Владимир Секерин - Теория относительности — мистификация ХХ века
При знакомстве с картиной И. С. Глазунова «Мистерия XX века» вызывает недоумение фрагмент, на котором изображены формула «2 x 2 = 5», произведение К. Малевича «Черный квадрат» и портрет А. Эйнштейна с высунутым языком. На претензии к художнику, почему он изобразил популярного физика в столь неприглядном виде, Глазунов ответил, что просто перенес на полотно изображение ученого с фотографии. Что же касается композиции, то это его, художника, видение мира XX века.
Здесь возникает другой вопрос: почему А. Эйнштейн, будучи в преклонном возрасте и здравом рассудке, не только сфотографировался в таком виде, но и всячески популяризировал эту фотографию?
Чтобы получить ответ, надо понять смысл картины в целом. На полотне Глазунова запечатлены наиболее выдающиеся мистификации столетия, образующие общую мистерию, обманное театральное представление мирового масштаба на подмостках жизни. На разбираемом фрагменте нашли свое место несколько мистификаций. Понимать их, на наш взгляд, следует так.
Изобразительное искусство ценно художественностью, информативностью, утверждением реалистического миропонимания. Все это в «избытке» присутствует в картине К. Малевича «Черный квадрат», именуемой в некоторых кругах «Манифестом абстракционизма». Ровно столько же здравомыслия и в формуле «2 x 2 = 5». Разгадка же портрета заложена в результатах деятельности Эйнштейна, в его основном труде — специальной и общей теории относительности.
1. Постулат постоянства скорости света
«На первый взгляд принцип постоянства скорости света противоречит «здравому смыслу». Поэтому желательно, прежде чем мы начнем выводить следствия из теории относительности, указать непосредственные опытные доказательства его справедливости».
А. И. Китайгородский. Введение в физику. — М., 1959.В современном мире самым доступным и в то же время, пожалуй, наименее изученным объектом физических исследований является свет. Тем более, что в ХХ столетии он оказался в центре весьма драматических событий — рождения и развития физических и философских концепций, связанных с теорией относительности [1].
В 1905 году А. Эйнштейн опубликовал статью «К электродинамике движущихся тел» с изложением теории, в дальнейшем получившей название специальной теории относительности (СТО). В статье сформулировано основополагающее для этой теории, но краткое, поэтому неопределенное положение: «…свет в пустоте всегда распространяется с определенной скоростью v, не зависящей от движения излучающего тела» [2, с. 8, т.1]. Впоследствии оно было дополнено, расшифровано, стало именоваться постулатом постоянства скорости света, и приобрело особое значение не только в физике, но и в науке в целом.
Современное символическое обозначение постулата — с = const, а полная формулировка — «скорость света в вакууме не зависит от скорости источника, во всех инерциальных системах одинакова и равна с = 3·108 м/с, т. е. скорость света не зависит ни от движения источника, ни от движения наблюдателя (приемника)» [3, с. 305].
Анализируя постулат постоянства скорости света, находим, что в нем содержится два основных утверждения: первое — скорость света обладает определенной величиной, которая всегда одна и та же; второе — скорость света не подчиняется классическому закону сложения скоростей.
Первое свойство постулата не содержит в себе ничего необычного, тогда как второе требует особого пояснения.
Скорость — мера движения объектов материального мира, величина относительная. В зависимости от системы отсчета или тела отсчета, тела, относительно которого проводится измерение, скорость одного и того же объекта будет различной. Например, в одно и то же время пассажир, сидя в кресле движущегося поезда, имеет нулевую скорость относительно вагона и перемещается со скоростью поезда относительно Земли. Без указания системы или тела отсчета, по отношению к которым происходит движение, определение скорости теряет смысл.
Постоянной называется скорость, при которой тело равные отрезки пути проходит за равные интервалы времени. Равноценно определение скорости протяженного тела, движущегося мимо наблюдателя. Так, в равномерно движущемся мимо станции поезде, состоящем из одинаковых вагонов, каждый вагон проходит мимо наблюдателя за равные интервалы времени. Но если второй наблюдатель в это время будет двигаться по перрону, то скорость вагонов относительно него будет иной, чем в первом случае. Это есть проявление классического закона сложения скоростей, согласно которому одно и то же тело (вагон) в зависимости от тела отсчета (в первом случае станция с неподвижным наблюдателем, во втором — наблюдатель движется относительно станции) движется с разными скоростями. Закон сложения скоростей распространяется и на другие явления природы. Скорость звуковых волн примерно 330 м/сек относительно воздуха, но относительно движущегося в воздухе приемника скорость звука уже иная. Результирующая скорость при сложении скоростей находится по правилу векторного сложения.
Для света же сделано исключение. В постулате, сформулированном А. Эйнштейном в более поздней работе, сказано, что «…один и тот же световой луч распространяется в пустоте со скоростью «с» не только в системе отсчета К, но и в каждой другой системе отсчета К', движущейся равномерно и прямолинейно относительно К» [2, с. 387].
В этом утверждении определена скорость света сама по себе безотносительно к чему-либо. Вопреки научной методологии в физику внесено не имеющее смысла положение, которое является основой специальной и общей теорий относительности. Именно основой, так как без него все подобные теории, в том числе и такие, как, например, новая релятивистская теория гравитации акад. А. А. Логунова [4], сразу же превращаются в прах.
Абсурдность постулата с = const состоит в том, что его содержание противоречит действительности. Скорость света, как скорость любого объекта природы является величиной производной, она вычисляется отношением измеренных величин длины и времени. Здесь же скорость света поставлена в ряд основных физических величин, в результате из ряда исключаются длина и время, они переводятся в производные, зависимые величины.
Любая научная теория имеет право на существование в случае, если она позволяет глубже понять природу явлений, соотнести наше понимание с реальностью. Может ли теория, имеющая в своей основе противоречащее реальности положение, претендовать на научную теорию?
А то, что постулат с = const не имеет в реальном мире основы, становится ясным, если сравнить результаты измерения скорости света при взаимно неподвижных источнике и приемнике с результатами, когда, например, приемник движется относительно источника.3
2. Вычисление скорости света
Впервые идея о способе измерения скорости света была высказана Г. Галилеем в 1607 г. в следующем виде. Два наблюдателя с фонарями находятся на известном друг от друга расстоянии в прямой видимости. Первый из них открывает свой фонарь и, отмечая этот момент времени, направляет свет в сторону второго. Увидев свет, второй наблюдатель открывает свой фонарь в сторону первого. Отмечая время прихода света от второго фонаря, первый наблюдатель определяет скорость света, которая равна двойному расстоянию между наблюдателями, деленному на интервал времени между моментом открывания первого фонаря и моментом прихода света от второго фонаря. Конечно, учитывая огромную скорость света, такое исполнение опыта не позволяет получить искомую величину.
Один из героев книги Г. Галилея «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки, относящихся к механике и местному движению» Сальвиати, по тексту выразитель взглядов самого Галилея, в беседе говорит: «Мне удалось произвести его лишь на малом расстоянии, — менее одной мили, — почему я и не мог убедиться, действительно ли появление противоположного света совершенно внезапно. Но если оно происходит и не внезапно, то, во всяком случае, с чрезвычайной быстротой, почти мгновенно».
Последнее указывает на то, что сам Галилей, наиболее вероятно, проводил эти опыты.
Впоследствии, в условиях более совершенной техники эксперимента, описанным методом было проведено несколько измерений скорости света. В частности, в 1849 г. А. Физо выполнил эксперимент по следующей схеме.
Рис. 1
Свет от источника И на рис. 1 полупрозрачным зеркалом З1 направляется на модулятор М, зубчатое колесо, и далее на зеркало 3, отразившись от которого, идет к наблюдателю Н. При неподвижном колесе свет от источника, пройдя в одном из промежутков между зубцами колеса, виден наблюдателю. Вращая колесо с некоторой частотой ω, наблюдатель перестает видеть свет и наблюдает его только при большей частоте ω1. Очевидно, вначале за время, пока свет идет от колеса и обратно, на месте первого просвета появляется зубец, и поэтому свет не виден. При увеличении частоты вращения колеса на месте первого просвета появляется соседний с ним второй просвет и свет становится виден. При дальнейшем увеличении скорости вращения колеса свет опять исчезает, затем появляется через два зубца в третьем, четвертом просвете и т. д. Для простоты рассмотрения остановимся на втором просвете.
