Загадки и парадоксы теории относительности - портал научно-практических публикаций. Парадоксы сто с позиции теории познания

Главный парадокс специальной теории относительности заключается в том, что мы, по большому счету, благодаря этой теории вообще никак не можем определить сущность движения как такового. Идея безусловного сохранения принципа относительности без привязки этого принципа к эфиру привела по Эйнштейну к тому, что даже движение фотона стало каким-то неопределенным.

Постулирование постоянства скорости света в вакууме уже говорит о существовании некоторой абсолютной системы координат, связанной с вакуумом. Поэтому и утверждение, что скорость света в вакууме есть величина постоянная, что она не зависит от движения любой системы, противоречит самой теории относительности. Это противоречие заключается в том, что нам даже теоретически невозможно связать какую-либо систему с движущимся фотоном, если мы будем продолжать мыслить категориями специальной теории относительности. В этом случае весь остальной мир станет каким-то эфемерным.

По этой причине ниже мы проанализируем ключевые соотношения специальной теории относительности.

Длина некоторого стержня, движущегося в направлении его длины, согласно выводам Лоренца, узаконенным Эйнштейном, уменьшается в функции от скорости движения в соответствии с соотношением.

L′ = LO √1 – v2/c2

В данном выражении не учитывается движение стержня относительно какой-то иной системы координат. Получается, что это движение само по себе, хотя и имеется какая-то неясная длина LO. Можно было бы предполагать, что это длина абсолютно неподвижного стержня, но мы не знаем способа описать состояние неподвижности.

Если предположить так, как это сделал Лоренц (движение – есть движение относительно неподвижного эфира), то тогда мы должны предположить существование абсолютно неподвижного стержня вместе с неподвижным эфиром. Необходимо сказать, что Лоренц, разрабатывая свою модель, исходил из того, что материя является некоторой субстанцией электромагнитных полей. При этих условиях преобразование Лоренца для длины некоторого движущегося стержня приобретают определенный смысл, который будет понятен после того, как будут рассмотрены свойства физического вакуума (эфира) и электромагнитные структуры всех образующих материю (вещество) составляющих компонентов (элементарных частиц).

Эйнштейн распространил преобразование Лоренца длины движущегося стержня также и на массу и время, что принципиально изменило суть предложенного преобразования Лоренца. Поэтому получилось нечто невероятное. Поскольку (по Эйнштейну) эфир не существует, то, значит, это выражение становится утверждением, что движущийся стержень сокращается в направлении своего движения.

Неправда ли, парадокс проявился в достаточной мере. Мы не в состоянии как-то описать движение, но утверждаем, что следствием движения является сокращение длины стержня. Исключение понятия “абсолютно неподвижная система” привело в итоге к логическому парадоксу, являющемуся по существу тупиком развития мысли вследствие неверного использования математики.

Вот тому наглядный пример.

Поскольку никаких требований к конструкции стержня в данном случае не предъявляется, мы можем принять в качестве такого движущегося “стержня” одиночный фотон. На мгновение забудем, что фотон не может быть в неподвижном состоянии. Это допустимо, поскольку нас интересует только движущийся “стержень”. Причем “стержень”, движущийся со скоростью света.

Уравнение Эйнштейна для L′ дает нам абсолютно нулевую длину этого “стержня”. Следовательно, согласно специальной теории относительности длина фотона (для нас) всегда должна быть равна нулю. Но это невозможно представить при любых мыслимых допущениях. Это просто абсурд! Нельзя также (даже теоретически) предположить нулевую скорость фотона. Если же мы это сделаем, связав себя с системой координат движущегося фотона, то обнаружим, что длина фотона при таком допущении становится равной бесконечности. Это тоже абсурд.

Между тем, для практики требуется более глубокое понимание сути фотона, четкое представление механизма его движения, обоснованное понимание времени его существования, его способности проходить через некоторые вещества, которые мы называем “прозрачными”. Поэтому следует принять, что приведенные примеры “абсурдности” некоторых выводов из теории относительности должны послужить нам основанием для постановки задачи создания новой модели фотона.

Следующее выражение описывает изменение массы движущегося тела.

“Чтобы уравнения движения тела в релятивистской механике были инвариантны по отношению к преобразованию Лоренца, необходимо учесть, что в движущейся системе релятивистская масса тела

где mO– масса тела в системе, относительно которой оно покоится”.

Данная цитата заимствована в справочнике по физике (И. М. Дубровский, Б. В. Егоров, К. П. Рябошапка “Справочник по физике”, АН Украинской ССР, Институт металлофизики, Киев, “Наукова думка”, 1986 г.).

Снова мы видим высокий уровень абстрактности понимания движения.

К примеру, на орбите спутника Земли действие силы тяжести не ощущается. Но это не означает, что масса тела перестала существовать. Не означает это и того, что масса тела как-то изменилась. Не изменится масса тела и тогда, когда это тело окажется на Луне, где сила тяжести в пять раз меньше, чем на Земле. Изменяются условия взаимодействия масс, но не более того.

Согласно законам классической механики масса – есть мера инертности тела или системы тел. Это свойство проявляется только при взаимодействии тел или при каком-либо изменении состояния системы координат, связанной с этим телом или с этой системой тел. Поэтому говорить о массе покоя данного или любого иного тела или какой-либо системы совершенно бессмысленно.

Скорее можно предположить, что масса покоя тела или системы тел просто отсутствует, поскольку обнаружить или как-то измерить эту массу совершенно невозможно. Кроме того, система координат, связанная с телом может двигаться в пространстве относительно эфира, что при определенных условиях проявляется в эксперименте в виде определенных физических эффектов, в том числе и в широко известных экспериментах. При таком движении системы координат, связанной с телом, возникают эффекты, не связанные непосредственно с массой тела и/или системы. Но это будут эффекты взаимодействия вещества, движущегося относительно эфира, с самим эфиром (физическим вакуумом).

Такого рода эффекты возникают, например, при схлопывании пузырьков, образовавшихся в жидкости в результате кавитационного возбуждения. Схлопывание пузырьков происходит с такой большой скоростью, что вещество начинает разрушаться до состояния плазмы. Явление свечения при этих процессах, наблюдаемое в этих случаях, стали называть “сонолюминесценцией”, хотя к какой-то форме люминесценции эти процессы вообще не имеют никакого отношения. Выделяющаяся при таком разрушении вещества плазма нагревает жидкость настолько, что при неучете этих процессов коэффициент полезного действия (термодинамический) получается намного больше единицы. Однако если бы было проверено общее количество жидкости на входе и на выходе системы, то было бы обнаружено, что баланс масс (или закон Кирхгофа для тока жидкости) в этом случае не выполняется.

Абсолютно неподвижной системой может быть только система, привязанная к абсолютно неподвижному эфиру (физическому вакууму), без привлечения которого корректно описать движение становится совершенно невозможным. Иначе говоря, без привлечения свойств физического вакуума невозможно понять физическую суть не только массы тела как некоторого свойства материи вообще, но и вещества в частности. Более того, без привлечения свойств физического вакуума само движение становится непостижимым в своей сути, сколько бы мы ни рассуждали об относительности этого движения (относительности в смысле движения относительно других тел или других систем тел).

Положим, мы рассматриваем движение массивного тела относительно произвольной системы (по словам Эйнштейна удаленной от каких-либо внешних тел и/или масс настолько, что их существованием можно пренебречь). Вследствие нашего бессилия описать хоть какое-то движение, перерасчет массы этого тела, находящегося в равномерном и прямолинейном движении в указанной системе, становится не более чем математико-логическим упражнением, ничего не отражающим в действительности. Более того, сразу же выявляется логическая ошибка. Наше “удаленное от любых систем” тело находится в системе координат, относительно которой оно движется. Следовательно, система является покоящейся. Но это мы определить или выявить не в состоянии.

В качестве примера, демонстрирующего ошибочность указанных преобразований значения массы движущегося тела, проанализируем некоторые данные эксперимента, который (как считают) ярко подтверждает справедливость специальной теории относительности. Речь пойдет об излучении фотонов при распаде нейтральных π-мезонов (πО-мезонов).

В эксперименте πО-мезоны (пионы), движущиеся со скоростью v = 0,99975 с, где с – скорость света в вакууме, распадаются на фотоны (ү-кванты), которые сами движутся уже со скоростью света. В эксперименте действительно не происходит сложения скоростей согласно уравнениям классической физики Ньютона – скорость пионов не суммируется со скоростью фотонов. Вот и весь эксперимент, подтверждающий, как будто, первый постулат теории относительности.

Поскольку меня интересуют массовые свойства пионов, то значение скорости их движения до начала распада мы запомним и начнем свое расследование. И расследование это начнем с принятой структуры протонов.

Принято считать, что бомбардировка ядерных частиц другими частицами высоких энергий (например, электронами высоких энергий) позволяет получить более мелкие частицы, которые, якобы, входят как составные элементы в структуру протона (или другой частицы). На мой взгляд, это механистическое построение модели физических частиц, не отражающей истинного положения дел.

Если, например, я возьму газетный лист и разорву его на мельчайшие кусочки, никто не возьмется сказать, что эти получившиеся обрывки составляют частицы газетного листа, из которых можно вновь “собрать” прежний газетный лист. Из этих обрывков можно, конечно, воспроизвести новый газетный лист за счет применения технологического процесса переработки вторсырья. Но новый газетный лист будет отличаться от исходного листа. Например, он будет более темным вследствие сохранения в новом листе типографской краски от первоначального листа. Но этот пример дан для подчеркивания необратимости некоторых физических преобразований.

Вернемся к протону.

Считается, что каждый протон состоит из трех более мелких частиц – кварков. Протон содержит два различных типа (или два аромата) кварков: два u-кварка (от англ. up – вверх), каждый с дробным электрическим зарядом ⅔e (e – заряд электрона), и d –кварк (от англ. down – вниз) с зарядом - ⅓е. Массы кварков неизвестны, но, считают, что они значительно больше одной трети массы протона. Объясняют это тем, что кварки сильно связаны и поэтому большая часть массы компенсируется энергией связи. В то же время природа взаимодействия между кварками недостаточно хорошо понята. Взаимодействие, которое “склеивает” кварки вместе, оценивают как очень сильное. [Здесь я опущу описание глюонов, “склеивающих” кварки между собой].

Большинство физиков, занимающихся физикой элементарных частиц, придерживаются мнения, что взаимодействие между кварками усиливается с увеличением расстояния между ними. По этой причине (если это справедливо) “растащить” на части соединения кварков невозможно. В таком случае кварки не могут существовать изолированно, т.е. невозможно расщепить протон на три его составные части (!).

Однако (!) не обязательно объединяются три кварка. Допустимо (!) “объединение” и пары кварков. Такие образования получили названия пионов (π-мезонов). В зависимости от приписываемого им заряда различают π+-мезоны, π‾-мезоны и нейтральные πО-мезоны. Нейтральные пионы очень нестабильны. Среднее время их существования (время жизни) составляет порядка 10‾16сек. Затем эти пионы распадаются на гамма-кванты (фотоны)…

На этом я ограничу свой экскурс в современные представления о структуре протона. Мне представляется, что описанные кварки очень напоминают обрывки газетного листа, образ которых был использован в примере. Но я “добирался” до πО-мезонов для того, чтобы рассмотреть возникающий при таком подходе парадокс, связанный с их массой.

Массу ядра любого атома можно примерно вычислить по значению молярной массы этого вещества. При этом размерность такого вычисления будет [кг]. Указанный выбор размерности для массы атома означает, что атом, согласно положениям специальной теории относительности, можно рассматривать как некоторую неподвижную частицу, обладающую конкретными свойствами.

Иначе измеряется масса пионов. Она может быть измерена только в [МэВ]. Это означает, что пионы можно и следует рассматривать как частицы, существующие только в движении. С другой стороны, как будто, пионы являются некоторой составной частью ядра атома. Поэтому в чем бы ни измерялась масса пиона, на него, как на составную часть ядра атома, должны распространяться все положения теории относительности. Иначе говоря, мы имеем право пересчитать массу подвижного пиона в массу неподвижного пиона в соответствии с положениями теории относительности.

Если провести такой расчет массы покоя пиона, то мы получим значение этой массы примерно как ^ 0,02 от измеряемой массы движения. Можно при этом упражняться и пересчитывать [МэВ] в [кг] и наоборот. Можно сопоставлять полученное значение со значением массы неподвижного атома и так далее. Я полагаю, что эти расчеты нас, по крайней мере, удивят.

Главное все-таки другое. Согласно теории относительности, чтобы разогнать тело до скорости света (или близкую к нему) этому телу необходимо сообщить извне определенную энергию. Следовательно, (согласно положениям специальной теории относительности) получаемые в эксперименте значения масс пионов в [МэВ] отражают на 98% значение той энергии, которую мы им сообщили в ходе эксперимента (при “получении” пионов). Иначе говоря, мы измеряем, главным образом, величину собственных усилий для создания πО-мезонов, а не сами эти частицы.

В этом и состоит парадокс использования теории относительности для описания микромира. Поскольку в лабораторных условиях πО-мезоны и другие частицы все-таки получаются, то для их описания должны быть использованы какие-то иные методы, не привязанные к теории относительности.

Сторонники теории относительности возразят мне. По их мнению, я все исказил, поскольку при анализе параметров L и m (соответственно и параметров LO и mO) речь должна была вестись о значении одних и тех же параметров при соотнесении их с разными системами координат.

Но ситуация не должна зависеть от того, есть или нет в системе наблюдатель. И моя собственная масса в системе, связанной с фотоном, движущимся по направлению ко мне, будет равна бесконечности, а моя длина для этого фотона будет равна нулю. Это, безусловно, нонсенс.

Таким образом, этот “выверт” со стороны Эйнштейна означает абстрактное применение математики, не имеющее к физике процессов никакого отношения. Если же представить движение фотона как абсолютное движение, т.е. движение именно в среде эфира (физического вакуума), то никаких умопомрачительных ситуаций не возникнет.

Теперь мы можем возвратиться к анализу других положений специальной теории относительности.

Следующим важным параметром, который необходимо тщательно проанализировать, является параметр времени.

“^ Релятивистское изменение времени” по Эйнштейну возникает также в силу применения преобразований Лоренца к четырехмерному пространству Минковского. Эйнштейн для системы К′, движущейся вдоль оси х′, совпадающей с осью х системы К, дал следующее соотношение для релятивистского времени.

T - (v/c)2x

Поскольку в данном случае время как таковое возведено в абсолют и представлено как физический параметр, существующий сам по себе, следует разобраться с философской точки зрения с семантикой этого понятия.

По-видимому, с определенной подачи Эйнштейна в современной философской системе миропонимания время неразрывно связывают с понятием пространства.

В современной философской доктрине именно пространство и время предстают как основные формы существования материи, как ее неотъемлемые свойства. Пространственные отношения выражают геометрический порядок одновременно существующих событий и материальных образований, а временные отношения характеризуют порядок смены событий, длительность этих процессов и событий. И вообще-то говоря, никого не волнует, что в такой связке время существует лишь в том смысле, какой в него вкладывает человек.

Принимая такую точку зрения, на основе положений теории относительности мы получаем, что система “пространство-время” становится некоторой “резиновой” системой, способной “перетекать” из одного качества в другое. При этом все существенно зависит от положения наблюдателя по отношению к какой-либо части системы “пространство-время”. Это уже вызывает определенный протест, поскольку для разных наблюдателей получаются разные законы природы в отношении одного и того же процесса.

Но мы уже знаем, что, согласно действию первого постулата теории относительности о свойствах движения (только относительно какой-нибудь иной системы, кроме физического вакуума), описать “движение вообще” не представляется возможным. Это создает непреодолимый барьер и для описания “пространства-времени”.

Теперь проанализируем функциональную связь пространства и времени. При таком анализе мы немедленно обнаруживаем, что время – это протяженность некоторого процесса, забывая нередко про наше непосредственное участие в контроле длительности этого процесса. Для материи, которую мы привычно называем неживой, время существует только в том смысле, какой вкладывает в него человек.

Например, время жизни “свободного” нейтрона (вне атома) измеряется человеком. И составляет оно порядка 16 секунд. Время обращения Земли вокруг Солнца опять же измеряется человеком и составляет это время 365 суток. С другой стороны, нейтрон в составе атома способен существовать миллиарды наших человеческих лет. Время для него в этом случае как бы не существует. То же самое можно сказать о Галактике, о Вселенной.

Иначе говоря, невозможно распространить обычное, житейское понятие “время” на процессы, происходящие неизменно. Но если бы, например, удалось каким-либо образом (логически, математически или экспериментально) доказать, что вращение Галактики в мировом пространстве замедляется, то в этом случае можно было бы говорить о завершении жизни нашей Галактики в некотором отдаленном времени, измеренном опять же человеком.

По принятой в современной науке модели в недрах Солнца идет термоядерная реакция, согласно которой жизнь (существование) светила конечна. Однако согласно другой модели, которая не будет обсуждаться в данной работе, собственная жизнь Солнца в современных условиях может продолжаться бесконечно, поскольку в соответствии с новой моделью в недрах солнца идут совершенно иные процессы, не имеющие к термоядерной реакции никакого отношения. Эти процессы сами по себе создают условия бесконечного существования Солнца.

На конечность существования нашего светила может оказать внешняя обстановка, которая нарушит баланс масс в недрах Солнца и приведет к его новому рождению уже как сверхновой звезды. При этом будет со временем вновь рождена и планетная система примерно в прежних параметрах. Этому интересному вопросу я, возможно, посвящу в дальнейшем достаточно внимания.

Все сказанное позволяет сказать, что время, как собственный параметр Солнца, не существует для нашего светила, но для солнечной системы оно, как некоторый параметр, может быть определено из условия конечности существования солнечной системы. И в этом нет никакого парадокса.

Итак, для неживой природы (хотя этот термин достаточно условен) понятие “время” можно применить только тогда, когда нам – людям - можно говорить о конечности существования конкретного материального образования в сопоставлении с человеческой жизнью. Время, следовательно, относительно в абсолютном и совсем не-эйнштейновском смысле. Оно отражает всего лишь продолжительность какого-либо процесса, измеренную человеком, от момента возникновения этого процесса (в какой-то критической точке стечения обстоятельств, или в точке бифуркации) до момента исчерпания ресурсов этого процесса или до следующей точки бифуркации.

Однако когда мы начинаем рассматривать живые организмы, значение времени становится вполне конкретным, наполненным определенными функциями. В свое время мне удалось показать и объяснить необходимость наличия механизма “счета хода времени” внутри каждого живого организма – от одноклеточных организмов до человека. Данный “механизм” проанализирован в моей книге “Психология живого мира”, которая существует пока лишь в электронном виде. Смысл этого механизма “счета времени” обусловлен необходимостью решения каждым из организмов задачи выживания.

Это, в свою очередь, возможно при условии непрерывного узнавания окружающей обстановки. Окружающая обстановка в принципе никогда не может повторяться, и в каждый момент времени возникает совершенно новая ситуация, т.е. все имеет свойство изменяться в аналоговой – непрерывной - форме. Для решения задачи “узнавания” необходимо помнить все, что было до этого – текущего - момента: нужна память о событиях, явлениях, процессах, а также и о предпринятых усилиях для решения задачи выживания. Это обеспечивается не только действующей памятью у каждого организма, но и временной синхронизацией каждого воспоминания с текущим моментом.

Синхронизация соотношений, явлений и связей, обусловленная механизмом узнавания, вспоминания ранее предпринятых мер для решения задачи выживания, формирования за счет использования механизма мышления новых приспособительных функций (механических, физиологических), является необходимым и достаточным условием сохранения жизни данного индивида.

В этой схеме, обеспечивающей действенность механизма мышления, счет времени является функционально необходимым. Однако этот счет времени осуществляется в аналоговом, непрерывном виде. У живых организмов (от одноклеточных до человека включительно) “счет хода времени” ведется непрерывно вследствие непрерывности жизненного процесса. Этот “счет времени” не связан с какими-либо циклическими процессами вне организма. Такова схема процесса узнавания, работающего на фоне “хроноса” – “счетчика времени”.

Здесь необходимо лишь отметить, что необходимость подобного механизма обусловлена потребностью прогнозирования не только развития ситуации, но и итогов от предпринимаемых собственных действий. Без учета этого понять сущность механизма мышления просто невозможно. Кроме того, необходимо четко осознавать невозможность реализации механизма мышления при отсутствии “счетчика времени”.

Таким образом, следует подчеркнуть. Когда мы начинаем рассматривать живые организмы, значение времени как внутреннего фактора живого организма становится вполне конкретным, наполненным определенными функциями. Кроме того, каждый организм самостоятельно устанавливает свою, персональную цикличность своих физиологических процессов, нередко связывая эти циклы с физическими циклами, протекающими во внешнем мире. На основе этого, у человека и родилось ощущение времени, как некоторого физического параметра, целиком привязанного к суточным физическим циклам “день-ночь” и к годичным циклам смены времен года. Но подтвердить существование такого – внешнего – параметра человек не в состоянии.

На этом основании с огромной степенью уверенности и ответственности можно утверждать, что для неживой материи неприменимо наше обычное понимание времени, как некоторого процесса, как существующего вне сознания человека физического параметра. Повторю еще раз. Время – это субъективный фактор, существующий только внутри конкретного организма. Следовательно, вывод Эйнштейна в отношении релятивизма времени при движении тела вообще потерял смысл и содержание.

Очевидность сказанного подтверждается хотя бы тем, что человек (и любой иной живой организм) приспособил циклическое повторение внешних физических процессов (в том числе и измерение хода этих процессов) для решения своих внутренних, биологических задач, решаемых также циклически. Человек, выполнив такую процедуру “приспособления” внешнего мира к внутреннему состоянию организма, распространил свое восприятие внешних циклических процессов на весь остальной физический мир. Механизм этого переноса он обозначил как время. Можно сказать и так: сделав такую подмену, человек принял следствие за исходную причину явления.

Таким образом, физически “выделить” как-то параметр времени не представляется возможным ввиду физического его отсутствия. Хочу заметить попутно, что движение живого организма со скоростью света (или более того, что возможно в принципе), повлияет на ход физиологических процессов внутри данного организма. Это (внешне) ускорит процесс старения многократно - в геометрической пропорции от меры превышения значения скорости света, но к параметру “время” это не будет иметь по-прежнему никакого отношения.

Приведенное парадоксальное заключение о семантике параметра “время” является, тем не менее, единственно корректным. Если это положение не будет принято, то мы никогда не будем в состоянии понять сущность процесса жизни организмов, никогда не будем в состоянии постичь законы мышления, законы развития психики и так далее.

Таким образом, выводы А. Эйнштейна о релятивистском изменении времени при движении (тел) не просто ошибка, но заблуждение, которое увело науку на ложный путь развития. Более того, я могу предположить, что это было сделано вполне сознательно, т.е. теория относительности является просто мистификацией.

Однако имеются примеры физических экспериментов, в которых, по мнению исследователей, удается зафиксировать изменение скорости процессов, которые мы обычно связываем с ходом времени. Приведу и рассмотрю некоторые эксперименты такого рода, в которых (внешне) проявлялось действие релятивизма времени.

На самолете были установлены и пущены атомные часы, т.е. часы, в которых фиксируется цикл колебаний на атомном уровне по излучению ү-квантов. Одновременно на Земле были запущены точно такие же по принципу действия часы. Самолет взлетал и по прошествию некоторого времени возвращался обратно. Часы, установленные на самолете (т.е. совершившие полет), всегда отставали от тех, что оставались на земле.

“Мы могли бы (и, кстати, это было проделано) поднять в воздух атомные часы и по возвращении самолета сравнить время, которое покажут летавшие часы, с тем, которое показывают точно такие же часы, оставшиеся на земле. Опыт говорит, что отстают всегда те часы, которые проделали путешествие. Так что же нам делать с принципом относительности: как-то переделать его или вообще выбросить за борт, как предлагают некоторые его слишком рьяные противники? (Замечу, что спор об относительности в данном случае возник вследствие симметричности ситуации. О. Ю.). Ни то, ни другое!

Расчеты отставания бортовых часов с точки зрения земного наблюдателя справедливы до тех пор, пока самолет движется равномерно (т.е. по прямой и без торможения), но должны быть исправлены, если, как происходит в действительности, он должен совершить вираж, чтобы вернуться в Турин. Как раз во время виража отставание часов увеличится еще больше, нарушится симметрия, о которой шла речь, и исчезнет кажущийся парадокс” (Т. Редже “Этюды о Вселенной”, М. “Мир”, 1985 г., стр. 15 – 16).

Первое, самое главное возражение по поводу интерпретации итогов описанного эксперимента заключается в том, что “временем” обозначено физическое явление циклического повторения процесса – колебания атомной решетки. С равным успехом мы должны обозначать циклические процессы любого рода – от колебаний механического маятника (просто небольшой груз на веревочке), до вращения Земли вокруг Солнца и так далее.

Движение Земли в космическом пространстве является сложным, зависящим от большого количества факторов. Это не просто вращение Земли вокруг своей оси. И не только ее движение вокруг Солнца. Это также и движение вместе с солнечной системой и так далее. Следовательно, по описанной логике, в каждом случае время существует не только в иной форме, но и в ином темпе. Таким образом, в каждой из систем, в движении которых “участвует” Земля, согласно теории относительности течет индивидуальное время, поскольку в каждой системе свои циклические процессы.

Эту “полифонию” времени мы должны были бы как-то ощущать. Например, наши часы могли бы идти различным образом, если бы мы двигались по поверхности Земли по меридианам по сравнению со временем при нашем движении по параллелям. Но ничего этого нет, и не может быть, поскольку искомое - физический параметр времени - существовать не может.

Второе возражение к интерпретации итогов эксперимента связано с тем, что время, как физический параметр, если оно существует в этом качестве, не должно зависеть от методов измерения. Мы же, измеряя каким-либо методом некоторые циклические процессы, так или иначе, сопоставляем их с другими циклическими процессами. Но само существование любых циклических процессов (природных или рукотворных) еще не доказывает наличие (существование) времени. Из этого положения следует, что неясные пока для нас внешние воздействия на наблюдаемые циклические процессы никак не могут доказывать изменение времени, а также и наличие самого времени.

Скорее всего, мы обязаны предположить совершенно иное. Если имеются условия, когда скорость привычных и ранее стабильных циклических процессов изменяется, то, следовательно, мы сталкиваемся с ситуацией, в которой проявляются некоторые свойства окружающего мира, на которые мы ранее не обращали внимания. В этой связи описанному выше эксперименту с “летающими” часами сродни эксперимент с часами, установленными на разных высотах относительно поверхности Земли.

По Эйнштейну оба эксперимента объясняются разными причинами. Первый из них – действием специальной теории относительности – за счет релятивистского изменения хода времени. Второй – действием общей теории относительности - влиянием гравитации. На мой же взгляд, в обоих случаях сказывается действие “эфирного ветра”, т.е. того, что не смогли обнаружить Майкельсон и Морли. Правда, эфирный ветер в этих экспериментах проявляется различным образом.

В первом случае изменение цикла атомных часов обусловлено особой формой возбуждения физического вакуума, дополнительно возникающего при движении в системе, связанной с системой Земли. Часы, установленные на разных высотах относительно Земли, находятся в условиях, отличающихся другой формой возбуждения вакуума, связанной с гравитацией, отличающейся по значению на разных высотах относительно поверхности Земли.

В описанных случаях (примерах) изменение хода часов вовсе не означает изменение хода времени, но означает всего лишь изменение цикла возбуждения атома или изменения иного колебания, являющегося для нас эталоном в измерении некоторых промежутков между событиями. Только и всего.

Но об Эйнштейне в этих случаях (как и во всех остальных) следует просто забыть.

«Парадоксы»

общей теории относительности

Как и в специальной теории относительности, в ОТО "парадоксы" позволяют не только отвести рассуждения, основанные на так называе-мом "здравом смысле" (обыденном, житейском опыте), но и дать правиль-ное, научное объяснение "парадоксу", который, как правило, является проявлением более глубокого понимания природы. И это новое понима-ние дается новой теорией, в частности, ОТО.

При изучении СТО отмечается, что "парадокс близнецов" не может быть объяснен в рамках этой теории. Напомним суть этого "парадокса". Один из братьев - близнецов улетает на космическом корабле и, совер-шив путешествие, возвращается на Землю. В зависимости от величин ускорений, которые космонавт будет испытывать при старте, развороте и посадке, его часы могут существенно отстать от земных часов. Возможен и такой вариант, что он не найдет на Земле ни своего брата, ни то поко-ление, которое оставил на Земле при начале полета, так как на Земле пройдет не один десяток (сотен) лет. Этот парадокс не может быть разре-шен в рамках СТО, так как рассматриваемые СО не равноправны (как это требуется в СТО): космический корабль не может рассматриваться ИСО, так как движется на отдельных участках траектории неравномерно.

Только в рамках ОТО мы можем понять и объяснить "парадокс близ-нецов" естественным образом, опираясь на положения ОТО. Эта проблема связана с замедлением темпа хода часов в движущихся

СО (или в эквивалентном гравитационном поле).

Пусть два наблюдателя -"близнеца" находятся первоначально на Зем-ле, которую мы будем считать инерциальной СО. Пусть наблюдатель "А" остается на Земле, а второй наблюдатель-"близнец" "В" стартует на кос-мическом корабле, улетает в неведомые просторы Космоса, разворачива-ет свой корабль и возвращается на Землю. Если движение в Космосе и происходит равномерно, то при взлете, развороте и посадке близнец "В" испытывает перегрузки, так как движется с ускорением. Эти неравно-мерные движения космонавта "В" можно уподобить его состоянию в некотором эквивалентном гравитационном поле. Но в этих условиях (в ИСО без гравитационного поля или в эквивалентном гравитационном поле) происходит физическое (а не кине-матическое, как в СТО) замедление темпа хода часов. В ОТО была получена формула, которая получила конкретное выражение через гравитационный потенциал:

из которой ясно видно, что темп хода часов замедляется в гравитацион-ном поле с потенциалом (то же справедливо и для эквивалентной ускоренно движущейся СО, каковой в нашей задаче является космичес-кий корабль с "близнецом" "В").

Таким образом, часы на Земле покажут больший промежуток време-ни, чем часы на космическом корабле при его возвращении на Землю. Можно рассмотреть и другой вариант задачи, считая неподвижным "близ-неца" "В", тогда "близнец" "А" вместе с Землей будет удаляться и при-ближаться к "близнецу" "В". Аналитический расчет и в этом случае приводит к полученному выше результату, хотя это как будто бы и не должно было бы получиться. Но дело в том, что для удержания "косми-ческого корабля" в неподвижности нужно ввести удерживающие поля, наличие которых и вызовет ожидаемый результат, представленный фор-мулой (1).

Повторим еще раз, что "парадокс близнецов" не имеет никакого объяс-нения в специальной теории относительности, в которой используются только равноправные инерциальные СО. По СТО "близнец" "В" должен вечно равномерно и прямолинейно удаляться от наблюдателя "А". В популярной литературе часто обходят "острый" момент в объяснении па-радокса, заменяя физически длящийся разворот космического корабля "назад к Земле" его мгновенным разворотом, что невозможно. Но этим "обманным маневром" в рассуждениях устраняют ускоренное движение корабля на развороте и тогда обе СО ("Земля" и "Корабль") оказываются равноправными и инерциальными, в которых можно применять положе-ния СТО. Но такой прием нельзя считать научным.

В заключение следует отметить, что "парадокс близнецов" является по сути дела разновидностью того эффекта, который называется изменением частоты излучения в гравитационном поле (период колебательного процесса обратно пропорционален частоте, если изменяется период, изменяется и частота)

Отклонение световых лучей, проходящих вблизи Солнца

Таким образом, результаты нашей экспедиции ос-тавляют мало сомнений в том, что лучи света отклоня-ются вблизи Солнца и что отклонение, если приписать его действию гравитационного поля Солнца, по вели-чине соответствуют требованиям общей теории отно-сительности Эйнштейна.

Ф.Дайсон,А.Эддингтон,К.Девидсон 1920

Выше приведена цитата из отчета ученых, наблюдавших 9 мая 1919 г. полное солнечное затмение с целью обнаружить предсказанный ОТО эффект отклонения световых лучей при прохождении их вблизи тяготею-щих тел. Но коснемся немного истории этого вопроса. Как известно, благодаря непререкаемому авторитету великого Ньютона, в XVIII в. вос-торжествовало его учение о природе света: в отличие от своего современ-ника и не менее известного голландского физика Гюйгенса, рассматри-вавшего свет как волновой процесс, Ньютон исходил из корпускулярной модели, согласно которой частицы света, подобно материальным (веще-ственным) частицам, взаимодействуют со средой, в которой движутся и притягиваются телами по законам гравитации, построенной самим Нью-тоном. Поэтому световые корпускулы должны вблизи тяготеющих тел отклоняться от своего прямолинейного движения.

Задача Ньютона была теоретически решена в 1801 г. немецким ученым Зельднером. Количественный расчет предска-зывал угол отклонения лучей света при прохождении вблизи Солнца на величи-ну 0,87".

В ОТО также предсказывается подобный эффект, однако природа его предполагается иной. Уже с СТО частицы света - фотоны - это без массо-вые частицы, поэтому ньютоновское объяснение в этом случае совершен-но непригодно. Эйнштейн подошел к этой задаче с общих представлений о том, что гравитирующее тело изменяет геометрию окружающего про-странства, делая его неэвклидовым. В искривленном пространстве-време-ни свободное движение (каковым является движение света) происходит по геодезическим линиям, которые будут не прямыми в эвклидовом смысле, а будут кратчайшими линиями в искривленном пространстве-времени. Теоретические расчеты давали результат в два раза больший, чем получа-лось по ньютоновской гипотезе. Так что экспериментальное наблюдение отклонения световых лучей вблизи поверхности Солнца могло решить вопрос и о физической достоверности всей ОТО.

Проверить эффект ОТО по отклонению световых лучей полем тяготе-ния можно лишь в том случае, когда свет от звезды проходит вблизи поверхности Солнца, где это поле достаточно велико, чтобы существенно повлиять на геометрию пространства-времени. Но в обычных условиях наблюдать звезду вблизи диска Солнца невозможно из-за более яркого света от Солнца. Вот почему ученые использовали явление полного сол-нечного затмения, когда диск Солнца закрывается диском Луны. Эйнш-тейн предлагал в минуты полного солнечного затмения сфотографировать околосолнечное пространство. Затем этот же участок небосклона сфо-тографировать еще раз, когда Солнце будет далеко от него. Сравнение обеих фотографий позволит обнаружить смещение положения звезд. Теория Эйнштейна дает для величины этого угла следу-ющее выражение:

, (2)

где М - масса Солнца. R - радиус Солнца, G-гравитационная постоянная, С- скорость света.

Уже первые наблюдения данного эффекта (1919 г.) дали вполне удов-летворительный результат: при погрешности в 20% угол оказался рав-ным 1,75". Требовалось все же увеличить точность результата. Но ведь полное солнечное затмение нельзя повторить тогда, когда мы хотим. Не-смотря на то, что затмения бывают несколько раз в году, но не всегда там, где есть условия для наблюдения, да и погода (облака) не всегда благопри-ятствовала ученым. К тому же на точность наблюдений влияла дифракция света, что искажало изображение звезды. И все же удалось повысить точ-ность и уменьшить погрешность до 10%. Ситуация существенно измениась, когда были созданы радиоинтерферометры, благодаря использова-нию которых погрешность наблюдений уменьшилась до 0,01" (т.е. 0,5% от 1,75").

В 70-х гг. было измерено отклонение радиолучей от квазаров (звезд-ных образований, природа которых изучена недостаточно) ЗС273 и ЗС279.

Измерения дали значения 1",82±0",26 и 1",77 ±0",20, что хорошо соот-ветствует предсказаниям ОТО.

Итак, наблюдение отклонения световых (электромагнитных) волн от прямолинейности (в смысле эвклидовой геометрии) при прохождении вблизи массивных небесных тел однозначно свидетельствует в пользу физической достоверности ОТО.

Вращение перигелия Меркурия

А. Эйнштейн, разрабатывая ОТО, предсказал три эффекта, объяснение которых и количественные оценки их не совпадали с тем, что можно было получить на основе ньютоновской теории тяготения. Два из этих эффектов (красное смещение спектральных линий, испущенных массив-ными звездами, и отклонение световых лучей при прохождении вблизи поверхности Солнца и других небесных светил) рассмотрены выше. Рас-смотрим и третий предсказанный Эйнштейном гравитационный эффект -вращение перигелия планет солнечной системы. На основе наблюдений Тихо Браге и законов Кеплера Ньютон установил, что планеты вращают-ся вокруг Солнца по эллиптическим орбитам. Теория Эйнштейна позво-лила обнаружить более тонкий эффект - вращение эллипсов орбит в их плоскости.

Не вдаваясь в строгие математические расчеты, покажем, как можно оценить ожидаемые величины поворотов орбит. Для этого применим так называемый метод размерностей. В этом методе на основании теорети-ческих соображений или данных эксперимента устанавливаются величи-ны, определяющие рассматриваемый процесс. Из этих величин составля-ется алгебраическое выражение, имеющее размерность искомой величи-ны, к которому последняя приравнивается. В нашей задаче в качестве определяющих величин выберем:

1) Так называемый гравитационный радиус Солнца, который для Сол-нца (и других небесных тел) вычисляется по формуле

2) Среднее расстояние планеты до Солнца

(для Меркурия оно равно 0,58
)

3)Средняя угловая скорость обращения планеты вокру Солнца

По методу размерностей составим следующую величину (следует заметить, что метод размерностей требует интуиции исследователя, хорошего понимания физики, что, как правило, дается многократной тренировкой и решением подобных задач):

где
определяет угловую скорость перемещения перигелия орбиты планеты.

Для Меркурия
(для Земли
). Чтобы представить величину угла поворота перигелия планеты, напомним, что угловая секунда – это угол, под которым монета копейка «видна» с расстояния в 2 км!

Перемещение перигелия планеты Меркурий впервые наблюдал еще задолго до создания ОТО французский астроном Леверье (XIX в.), но только теория Эйнштейна дала непротиворечивое объяснение этому эф-фекту. Интересно, что это небесное явление ученым удалось "воспроизве-сти", наблюдая движение искусственных спутников Земли. Так как угол поворота перигелия пропорционален большой полуоси орбиты спутника, ее эксцентриситету и обратно пропорционален периоду обращения спут-ника, то, подбирая соответствующие значения этих величин, можно сде-лать = 1500" за 100 лет, а это более чем в 30 раз превышает угол поворота орбиты для Меркурия. Однако задача существенно усложняет-ся, так как на движение искусственного спутника оказывает влияние со-противление воздуха, не шаровидность и неоднородность Земли, притяже-ние к Луне и т.д. И все же наблюдение над тысячами искусственных спутников, запущенных в околоземное пространство за последние более чем 30 лет, однозначно подтверждают предсказания ОТО.

Расчет «радиуса» Вселенной

Среди различных моделей Вселенной, рассматриваемых в ОТО, есть так называемая модель стационарной Вселенной, впервые рассмотренной еще самим А.Эйнштейном. Мир оказывается конечным (но безгранич-ным!), его можно представить в виде шара (у поверхности шара нет границы!). Тогда возникает возможность определить "радиус" такой Вселенной. Для этого предположим, что полная энергия шарообразной Вселенной обусловлена исключительно гравитационным взаимодействием частиц, атомов, звезд, галактик, звездных образований. Согласно СТО полная энергия непод-вижного тела равна
, где М - масса Вселенной, которую можно связать с ее "радиусом" так
, -средняя плотность веще-ства, распределенного равномерно в объеме Мира. Гравитационная энер-гия шарообразного тела радиуса может быть рассчитана элементарно и равна:

Пренебрегая числовыми коэффициентами порядка единицы, приравняем оба выражения для энергии, получаем для "радиуса" Вселенной следующее выражение:

Принимая (что соответствует наблюдениям)

получаем для "радиуса" Мира следующее значение:

Эта величина определяет видимый "горизонт" Мира. За пределами этой сферы нет вещества и электромагнитного поля. Но тотчас же возни-кают новые проблемы: а как быть с пространством и временем, существуют ли они вне сферы? Все эти вопросы не решены, наука не знает однознач-ного ответа на подобные вопросы.

"Конечность" Вселенной в рассматриваемой модели снимает так на-зываемый "фотометрический парадокс": ночное небо не может быть яр-ким (как должно было бы быть, если Вселенная бесконечна и число звезд также бесконечно), так как число звезд (по рассматриваемой модели) конечно в силу конечности объема Мира, а из-за поглощения энергии электромагнитных волн в межзвездном пространстве освещенность неба становится малой.

Модель стационарной Вселенной - это самая первая модель Мира, как указывалось выше, предложенная самим создателем ОТО. Однако уже вначале 20-х гг. советский физик и математик А.А.Фридман дал другое решение уравнений Эйнштейна в ОТО и получил два варианта развития для так называемой нестационарной Вселенной. Через несколько лет аме-риканский ученый Хаббл подтвердил решения Фридмана, обнаружив рас-ширение Вселенной. По Фридману, в зависимости от величины средней плотности материи во Вселенной, наблюдаемое в настоящее время рас-ширение или будет продолжаться вечно, или после замедления и оста-новки галактических образований начнется процесс сжатия Мира. В рам-ках данной книги мы не можем далее обсуждать эту тему и отсылаем любознательных читателей к дополнительной литературе. Мы же коснулись этого вопроса потому, что и модель расши-ряющейся Вселенной позволяет устранить рассмотренный выше фото-метрический парадокс, опираясь при этом на другие основания. Благода-ря расширению Вселенной и удалению звезд от Земли должен наблюдать-ся эффект Доплера (в данном случае уменьшение частоты приходящего света) - так называемое красное смещение частоты света (не путать с подобным эффектом, связанным не с движением источника света, а с его гравитационным полем). В результате эффекта Доплера энергия светово-го потока существенно ослабляется и вклад звезд, находящихся за преде-лами некоторого расстояния от Земли, практически равен нулю. В насто-ящее время общепризнано, что Вселенная не может быть стационарной, но мы воспользовались такой моделью в силу ее "простоты", а получен-ный "радиус" Мира не противоречит современным наблюдениям.

«Черные дыры»

Скажем сразу, что "черные дыры" во Вселенной экспериментально еще не обнаружены, хотя «претендентов» на это название имеется до нескольких десятков. Это связано с тем, что звезда, превратившаяся в "чер-ную дыру", не может быть обнаружена по своему излучению (отсюда и название "черная дыра"), так как, обладая гигантским полем тяготения, не дает ни элементарным частицам, ни электромагнитным волнам поки-нуть свою поверхность. Написано множество теоретических исследова-ний, посвященных "черным дырам", их физика может быть объяснена только на основе ОТО. Такие объекты могут возникнуть на заключитель-ной стадии эволюции звезды, когда (при определенной массе, не меньше 2-3 солнечных масс} световое давление излучения не может противодей-ствовать гравитационному сжатию и звезда испытывает "коллапс", т.е. превра-щается в экзотический объект - "черную дыру". Подсчитаем минималь-ный радиус звезды, начиная с которого возможен ее "коллапс". Чтобы вещественное тело могло покинуть поверхность звезды, оно должно преодолеть ее притяжение. Это возможно, если собственная энергия тела (энергия покоя) превосходит потенциальную энергию гравитации, что тре-буется по закону сохранения полной энергии. Можно составить неравенство:

На основании принципа эквивалентности, слева и справа стоит одна и та же масса тела. Поэтому с точностью до постоянного множителя полу-чаем радиус звезды, которая может превратиться в "черную дыру":

Впервые эту величину рассчитал немецкий физик Шварцшильд еще в 1916 г, в честь него эту величину называют радиусом Шварцшильда, или гравитационным радиусом. Солнце могло бы превратиться в "черную дыру" при той же массе, имея радиус всего 3 км; для небесного тела, равного по массе Земле, этот радиус равен всего лишь 0,44 см.

Так как в формулу для
, входит скорость света, то этот небесный объект имеет чисто релятивистскую природу. В частности, так как в ОТО утверждается физическое замедление хода часов в сильном гравитацион-ном поле, то этот эффект особенно должен быть заметен вблизи "черной дыры". Так, для наблюдателя, находящегося вне гравитационного поля "черной дыры", камень, свободно падающий на "черную дыру", достигнет шварцшильдовской сферы за бесконечно большой промежуток времени. В то время как часы "наблюдателя", падающего вместе с камнем, пока-жут конечное (собственное) время. Расчеты, основанные на положениях ОТО, приводят к тому, что гравитационное поле "черной дыры" не только способно ис-кривить траекторию светового луча, но и захватить световой поток и заставить его двигаться вокруг "черной дыры" (это возможно, если луч света пройдет на расстоянии около 1,5, но такое движение неустойчи-во).

Если сколлапсировавшаяся звезда обладала угловым моментом, т.е. вра-щалась, то и "черная дыра" должна сохранить этот вращательный мо-мент. Но тогда вокруг этой звезды и гравитационное поле должно иметь вихревой характер, что проявится в своеобразии свойств пространства-времени. Этот эффект может позволить обнаружить "черную дыру".

В последние годы обсуждается возможность "испарения" "черных дыр". Это связано с взаимодействием гравитационного поля такой звезды с фи-зическим вакуумом. В этом процессе уже должны сказаться квантовые эффекты, т.е. ОТО оказывается связанной с физикой микромира. Как видим, экзотический объект, предсказанный ОТО,-«черная дыра»- оказывается связующим звеном, казалось бы, далеких друг от друга объектов – микромира и Вселенной.

Литература для дополнительного чтения

1.Брагинский В.Б., Полнарев А.Г. Удивительная гравитация М.,Мир, 1972г.

Основным назначением мысленного эксперимента под названием «Парадокс близнецов» было опровержение логичности и обоснованности специальной теории относительности (СТО). Стоит сразу оговориться, что ни о каком парадоксе на самом деле речи не идёт, а само слово фигурирует в этой теме потому, что суть мысленного эксперимента была изначально неправильно воспринята.

Основная идея СТО

Парадокс (парадокс близнецов) гласит, что «неподвижный» наблюдатель воспринимает процессы движущихся объектов как замедляющиеся. В соответствии с той же теорией инерциальные системы отсчёта (системы, в которых движение свободных тел происходит прямолинейно и равномерно либо они находятся в состоянии покоя) равноправны относительно друг друга.

Парадокс близнецов: кратко

С учётом второго постулата возникает предположение о противоречивости Чтобы разрешить эту проблему наглядно, было предложено рассмотреть ситуацию с двумя братьями-близнецами. Одного (условно - путешественника) отправляют в космический полёт, а другого (домоседа) оставляют на планете Земля.

Формулировка парадокса близнецов при таких условиях обычно звучит так: по оценке домоседа, время на тех часах, которые находятся у путешественника, движется медленнее, а значит, когда он вернётся, его (путешественника) часы будут отставать. Путешественник, напротив, видит, что относительно него движется Земля (на которой находится домосед со своими часами), и, с его точки зрения, именно у его брата время будет идти более медленно.

В действительности оба брата находятся в равных условиях, а значит, когда они окажутся вместе, то на их часах время будет одинаковым. Одновременно по теории относительности отставать должны именно часы брата-путешественника. Такое нарушение очевидной симметричности было рассмотрено как несогласованность положений теории.

Парадокс близнецов из теории относительности Эйнштейна

В 1905 году Альберт Эйнштейн вывел теорему, которая гласит, что при нахождении в точке А пары синхронизированных друг с другом часов можно перемещать одни из них по криволинейной замкнутой траектории с неизменной скоростью до тех пор, пока они вновь не достигнут точки А (и на это будет затрачено, например, t секунд), но в момент прибытия они покажут меньшее время, чем те часы, что оставались неподвижны.

Шесть лет спустя статус парадокса этой теории придал Поль Ланжевен. «Завернутая» в наглядную историю, она скоро приобрела популярность даже среди людей, далёких от науки. По мнению самого Ланжевена, нестыковки в теории объяснялись тем, что, возвращаясь на Землю, путешественник двигался ускоренно.

Ещё через два года Максом фон Лауэ была выдвинута версия о том, что значимы вовсе не моменты ускорения объекта, а тот факт, что он попадает в другую инерциальную систему отсчёта, когда оказывается на Земле.

Наконец в 1918 году Эйнштейн смог сам объяснить парадокс двух близнецов через влияние поля гравитации на течение времени.

Объяснение парадокса

Парадокс близнецов объяснение имеет довольно простое: изначальное предположение о равноправии между двумя системами отсчёта неверно. Путешественник пребывал в инерциальной системе отсчёта не всё время (это же касается и истории с часами).

Как следствие, многие посчитали, что специальную теорию относительности нельзя использовать для правильной формулировки парадокса близнецов, иначе получаются несовместимые друг с другом предсказания.

Всё разрешилось, когда была создана Она дала точное решение для имеющейся задачи и смогла подтвердить, что из пары синхронизированных часов отставать будут именно те, которые находятся в движении. Так изначально парадоксальная задача получила статус рядовой.

Спорные моменты

Существуют предположения о том, что момент ускорения достаточно значим для изменения скорости хода часов. Но в ходе многочисленных экспериментальных проверок было доказано, что под действием ускорения движение времени не ускоряется и не замедляется.

В итоге отрезок траектории, на котором один из братьев ускорялся, демонстрирует только некоторую асимметричность, возникающую между путешественником и домоседом.

Но данное утверждение не может объяснить, почему время замедляется именно у движущегося объекта, а не у того, что остаётся в покое.

Проверка практикой

Парадокс близнецов формулы и теоремы описывают точно, но это для человека некомпетентного довольно сложно. Для тех, кто больше склонен доверять практике, а не теоретическим выкладкам, были проведены многочисленные эксперименты, целью которых было доказать или опровергнуть теорию относительности.

В одном из случаев использовались Они отличаются сверхточностью, и для минимальной рассинхронизации им потребуется не один миллион лет. Помещённые в пассажирский самолёт, они несколько раз облетели Землю и после показали вполне заметное отставание от тех часов, которые никуда не летали. И это притом что скорость передвижения у первого образца часов была далеко не световая.

Другой пример: более продолжительна жизнь мюонов (тяжёлых электронов). Эти элементарные частицы в несколько сотен раз тяжелее обычных, обладают отрицательным зарядом и формируются в верхнем слое земной атмосферы благодаря действию космических лучей. Скорость их движения к Земле лишь на малость уступает световой. При их истинной продолжительности жизни (в 2 микросекунды) они распадались бы раньше, чем коснутся поверхности планеты. Но в процессе полёта они живут в 15 раз дольше (30 микросекунд) и всё-таки достигают цели.

Физическая причина парадокса и обмен сигналами

Парадокс близнецов физика объясняет и более доступным языком. Пока происходит полёт, оба брата-близнеца находятся вне зоны досягаемости друг для друга и не могут на практике удостовериться в том, что их часы движутся синхронно. Точно определить, насколько замедляется движение часов у путешественника, можно, если проанализировать сигналы, которые они будут посылать друг другу. Это условные сигналы «точного времени», выраженные как световые импульсы или видеотрансляция циферблата часов.

Нужно понимать, что передаваться сигнал будет не в настоящем времени, а уже в прошедшем, поскольку распространение сигнала происходит с определённой скоростью и требуется определённое время, чтобы пройти от источника до приёмника.

Правильно оценивать результат сигнального диалога можно только с учётом эффекта Доплера: при удалении источника от приёмника частота сигнала уменьшится, а при приближении - увеличится.

Формулировка объяснения в парадоксальных ситуациях

Для объяснения парадоксов подобных историй с близнецами можно применить два основных способа:

1. Внимательное рассмотрение имеющихся логических построений на предмет противоречий и выявление логических ошибок в цепи рассуждений.
2. Осуществление детальных вычислений с целью оценки факта торможения времени с точки зрения каждого из братьев.

В первую группу попадают вычислительные выражения, основанные на СТО и вписанные в Здесь подразумевается, что моменты, связанные с ускорением движения, настолько малы по отношению к общей длине полёта, что ими можно пренебречь. В отдельных случаях могут вводить третью инерциальную систему отсчёта, которая продвигается по встречному направлению в отношении путешественника и используется для передачи данных с его часов на Землю.

Во вторую группу входят вычисления, построенные с учётом того, что моменты ускоренного движения всё же присутствуют. Сама эта группа также подразделяется на две подгруппы: в одной применяется гравитационная теория (ОТО), а в другой - нет. Если ОТО задействована, то подразумевается, что в уравнении фигурирует поле гравитации, которое соответствует ускорению системы, и берётся во внимание изменение скорости течения времени.

Заключение

Все обсуждения, связанные с мнимым парадоксом, обусловлены лишь кажущейся логической ошибкой. Как бы ни были сформулированы условия задачи, добиться того, чтобы братья оказались в полностью симметричных условиях, невозможно. Важно учесть, что время замедляется именно на движущихся часах, которым пришлось пройти через смену систем отсчёта, потому что одновременность событий относительна.

Рассчитать, насколько замедлилось время с точки зрения каждого из братьев, можно двумя способами: используя простейшие действия в рамках специальной теории относительности либо ориентируясь на неинерциальные системы отсчёта. Результаты обеих цепей вычислений могут быть взаимно согласованы и в равной степени служат для подтверждения того, что на движущихся часах время идёт медленнее.

На этом основании можно предполагать, что при перенесении мысленного эксперимента в реальность тот, кто займёт место домоседа, действительно состарится быстрее, чем путешественник.

Господа,эта начальная работа по ТО "устарела".Читайте первые три работы на авторской странице из основного списка.Там вы поймёте физическую природу теории относительности и поймёте механизмы "парадоксов" и найдёте даже опровержение СТО.21 февраля 2019 год.

В этой статье будет элементарно показанно,что одно из двух главных следствий «Теории относительности» Эйнштейн доказать не смог.
Из этого естественно следует,что никакой «теории относительности» не существует,а существует только неверная концепция Пуанкре-Лоренца.

Эта статья задумывалась мной,что бы показать ситуацию с главным следствием
и главной нерешённой задачкой «теории относительности»- «парадоксом расстояния».
При написание в неё была включена ситуация со второй главной задачкой –«парадоксом времени», которую Эйнштейн был вынужден решать, но решить не смог.В связи с тем,что ситуация с «парадоксом времени» была более запутанная и несла доплнительные интересные следствия, из конечного содержания этой статьи она изъята и будет описана в дополнительной статье.

Как известно,Гипотеза относительности состояла из двух главных частей.Одна часть это гипотеза сокращения расстояния,и вторая часть это гипотеза замедления времени.
Из второй части гипотезы «замедления времени» сразу прямо следует второй главный парадокс-«парадокс времени» или, как его принято называть,всем известный «парадокс близнецов».
Из первой части гипотезы «сокращения расстояний», естественно равносильно следует мало известный «парадокс расстояний».
Если принять,что гипотеза относительности –это теория, Оба главных следствия, обязаны быть доказаны.

Парадокс расстояний –первое главное следствие СТО(Специальной Теории Относительности)- не так широко известен.Его даже как буд-то не называют прямо «парадоксом расстояния» и вместо этого предоставляют нам аналогичные по смыслу,но более хитро закрученные «сараи» и другую утварь.,которые тоже не котируются.
888-Парадокс расстояния представлен в Русской и английской википедии,как парадокс "шеста и сарая(гаража)",и в немецкой википедии к этой версии добавлена версия "стержня и отверстия" рассмотренная в этой статье.(добавлено после11.07.17)-888

Итак, приняв в виде гипотезы сокращение длины движущихся предметов,мы сразу попадаем в рамки парадокса расстояния.
Если у нас есть стержень и есть равное ему по длине отверстие.Когда стержень летит, то он, очевидно, сокращается и может пройти через неподвижное отверстие("приземляется" на отверстие параллельно,как самолёт на полосу).
Если ситуацию перевернуть, как того требует главная философияи теории относительности, то окажется, что относительно стержня летит отверстие, оно соответственно оказывается короче стержня и поэтому стержень в него не входит.
Так как в рамках теории относительности дело к счатью(а может и к сожалению) до относительности «события» не дошло,то во втором случае мы обязанны иметь тот же результат,когда стержень обязан пройти через отверстие.
Как эту задачку доказывает Эйнштейн.Никак не доказывает.Эйнштейн всю жизнь делает вид, что этого главного парадокса не существует.
Этот парадокс существует среди устного творчества у физиков младших курсов.Физики из поколения в поколение передают новеньким,методологию,как в рамках СТО решать возникающие парадоксы.И основным примером этой методологии служит самый главный и конструктивно простой «парадокс расстояния».
Согласно выдуманному методу, отверстие, в конечном счёте, летя поворачивается и поэтому способно под углом пропустить через себя стержень.
Итак вернёмтесь опять в начало.
Отверстие неподвижно,стержень сокращается и (параллельно)входит в него.В этот момент часы на концах отверстия показывают одно и то же время.А часы на концах стержня показывают различное время.Это происходит потому,что согласно СТО в движущемся поезде часы впереди показывают время раньше,чем часы сзади.Придуманно это исходя из простых соображений.Если поезд стоит и одновременно посветить из начала и конца фонариком,то лучи встретятся в середине поезда.Если в это время мимо проезжал другой поезд,то пока идут лучи он успевает отъехать дальше,и поэтому лучи в движущемся поезде встретятся в той же точке,но она будет ближе к концу,а не посередине движущегося поезда.Из этого в СТО делается вывод,что этот непорядок надо убрать.Лучи в движущемся поезде должны идти с той же скоростью, и обязанны встретиться в середине,если они встретились ближе к концу значит передний луч реньше вошёл в поезд,значит часы на носу показывают меньшее время,чем в хвосте.
Итак возвращаясь к стержню,оказывается,что с точки зрения стержня моменты совпадения его концов с концами отверстия имеют разное время,то есть сначала стержень одним концом соприкоснулся с отверстием потом другим.
В принципе на этом моменте устное творчество обрывается,в виду предположения,что
показав основной принцип метода доказательства, и подведя ситуацию к осязаемому решению, можно дальше не продолжать.,из чего заключается, что стержень входящий концами в разное время повёрнут, естественно, под углом и проблем поэтому не испытывает.
Подобное не доконченное доказательство можно ещё и в большем объёме продолжить,показав,в конечном итоге,что всё это туфта.
Можно так же не тратя время на подробный общий анализ,показать,что в конкретном применённом доказательстве присутстсвует логическая ошибка.Для этого достаточно всего одного предложения(этот анализ даётся ниже).
Но мы к счастью имеем более простой способ доказательства,чем сложные попытки манипулирования, выдуманные «знатоками» СТО.
Дело в том,что формулировалась задачка изначально на основе полной «симметрии»
Или чистой «относительности». Но в процессе доказательства закон относительности был ими отброшен,как мешающий,и вышло,что начали мы «во здравие»,а кончали «за упокой».начинали в рамках СТО,а приехали за границу.
Начиналась задачка с того,что стержень по факту сократится и войдёт в отверстие, и что если системы равноправны,то с точки зрения стержня отверстие сократится и ничего не выйдет.Согласно логике «релятивистов» летящая система знает,кто у неё на борту стержень или отверстие и в нужный момент по ситуации подстраивается под результат. Когда надо она просто сокращается, а когда «очень надо» ещё и поворачивается.
Как мы видим из простой, школьного уровня логики, задачки физики сплели головоломку,которую сами нигде до конца не доказали,которая у них обрывается не дойдя даже до середины доказательства.
Любой человек разумный спокойно способен понять,что физики потеряли во время доказательства сам принцип относительности.Но зашёренное с первого курса мышление физиков при передаче друг дружке основ методологии «теории относительности» не способно в дальнейшем самостоятельно отличить элементарную логику от бреда.
Что же в самом деле Эйнштейн в этой ситуации.
Эйнштейн в отличие от своих «защитников», прекрасно знал,что эта задачка в рамках СТО не решается, а потому он и не показал нам её решение.Эйнштейн знал,что эта задачка способна обрушить СТО.Эта задачка была не такая броская на вид,как «парадокс близнецов» и от неё можно было поэтому временами успешно отмахиваться,пока СТО не превратилась в догму,а сам Эйнштей ни обрёл непрекосновенный статус,где можно было вместо ответа просто показать всем язык.
Эйнштейн всю жизнь знал об этом парадоксе и знал как глупо его доказали его сторонники.И здесь мы можем его понять,ведь он уже не виноват,что физики сами придумали это доказательство и сами в эту чушь всю жизнь верят.
Итак,ни первое ни второе главные следствия СТО Эйнштейном не доказанны.
Более того,оба парадокса в рамках СТО не доказуемы,хотя они в рамках СТО и возникли.
Это показывает, что СТО не работает и не является теорией.
Более того, зная о неразрешимости подобных следствий и будучи поэтому уверенным
в ошибочности концепции относительности Пуанкаре и не объявил о новой физике.
Но Эйнштейн посчитав,что лёгкая и красивая концепция способно жить отдельно от тяжёлых её следствий, решил нам представить новую физику.
Сама эта физика,как я показал в статье про электрон,не была каким-то общим законом природы, а явилась следствием расчётов Лоренца, какой концепции удовлетворяет поведение электрона.Из условно говоря трёх вариантов, согласно расчётам Лоренца подошла концепция названная позже СТО.

Под понятием парадокс в науке принято считать кажущееся противоречие,разрешаемое при верной постановке задачи и верно применённом методе решения.
В обыденной жизни парадоксом принято часто считать обычное не решаемое противоречие,в связи с тем что оба представления имеют противоположный смысл - поэтому кавычки мною ставились произвольно.

Ещё раз необходимо иметь в виду,что физики не просто так придумали "доказательство" парадокса расстояния,они обязанны были это сделать,так как в противном случае естественно следует,что СТО не ВЫПОЛНЯЕТСЯ.
Так как по-настоящему,теории относительности вообще не существует,как учебной дисциплины (что за пределами физики естественно не афишируют),то половинчатые и противоречивые доказательства,каждый в силу своих способностей и желания обязан додумывать самостоятельно,а не в учебных аудиториях в дискуссиях и разборах существа дела,как это происходит с другими дисциплинами в физике и математике,имеющими учебный(а значит и теоретический) статус.Подобная двойственность,когда теория с одной стороны объявленна,как основа физики,а с другой стороны не входит даже в обязательный курс обучения и носит характер ознакомительный.Всё это и приводит к возможности произвольных манипуляций.Так,что то,что начинающие физики довольствуются всякими половинчатыми неоконченными присказками удивлять никого не должно,а потом всю жизнь в это верят,как в лучшие студенческие годы.
В этой связи можно упомянуть изложение терии относительности Тейлором в так называемом им учебнике для студентов и школьников.Этому "учебнику" больше подходит,название научно популярной книги,показывающей,что автор не разобрался сам в Эйнштейновском изложении и предоставил нам,как и все другие авторы, свою версию,которая при детальном анализе противоречит теории Эйнштейна.
Тейлор,в частности понимая важность главного парадокса,делает вид,что он доказуем.У Тейлора этот парадокс,называется-"шеста и сарая".Сам Тейлор естественно радовать нас доказательством не спешит,и предлагает это самостоятельно сделать читателю,давая только намёки как к этой задачке подойти.Решать это Тейлор нам советует,почему-то не обычным традиционным способом,а с привлечением сомнительного способа,с использованием пространственно-временных диаграмм.
Ещё раз кратко к истории теории относительности.
История теории относительности развивалась следующим образом.
Сначала Альберт Майкельсон поставил знаменитый опыт.В последствии Эйнштейн всю жизнь пробовал вычеркнуть и выбросить Майкельсона из «истории теории относительности» рассказывая всем очередную хохму,что придумывая «это» он единственный из физиков всего мира не был в курсе опыта Майкельсона.
Далее Лорентц, придумал,как объяснить результаты опыта Майкельсона. Лоренц предложил что движущиеся тела сокращаются и тем самым совершил революцию в Физике,а главное в сознание.
Далее революция в сознание всем так понравилась,что Пуанкаре Лоренц и другие придумали ещё и замедлить время и зафиксировать скорость света,после чего получилась концепция относительности.
Потом Лоренц доказал,что эту концепцию можно применить ко всей физике.А Пуанкаре это окончательно математически оформил.
Далее Пуанкаре и Лоренц,решили,что всё это туфта,т.к. в частности у них получился «парадокс» расстояния» и другие противоречия и поэтому поняли,что эта концепция противоречит физике.(потом всю оставшуюся жизнь Пуанкаре хотел сам себя опровергнуть,но прыгнуть выше головы не смог).
Далее пришёл Эйнштейн –который опять оказался единственный среди всех физиков не слышавший о «концепции относительности» Лоренца-Пуанкаре (как и в случае с Майкельсоном) и предоставил нам Хохму,которая называлась «к электродинамике движущихся тел» или говоря по другому СТО,которую все физики и математики до сих пор толком не прочли потому,что в настоящем юморе они не разбираются.

Главный парадокс теории относительности - продолжение:
К «доказательсту» парадокса расстояния(стержня и отверстия),(«шеста и сарая»).
Как я писал выше,предоставленное физиками доказательство главного парадокса,содержит логическую ошибку, которую можно описать «всего в одном предложении».Ошибка в следующем.
Расставив часы в системе связанной с отверстием,как это было показано выше, физики сложили эти результаты(показания) в портфель,пересели с ним в систему связанную со стержнем,открыли портфель и расставили старые известные показания на те же места,для новой системы отсчёта.Естественно,что после этого у них получилось то же самое.То есть произошёл логический самообман,так как никакого взгляда из новой системы не было,а в обоих случаях рассуждения опираются на взгляд из одной системы.В связи с симметричностью систем в чём-то такой подход имеет оправдание,но это "оправдание" кажущееся.
В этом и заключена некоторая хитрость подобной головоломки.Далее я не буду опять-таки разбирать эту ситуацию до конца.Пока я всего лишь показал,что никакого доказательства парадокса не было,а был один и тот же взгляд,с одной и той же стороны,приведший,естественно, к одному и тому же результату,и ошибочно объявленного,что это два разных результата приведших к одному и тому же событию.
Хитрость,ещё раз,в том,что часы расставляются на прежние места,так, как буд-то никакой пересадки в другую систему не было,а при новом взгляде, места расстановки часов должны быть другие,поэтому у физиков и произошло желанное совпадение результата.В СТО время на часах зависит от места расположения часов,как это было показанно выше,на примере с поездом,и этот "закон" полагается соблюдать всегда,а не только тогда,когда это подходит под желаемый результат.
Если рассуждать,без портфеля,то физики просто оставили все показания на месте пересели в другую систему и снова на неё посмотрели.Подобная тактика имеющая цель подтвердить СТО привела в конечном счёте к опровержению теории относительности, так как "старые" показания дают результат,что движущееся отверстие не сократилось,а напротив расширилось.Таким образом "защитники" СТО,придымавшие этот оригинальный способ-манипуляцию сами и опровергли СТО,которую они защищали.
Как упоминалось выше,при аналогичном взгляде в системе отсчёта стержня,стержень не пройдёт в отверстие,и это понятно любому школьнику.
Конечно если конкретное,представленное физиками доказательство не верно,то это ещё не говорит,что доказательство этого парадокса вообще не возможно.Но,с другой стороны это в любом случае уже говорит,что теории относительноси не существует,как теории,так как в рамках настоящей «теории» должны были быть представленны решения парадоксов,тем более –главного парадокса.
Ещё раз необходимо отметить,что речь с одной стороны идёт о очень важной задачке,а с другой стороны о том, что предоставленное физиками решение не входит в учебники,так как носит статус народного творчества.То есть вписывать подобные доказательства в учебники считается,вроде как лженаукой,но если кто усомнился в правильности теории относительности,то, на тебе пожалуйста, жуй.
Если вернуться опять к упомянутому выше Тейлору,то придуманный им или кем-то другим "парадокс сарая" выглядит более предпочтительнеё с той стороны,что в нем отсутствует процесс "приземления" стержня,а есть только чистый процесс сравнения,поместится он в сарай или нет.В нашем изложении процесс "приземления" в конечном счёте тоже не учитывался и оставался,только главный принцип "продольного размера" стержня.Очевидно,что "физик" Тейлор не просто так небрежно отослал нас решать диаграммы,а не смог решить эту задачку обычным физическим способом,и не взял на себя ответственность даже сам расписать нам доказательство и в диаграммах,потому,что понимал,что всё это туфта.В своём "учебнике" Тейлор расписывает "свою" теорию относительности СТО - доступным простым и наглядным способом с картинками,но на "парадоксе сарая" у него весь этот метод спотыкается и ломается. Очевидно,что при попытке хитрого доказательства,через диаграммы возникнет,точнее возникает,та же проблема "относительного взгляда" ,которая была описанна выше,и желанный ответ получается только в случае неверного взгляда,то есть по факту у "физика" Тейлора,получится две картинки, В одной стержень укоротится и будет лежать на полу сарая,а в другой что бы поместиться-он будет повернут в сарае под углом.Естественно,что доводить дело до конечных картинок Тейлор,в этом случае, не посмел,так как от туда прямая дорога в известный "жёлтый дом".Сам "учебник" Тейлора написан естественно не для студентов в прямом смысле,а для всех желающих познакомиться с СТО,потому,что как я отмечал выше -"Главная теория физики" в обязательных планах обучения физиков отсутствует во всех ВУЗах мира,по той причине,что как таковой,как строгой и понятной теории её вообще не существует.
Как известно,Эйнштейн "вырос" на работах физика и философа Маха.Ценральная мысль Маха в частности описанна в его "Механике".Согласно Маху земля по бокам распухшая не обязательно в следствие её вращения,а в равной мере это может быть следствием не вращения самой земли,а вращением вокруг земли звёздного неба.Подобная позиция Маха большинством физиков естественно воспринималась иронически.
Но, в своё время,даже Мах,которого Эйнштейн считал "физическим" духовным отцом своих "изысканий" ,после появления "теории относительности" поспешил отречься от нерадивого ученика,так как,очевидно, понял,что дело когда-нибудь кончится дурдомом.

Главный советский диссидент,физик и математик - создатель первой всесоюзной неформальной оппозиционной партии (ВСПК) благодаря которой родились,"Мемориал" ,"ДС" и все остальные недоразумения. А так же после публикации в самой популярной тогда газете "КП" возможно и массовое неформальное движение 87-88 годов. Арутюнов.

Http://kgb.schizophrenia.dissident-gs.org/ КГБшный диагноз вялотекущая шизофрения впервые в открытом доступе.
(Выделяете аккуратно адрес(без комментария)нажимаете на нём правой кнопкой,
в появившемся контекстном меню выбираете-"открыть в новом окне"

Http://pervaya-opposition-partiya-v-ss
sr.relativitaetstheorie-online.de/
Первая всесоюзная неформальная политическая партия в СССР

Специальные и общие теории относительности предсказывают, что эти различия будут существенными, если два товарища друг относительно друга движутся с большими скоростями, ускорениями или вблизи черной дыры. Например, один из них далеко от черной дыры, а другой близко к черной дыре или какому-нибудь сильно гравитирующему телу. Или один покоится, а другой движется с какой-то скоростью относительно него или с большим ускорением. Тогда различия будут существенные. Насколько большие, я не говорю, и это измеряется на эксперименте с высокоточными атомными часами. Люди летают на самолете, потом привозят, сравнивают, что показали часы на земле, что показали часы на самолете и не только. Таких экспериментов множество, все они согласуются с форменными предсказаниями общей и специальной теории относительности. В частности, если один наблюдатель покоится, а другой относительно него движется с постоянной скоростью, то пересчет хода часов от одного к другому задается преобразованиями Лоренца, как пример.

В специальной теории относительности на основе этого есть так называемый парадокс близнецов, который описан во многих книгах. Заключается он в следующем. Вот представьте себе, что у вас есть два близнеца: Ваня и Вася. Скажем, Ваня остался на Земле, а Вася полетел на альфу Центавру и вернулся. Теперь говорится, что относительно Вани Вася двигался с постоянной скоростью. У него время двигалось медленнее. Он вернулся, соответственно, он должен быть моложе. С другой стороны, парадокс формулируется так: теперь, наоборот, относительно Васи (движение с постоянной скоростью относительно) Ваня движется с постоянной скоростью, несмотря на то что он находился на Земле, то есть, когда Вася вернется на Землю, по идее, у Вани часы должны показывать меньше времени. Кто же из них младше? Какое-то логическое противоречие. Совершенная чушь эта специальная теория относительности, получается.

Факт номер раз: сразу нужно понять, что преобразованиями Лоренца можно пользоваться, если переходить из одной инерциальной системы отсчета в другую инерциальную систему отсчета. И эта логика, что у одного время движется медленнее за счет того, что он движется с постоянной скоростью, только на основе преобразования Лоренца. А у нас в данном случае один из наблюдателей почти инерциальный - тот, который находится на Земле. Почти инерциальный, то есть эти ускорения, с которыми Земля движется вокруг Солнца, Солнце движется вокруг центра Галактики и так далее, - это все маленькие ускорения, для данной задачи заведомо можно этим пренебречь. А второй должен слетать на альфу Центавру. Он должен разогнаться, затормозиться, потом опять разогнаться, затормозиться - это все неинерциальные движения. Поэтому такой наивный пересчет сразу не работает.

Как же правильно объяснить этот парадокс близнецов? Он на самом деле достаточно просто объясняется. Для того чтобы сравнивать время жизни двух товарищей, они должны встречаться. Они должны сначала встретиться в первый раз, оказаться в одной точке пространства в одно и то же время, сравнить часы: 0 часов 0 минут 1 января 2001 года. Потом разлететься. Один из них будет двигаться одним образом, у него как-то часы будут тикать. Другой будет двигаться другим образом, и у него как-то своим образом будут тикать часы. Потом они снова встретятся, вернутся в одну и ту же точку в пространстве, но уже в другое время по отношению к первоначальному. В одно и то же время окажутся в одной и той же точке по отношению к каким-нибудь дополнительным часам. Важно следующее: теперь они могут сравнить часы. У одного натикало столько-то, у другого натикало столько-то. Как это объясняется?

Представьте эти две точки в пространстве и времени, где они встречались в начальный момент и в конечный момент, в момент отлета на альфа Центавру, в момент прилета с альфа Центавры. Один из них двигался инерциально, будем считать для идеала, то есть он двигался по прямой. Второй из них двигался неинерциально, поэтому он в этом пространстве и времени двигался по какой-то кривой - ускорялся, замедлялся и так далее. Так вот одна из этих кривых обладает свойством экстремальности. Ясно, что среди всех возможных кривых в пространстве и времени прямая является экстремальной, то есть она имеет экстремальную длину. Наивно, кажется, что она должна иметь наименьшую длину, потому что на плоскости среди всех кривых наименьшую длину между двумя точками имеет прямая. В пространстве и времени Минковского у него так устроена метрика, так устроен способ измерения длин, прямая имеет наидлиннейшую длину, как это ни странно звучит. Прямая имеет самую большую длину. Поэтому тот, который двигался инерциально, оставался на Земле, измерит больший промежуток времени, чем тот, который летал на альфа Центавру и вернулся, поэтому он будет старше.

Обычно такие парадоксы придумываются для того, чтобы опровергнуть ту или иную теорию. Придумываются самими же учеными, которые занимаются этой областью науки.

Исходно, когда появляется новая теория, ясное дело, что ее вообще никто не воспринимает, особенно если она противоречит каким-то устоявшимся на тот момент данным. И люди просто сопротивляются, это безусловно, придумывают всякие контраргументы и так далее. Это все проходит тяжелейший процесс. Человек борется за то, чтобы его признали. Это всегда связано с долгими промежутками времени и большой нервотрепкой. Возникают вот такие парадоксы.

Кроме парадокса близнецов есть, например, такой парадокс со стержнем и сараем, так называемое Лоренцево сокращение длин, что если вы стоите и смотрите на стержень, который мимо вас летит с очень высокой скоростью, то он выглядит короче, чем он на самом деле есть в той системе отсчета, в которой он покоится. С этим связан вот такой парадокс. Представьте себе ангар или сквозной сарай, у него две дырки, он какой-то длины, неважно какой. Представьте себе, что на него летит этот стержень, собирается пролететь сквозь него. Сарай в своей системе покоя имеет одну длину, скажем 6 метров. Стержень в своей системе покоя имеет длину 10 метров. Представьте себе, что у них скорость сближения такая, что в системе отсчета сарая стержень сократился до 6 метров. Можно посчитать, какая это скорость, но сейчас неважно, она достаточно близка к скорости света. Стержень сократился до 6 метров. Это значит, что в системе отсчета сарая стрежень в какой-то момент целиком поместится в сарай.

Человек, который стоит в сарае, - вот мимо него летит стержень - в какой-то момент увидит этот стержень, целиком лежащий в сарае. С другой стороны, движение с постоянной скоростью относительное. Соответственно, можно рассматривать, как будто бы стержень покоится, а на него летит сарай. Значит, в системе отсчета стержня сарай сократился, причем сократился он в то же число раз, что и стрежень в системе отсчета сарая. Значит, в системе отсчета стержня сарай сократился до 3,6 метра. Теперь в системе отсчета стержня стержень никак не может поместиться в сарай. В одной системе отсчета он помещается, в другой системе отсчета он не помещается. Чушь какая-то.

Ясное дело, что такая теория не может быть верной, - кажется на первый взгляд. Однако объяснение простое. Когда вы видите стержень и говорите: «Он данной длины», это значит, что к вам поступает сигнал от этого и от этого конца стержня одновременно. То есть, когда я говорю, что стержень поместился в сарай, двигаясь с какой-то скоростью, это значит, что событие совпадения этого конца стержня с этим концом сарая одновременно с событием совпадения этого конца стержня с этим концом сарая. Эти два события одновременны в системе отсчета сарая. Но вы же слышали, наверное, что в теории относительности одновременность относительна. Так вот оказывается, что в системе отсчета стержня эти два события неодновременны. Просто сначала совпадает правый конец стержня с правым концом сарая, потом совпадает левый конец стержня с левым концом сарая через какой-то промежуток времени. Этот промежуток времени как раз равен тому времени, за которое эти 10 метров минус 3,6 метра с этой данной скоростью пролетят конец стержня.

Чаще всего теорию относительности опровергают по той причине, что для нее очень легко придумываются подобные парадоксы. Этих парадоксов существует масса. Есть такая книжка Тейлора и Уилера «Физика пространства-времени», она написана достаточно доступным языком для школьников, где подавляющее большинство этих парадоксов разбираются и объясняются с использованием достаточно простых аргументов и формул, как объясняется тот или иной парадокс в рамках теории относительности.

Можно придумать какой-нибудь способ объяснения каждого данного факта, который выглядит проще, чем тот способ, который предоставляет теория относительности. Однако важным свойством специальной теории относительности является то, что она объясняет не каждый отдельный факт, а всю эту совокупность фактов, вместе взятых. Вот если вы придумали объяснение какого-то одного факта, выделенного из всей этой совокупности, пусть оно объясняет этот факт лучше, чем специальная теория относительности, на ваш взгляд, однако еще нужно проверить, что он и все остальные факты тоже объясняет. А как правило, все эти объяснения, которые звучат более просто, не объясняют всего остального. И надо помнить, что в тот момент, когда придумывается та или иная теория, - это действительно какой-то психологический, научный подвиг. Потому что фактов на этот момент существует один, два или три. И вот человек, основываясь на этом одном или трех наблюдениях, формулирует свою теорию.

В тот момент кажется, что она противоречит всему, что было до того известно, если теория кардинальная. Придумываются вот такие парадоксы, чтобы ее опровергнуть, и так далее. Но, как правило, эти парадоксы объясняются, появляются какие-то новые дополнительные экспериментальные данные, они проверяются, соответствуют ли они этой теории. Также из теории следуют какие-то предсказания. Она же основывается на каких-то фактах, что-то там утверждает, из этого утверждения можно что-то вывести, получить и потом сказать, что если эта теория верна, то должно быть так-то и так-то. Идем, проверяем, так это или не так. Так-то. Значит, теория хороша. И так до бесконечности. В общем-то требуется бесконечно много экспериментов, чтобы подтвердить теорию, но на данный момент в той области, в которой специальная и общая теория относительности применимы, фактов, опровергающих эти теории, не существует.

Эмиль Ахмедов, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института теоретической и экспериментальной физики имени А. И. Алиханова, доцент кафедры теоретической физики МФТИ, доцент факультета математики НИУ ВШЭ

Эмиль Ахмедов

Какие наблюдения лежат в основе специальной теории относительности? Как был выведен постулат о том, что скорость света не зависит от системы отсчета? О чем теорема Нётер? И существуют ли явления, которые противоречат СТО? Об этом рассказывает доктор физико-математических наук Эмиль Ахмедов.

Эмиль Ахмедов

Как меняются физические законы в различных системах отсчета? Какой физический смысл имеет искривление пространства? И как функционирует Global Positioning System? О неинерциальных системах отсчета, ковариантности и физическом смысле искривления пространства рассказывает доктор физико-математических наук Эмиль Ахмедов.

Рено де ля Тай

Теория относительности, открытая в 1904 году, была признана научным сообществом, начиная с 1915 года. Никакая Нобелевская премия никогда за эту теорию присуждена не была. Причина понятна: тот, кто первым сформулировал принцип относительности, умер в 1912 году. Это был Анри Пуанкаре.

Игорь Волобуев

Сто лет назад, в начале декабря 1915 года, Эйнштейн направил в печать работу, в которой были получены правильные уравнения гравитационного поля, тем самым было закончено создание общей теории относительности. Эйнштейн работал над этой теорией 10 лет, с тех пор как в 1905 году, 110 лет назад, создал специальную теорию относительности. Физик Игорь Волобуев о релятивистской механике, принципе эквивалентности и орбите Меркурия.

Советский короткометражный фильм, объясняющий теорию относительности, который выполнен в необычном формате диалога. В купе поезда, идущего в Новосибирск, учёный-физик объясняет своим попутчикам-актёрам, что такое теория относительности. Несмотря на доступность изложения, рассказ принимается с разной степенью понимания каждым из её собеседников.

Говорят, что прозрение пришло к Альберту Эйнштейну в одно мгновение. Ученый якобы ехал на трамвае по Берну (Швейцария), взглянул на уличные часы и внезапно осознал, что если бы трамвай сейчас разогнался до скорости света, то в его восприятии эти часы остановились бы - и времени бы вокруг не стало. Это и привело его к формулировке одного из центральных постулатов относительности - что различные наблюдатели по-разному воспринимают действительность, включая столь фундаментальные величины, как расстояние и время.

Эмиль Ахмедов

Известно утверждение, что скорость света не зависит от системы отсчета. Это утверждение верно только в плоском пространстве-времени, а не искривленном, а кроме того, только при переходе из инерциальной системы отсчета в инерциальную. Если вы перешли в плоском пространстве-времени из инерциальной системы отсчета в инерциальную, то тогда скорость света не зависит от скорости движения одной системы относительно другой. Но если вы перейдете в неинерциальную систему отсчета, то уже скорость света не является такой святой коровой, она может зависеть даже от координат, если вы ее понимаете как деление пространственного приращения на приращение временное. Физик Эмиль Ахмедов о принципе Ферма, ньютоновой гравитации и эффектах общей теории относительности.

Эмиль Ахмедов

В современном понимании оказывается, что закон сохранения энергии и закон сохранения импульса следуют из более фундаментального принципа, заключающегося в так называемой трансляционной инвариантности в пространстве и времени. Что это значит? Что означает вообще трансляционная инвариантность?

Эмиль Ахмедов

Мой рассказ будет больше историческим: я расскажу о том, как возникла теория Максвелла и понятие электромагнитных волн. Были известны законы Кулона, закон Био - Савара, разные законы индукции Фарадея и другие. Этот набор экспериментальных данных Максвелл попытался описать теоретически. Насколько мне известно, его труд состоит из примерно шестисот страниц. Он пытался чисто механически объяснить законы Фарадея, описывая электромагнитное поле как набор шестеренок с разными сортами зацеплений. В XIX веке механическое описание природы было очень популярно. Большая часть этих шестисот страниц пропала, поскольку в них не было никаких конструктивных утверждений. Может, я немного преувеличиваю, но единственное конструктивное, что было в этом труде Максвелла, - это его уравнения, формулы.

Эмиль Ахмедов

Практически все знают соотношение E0=mc^2. Любой образованный человек знает, что E=mc^2. При этом забывают, что если тоньше приглядеться и неколлоквиально смотреть на него, то соотношение выглядит как E0=mc^2, у E есть индекс 0, и оно связывает энергию покоя с массой и скоростью света. При этом надо помнить, что энергия здесь ключевое понятие. Значит, коллоквиально говоря, это соотношение говорит о том, что любая масса - это энергия, но не любая энергия - это масса. Вот об этом не надо забывать, что не любая энергия - это масса! Любая масса - это энергия, но обратное неверно. И не для любой энергии, а только для энергии покоя верно, что она равна mc^2.Откуда следует это соотношение? Физик Эмиль Ахмедов о соотношении массы и энергии, пространстве-времени Минковского и координатах 4-вектора.