронизации часов следует важнейшее положение специальной  теории относительности (СТО) относительность одновременных событий, которое, по мнению автора СТО, призвано убрать кажущееся противоречие между принципом относительности и принципом постоянства скорости света. Суть данного положение состоит в том, что события, одновременные в одной системе отсчёта, не являются таковыми в другой. Рассмотрим это утверждение подробнее. Есть две инерциальные системы отсчета, для определённости одну из них будем называть покоящейся, а другую движущейся.  Поскольку системы равноправны (принцип относительности), и скорость света в них имеет одно и то же значение и она изотропна (принцип постоянства скорости света), то наблюдатели этих систем вправе применить к своим часам методику синхронизации часов, предложенную автором СТО и изложенную им  в § 1  стр. 9  [1]. Критерий синхронности хода двух часов А и В состоит в следующем (цитируем):  «Пусть в момент времени tA  из А «по А-времени»  луч света выходит из А в В, отражается в момент tB  по «В-времени» от В к А и возвращается назад в А  в момент t'A по «А-времени». Часы в А и В будут идти, согласно определению, синхронно, если 

 tB tАt'AtB   (1)                                                                

Далее автор СТО утверждает, что часы будут считаться идущими синхронно только в своих системах отсчёта, тогда как часы одной системы отсчёта по отношению к часам другой системы отсчёта будут идти  не синхронно (положение  относительности одновременных событий). Это утверждение он устанавливает  помощью «доказательства от противного», то есть с помощью предположения, что часы обеих систем идут синхронно  (см. стр.12 и 13  [1]). Приведём полностью это доказательство, напомнив, что в движущейся системе отсчёта находится стержень, ось которого ориентирована параллельно  направлению движения этой системы. Далее цитируем автора СТО: «Представим себе, что к обоим концам стержня (А и В) прикреплены часы, которые синхронны с часами покоящейся системы, 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 (см. сноску: Здесь «время» означает «время покоящейся системы» и вместе с тем «положение стрелки движущихся часов, которые находятся в том месте, о котором идёт речь)  tA  из А выходит луч света, отражаясь в В в момент времени tB  и возвращается назад в А  в момент времени t'A . Принимая во внимание принцип постоянства скорости света, находим

                            

где rAB - длинна движущегося стержня, измеренная в покоящейся системе,с - скорость света,v - скорость движущейся системы отсчёта относительно покоящейся.

Итак, наблюдатели, движущиеся вместе со стержнем, найдут, что  часы в точках А и В не идут синхронно, в то время как наблюдатели, находящиеся в покоящейся системе, объявят 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».  Из цитируемой части статьи следует, что часы рассматриваемых систем отсчёта не могут идти синхронно вследствие их относительного движения и наличия постулата  постоянства скорости света. Заметим, что цитируемый выше эксперимент с часами и светом, проведенный в движущейся системе, представляет собой выполнение конкретных действий, соответствующих методике и критерию синхронизации часов СТО, по которой моменту времени tB= t'A - tB, часов В, ставится в соответствие показания часов А, равное tA1, вычисленное по формуле:

 tA1 = 1/2 [( tВ - tA) + (t'A- tВ)] =1/2 [ tA +t'A]       (4)

Естественно, что та же методика синхронизации часов проводится и в покоящейся системе отсчёта. Конкретная величина не синхронного хода часов движущейся системы отсчёта ∆, которая обнаруживается при наблюдении за ними из покоящейся системы, вычисляется довольно просто.   В соответствии с методикой синхронизации часов моменту времени tB1=t'A- tB, часов В, ставится в соответствие показания часов А, равное tA1, вычисленное по формуле:

 

Разница в показаниях часов А и В определится по формуле:

Из формулы (6) следует, что для наблюдателя покоящейся  системы отсчёта часы движущейся системы, расположенные в точке В, отстают от часов в точке А, на величину ∆.

Далее проводится мысленный эксперимент, суть которого заключается в следующем. Оба наблюдателя, находящиеся у часов движущейся системы, в одно и тоже время (например, в 10 часов утра), по своим уже синхронизированным часам, производят вспышки света. Этот момент является для них началом отсчёта времени. А затем фиксируют момент прихода света от вспышки, произведённой у противоположных часов. За этим экспериментом наблюдают и из покоящейся системы отсчёта и фиксируют аналогичные промежутки времени, но уже по своим часам. После этой процедуры, стержень, с закреплёнными на его концах часами А и В, разворачивают так, чтобы часы А и В поменялись местами. И вновь, например, в 11 часов утра, производят аналогичные вспышки света и фиксируют момент прихода света от такой же вспышки, произведённой у противоположных часов.   Величины интервалов времени замеров, произведённых в 10 и 11 часов и  измеренных каждым наблюдателем в своей системе отсчёта и по своим часам, сравнивают друг с другом. Поскольку эксперимент мысленный, то для наблюдателя движущейся системы указанные интервалы времени постулируются одинаковыми, а их отношение принимается равным единице.  Тогда как для наблюдателя покоящейся системы интервалы времени между описанными выше событиями, происходящими в движущейся системе, могут быть вычислены. При расчётах учитывается, что часы в движущейся системе идут не синхронно (смотри формулу 6)  и скорость света в ней, в прямом и обратном направлениях,  будет различна (смотри формулы 2 и 3). Интервал времени, измеренный  часами А,  для эксперимента проведённого в 10 часов, определиться по формуле:

Знак плюс перед ∆ указывает на то, что часы В отстают от часов А, то есть вспышка света у часов В будет произведена тогда, когда  стрелки часов А покажут (10 + ∆) часов утра.  Тогда как для эксперимента, проведённого в 11 часов, этот же интервал времени, измеренный часами А (напомним, что часы А и В  поменялись местами их расположения) определиться по формуле:

Знак плюс перед ∆ указывает на то, что не синхронный ход часов остался прежним, то есть вспышка света у часов В будет произведена тогда, когда  стрелки часов А покажут (11 + ∆) часов утра. При этом разница интервалов времени ∆ tи t'A, определится по формуле

Аналогичные соотношения можно получить и для часов В.  Таким образом, расчёты выявили зависимость величины промежутков времени   распространения света между одними и теми же пунктами от  ориентировки прямой, соединяющей пункты, относительно вектора скорости движущейся системы отсчёта. Установленный факт основан на предположении, что вращение системы отсчёта, приводящая к смене положений часов, не сказывается на величине их синхронизации и не изменяет тем их хода, что возможно при условии малых значений величины центробежного ускорения. При этом необходимо отметить, что ужесточение требований к условиям опыта, то есть исключение каких-либо ускорений вообще, как основы разрешения данной  проблемы в рамках СТО, может поставить под сомнение адекватность всех известных опытов по определению скорости движения нашей планеты, например, опыта Майкельсона, условиям применимости теории. Действительно в соответствии с методикой проведения этого эксперимента производится разворот измерительного устройства (наличие центробежных ускорений), тогда как сам опыт трактуется как экспериментальное основание СТО. Однако возможен и принципиально иной эксперимент, когда вообще исключаются какие-либо ускорения часов, как главный довод (или основание) для исключения подобного рода опытов (или парадоксов, типа «парадокса близнецов) из арсенала аргументированной критики СТО.  Например, когда часы, расположенные в точках А и В, ускоряются по направлению к друг к другу и, приобретя некоторую незначительную скорость, двигаются навстречу друг к другу с этой постоянной скоростью. В момент встречи, когда часы находятся друг против друга, производится их синхронизация. Далее, когда часы начнут удаляться друг от друга, например, через каждые 10 минут или другой удобный интервал времени, у каждых из них производят вспышки света и измеряют промежутки времени между моментом начала опыта (моментом произведения вспышки) и моментом прихода света от других часов.  В соответствии с принципом постоянства скорости света наблюдатели покоящейся системы отсчёта для одних из часов будут фиксировать интервал времени равный

а для других часов                          

где &mu - скорость перемещения часов относительно подвижной системы отсчёта; при этом разность в показаниях часов определится из формулы

                        

Таким образом, в этом опыте в рамках СТО  выявлено её внутреннее противоречие.

С одной стороны, в соответствии с принципом постоянства скорости света, в подвижной системе отсчёта её часы должны показывать равные промежутки времени между началом опыта и приходом вспышки света, а с другой стороны, на основании того же самого принципа постоянства скорости света, те же самые часы, в том же самом эксперименте, но за которыми наблюдают из покоящейся системы отсчёта, должны показывать уже разные промежутки времени. Указанное логическое противоречие есть нонсенс и не относится к разряду парадоксов СТО, типа «парадокса близнецов», в которых, как правило, нарушены условия применимости теории. Разрешение противоречия возможно только с помощью эксперимента, то есть при постановке вопроса перед самой природой. Методика описанных выше опытов может быть реализована при измерении абсолютной скорости движения нашей планеты.

А установленный факт представляет собой научное обоснование постановки принципиально новых экспериментов  по обнаружению абсолютного движения Земли.Действительно, атомные часы имеющие относительную точность хода 10-12, которая сохраняется в течении длительного времени, позволяют довольно просто это осуществить.

Литература: А. Эйнштейн. К электродинамике движущихся тел. Собрание научных трудов. М. 1965. Т.1

Рейтинг@Mail.ru Каталог сайтов OpenLinks.RU Resurs.kz: сайты Казахстана и раскрутка сайта Web100.kz - Производство и сырьё | Нефт Catalog.azion.kz