«Инженер» №11. 2018
ПСЕВДОНАУЧНОСТЬ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ ЛОРЕНЦА
Существующая в России система научных публикаций стоит непреодолимым барьером для тех, кто осмеливается критиковать общепринятые теории, взгляды, авторитеты. Так, бесполезно пытаться опубликовать статьи, опровергающие те или иные положения теории относительности А. Эйнштейна – бога современных физиков. Например, журнал экспериментальной и теоретической физики (ЖЭТФ) отказал автору в публикации статьи «О физической необоснованности и неправомерности преобразований Лоренца и релятивистской формулы времени», доказывающей ошибочность преобразований Лоренца, со стандартной формулировкой: «статья не содержат каких-либо результатов, которые могли бы представить интерес для нашего журнала». Такой же ответ был получен и на статью об ошибочности релятивистского эффекта Доплера, магический характер которого обоснован в статье [1]. Узнать конкретные причины отказа невозможно, так как редакция не вступает в переписку по подобным вопросам. Полное бесправие авторов и абсолютный диктат редакций научных журналов, заботливо оберегающих научную общественность от ненужных, по их мнению, знаний.
Трудно представить, что ошибочность преобразований Лоренца, лежащих в основе теории относительности и современной физики, не представляет интереса для физики, как науки. Может всё дело в том, что редакция не представляет интересы физической науки, а блюдёт свои собственные интересы? Конечно, подобные рассуждения могут показаться самоуверенными и необоснованными, а отказ в публикации может объясняться низким качеством или недоказательностью статьи. Однако доказательства псевдонаучности преобразований Лоренца, представленные в статье, на взгляд автора очевидны даже старшекласснику. Чтобы читатель смог выработать своё суждение, с любезного согласия редакции журнала «Инженер» ниже представлена статья, отвергнутая ЖЭТФ, с некоторыми сокращениями и дополнениями.
ВВЕДЕНИЕ.
Из преобразований Лоренца следует изменение метрики пространства и времени при переходе от одной инерциальной системы отсчета (ИСО) к другой, а также ограничение на скорость относительного движения тел равное скорости света. И то, и другое – физические в своей основе закон и ограничение, поэтому правомерность их получения из математической процедуры вывода преобразований координат, не может не вызывать сомнений. Не имеющим физического объяснения является и одинаковость коэффициентов метрик пространства и времени, следующая из преобразований Лоренца.
В самих преобразованиях Лоренца координаты определяются в зависимости от времени, а время в зависимости от координат. Последнее также не может не вызывать сомнения в правомерности преобразований Лоренца, так как невозможно представить, чтобы течение времени зависело от выбора координат конкретной точки какого-либо объекта. В то же время используемая в специальной теории относительности (СТО) формула времени, выведенная из преобразований времени Лоренца, не содержит зависимости времени от координаты точки, в которой это время определяется. Однако данная формула времени и не соответствует преобразованиям Лоренца, так как при её использовании прямые и обратные преобразования Лоренца становятся несовместимыми друг с другом. Всё это приводит к необходимости критического анализа вывода преобразований Лоренца, прежде всего, с точки зрения их физической обоснованности.
ВЫВОД ПРЕОБРАЗОВАНИЙ ЛОРЕНЦА.
Сначала о постановке задачи вывода преобразований Лоренца из преобразований Галилея. При выводе преобразований координат Галилея в неподвижной S-системе задаются координаты точки М (рис. 1).
Рис. 1
Для наблюдателя, находящегося в инерциальной системе отсчета S', движущейся относительно системы S в направлении +х с постоянной скоростью v, координата точки x' определится формулой прямого преобразования
x' = x – vt. (1)
Обратное преобразование Галилея определяет координату x:
х = x' + vt. (2)
Необходимость перехода от преобразований Галилея к преобразованиям Лоренца в современной физике обосновывается несоответствием первых постулатам Эйнштейна: «Следует отдавать себе отчёт в том, что классическая формула преобразования скорости не совместима с постулатами Эйнштейна, положенными в основу специальной теории относительности. Если свет распространяется в системе отсчета S вдоль оси х со скоростью с, то согласно преобразованиям Галилея его скорость в системе S' будет равна uх' = с – v, а не uх' = с. Следовательно, формулы преобразований Галилея надо изменить таким образом, чтобы они не противоречили постулатам Эйнштейна, но полученные соотношения должны превращаться в классические, когда скорость v намного меньше скорости света с. Мы кратко опишем процедуру вывода формул релятивистских преобразований, называемых преобразованиями Лоренца по имени их первооткрывателя Х. Лоренца. Предположим, что выражение для координаты х' имеет вид
x' = γ(x – vt), (3)
где γ – некоторая постоянная, значение которой может зависеть только от v и с, но не от координат. Чтобы это соотношение превращалось в классическую формулу, величина γ должна стремиться к 1, если v/с близко к 0. Обратное преобразование должно иметь тот же вид, однако в него скорость будет входить с обратным знаком:
х = γ(x' + vt). (4)
…введение пока ещё неизвестного множителя γ приведёт и к изменению классической формулы преобразования времени t' = t» [2, с. 39].
Теперь о решении поставленной задачи. Вывод преобразований времени Лоренца осуществляется методом подстановки из уравнений (3) и (4). Для вывода выражения для коэффициента γ вводится в рассмотрение движение световых сигналов: «Теперь воспользуемся постулатом постоянства скорости света. Пусть в момент времени, когда начала координат совпадают и когда часы, находящиеся в началах координат, показывают время t = t' = 0, из них испускается световой сигнал. Распространение света в штрихованной и нештрихованной системах координат описывается равенствами:
x' = ct', x = ct, (5)
в которых учтено, что в обеих системах скорость света имеет одно и то же значение с. Эти равенства характеризуют положение светового сигнала, распространяющегося в направлении осей х, х' в любой момент времени каждой из систем координат. Подставляя (5) в формулы (3) и (4)… находим:
сt' = γt(c – v), ct = γt'(c + v). (6)
Умножив левые и правые части этих равенств друг на друга и сократив на t·t', получаем:
γ = 1/(1 – v2/c2)1/2» [3, с. 104]. (7)
Запись преобразований Лоренца с учётом выражения (7) общеизвестна, поэтому запишем прямые и обратные преобразования Лоренца в краткой форме – без использования выражения (7) для γ:
x' = γ(x – vt), t' = γt – (γ – 1/γ)x/v; (8)
x = γ(x' + vt'), t = γt' + (γ – 1/γ)x'/v. (9)
АНАЛИЗ.
Начнём с постановки задачи. В прямое и обратное преобразования Галилея вставляется коэффициент γ, который, по сути, является коэффициентом, определяющим изменение метрики или единиц измерения пространства и времени при переходе от одной системы координат к другой. После этого ставится задача определения выражения для этого коэффициента и формул преобразования времени вместо классического равенства t' = t. Однако даже по виду уравнения (3) и (4) не являются обратными друг другу в отличие от уравнений (1) и (2), а простая подстановка позволяет убедиться в том, что формулы (3) и (4) при γ ≠ 1 оказываются несовместимы между собой. Определим x из формулы (3) и с учётом (4) получим
x = γ(x' + vt') = γ2x – γ2vt + γvt'
Как видно, равенство х = х выполняется только при γ = 1 и t = t'. Отсюда следует вывод о несовместимости формул преобразований координат (3) и (4) при γ ≠ 1 и, соответственно, бессмысленности введения коэффициента γ в преобразования Галилея.
Удивительно, формулы преобразований (3) и (4) несовместимы при γ ≠ 1, но при этом ставится абсурдная сама по себе задача найти «неизвестный множитель» γ, не равный 1, и вывести новые, совместимые между собой преобразования координат и времени. Одного этого достаточно, чтобы признать ошибочными все остальные математические манипуляции с уравнениями (3) и (4).
В выводе преобразований Лоренца находит своё объяснение причина одинаковости коэффициентов метрик пространства и времени, и это объяснение не физическое: это просто исходное предположение, «гениальная догадка», благодаря которой были получены несовместимые между собой, то есть ошибочные преобразования координат (3) и (4). Последнее свидетельствует об ошибочности такого исходного предположения.
Также следует отметить, что полученные преобразования не превращаются в классические, когда «скорость v намного меньше скорости света с», а отличаются от них, хотя и незначительно. Полное совпадение происходит только при v = 0, когда преобразования координат теряют смысл. Таким образом, преобразования Галилея и Лоренца не имеют точек совпадения и являются абсолютно разными преобразованиями, преобразования Лоренца не превращаются в классические ни при каких скоростях v.
В результате решения некорректно поставленной задачи получены преобразования Лоренца (8) и (9). Проверка показывает совместимость прямых (8) и обратных (9) преобразований Лоренца при любом значении коэффициента γ. Это означает, что метрика пространства и времени при переходе от одной системы отсчёта к другой может изменяться любым образом! Данный факт доказывает полное отсутствие смысла в преобразованиях Лоренца, а также в выводе конкретного выражения для коэффициента γ и подтверждает неприемлемость введения коэффициента γ в преобразования Галилея! Задача вывода новых, совместимых между собой преобразований координат и времени уже решена для любых значений γ и нет никакого смысла и необходимости выводить конкретное выражение (7) для коэффициента γ, определяющего его зависимость от скорости света.
Эти очевидные выводы, доказывающие псевдонаучность преобразований Лоренца, оказались недоступны для понимания научным рецензентам ЖЭТФ. Хотя, возможно, статья даже не была прочитана, а редакция ЖЭТФ поспешила откреститься от крамольной статьи, подрывающей основы современной физики.
Совместимость прямых и обратных преобразований Лоренца обусловлена выводом формул преобразований времени из формул преобразований координат (3) и (4). Как видно, Лоренц, а вслед за ним и Эйнштейн, восприняли преобразования координат (3) и (4) чисто математически, как обычную систему уравнений. Однако уравнения (3) и (4) это формулы расчёта координат, в которых неизвестными, зависимыми переменными являются только две величины (х и х'), находящиеся в левых частях этих формул, а в правых частях – независимые, то есть долженствующие быть известными или определёнными независимо, величины. Поэтому выражения для времен t и t' принципиально не могут определяться из формул преобразований координат (3) и (4), они должны быть установлены другим, независимым от преобразований координат способом. Соответственно и коэффициенты метрик пространства и времени должны определяться независимо друг от друга и для их одинаковости нет никаких оснований.
Доказательством неправомерности вывода преобразований времени из преобразований координат (3) и (4) является взаимозависимость координат и времени в преобразованиях Лоренца, обеспечивавшая их совместимость. Если зависимость координат от времени не вызывает вопросов, то зависимость времени от координат не поддается физическому объяснению, что и обусловило переход от формул преобразования времени Лоренца к релятивистской формуле времени, в которой эта зависимость исчезла. Можно представить преобразования координат и времени для протяженного вдоль оси x объекта. В этом случае при преобразовании координат в каждой точке с координатой xi', принадлежащей объекту, будет определяться свое собственное время ti', отличное от времени в других точках объекта. По времени в какой точке объекта тогда следует определять замедление времени в целом в движущейся системе отсчета? Очевидно, что выбор точки и вместе с этим выбор темпа замедления времени в движущейся системе отсчета будет произволен, что свидетельствует об отсутствии физического смысла и неприемлемости зависимости течения времени от координаты.
В связи с тем, что преобразования Лоренца справедливы для любого значения γ, возникают естественные вопросы: зачем выводить специфическое выражение для коэффициента γ, связанное со скоростью света, и какой физический смысл он в себе несёт?
Как известно, преобразования Лоренца были выведены для того, чтобы устранить противоречия между электродинамикой и механикой, которые имелись в ньютоновской формулировке. Уравнения Максвелла инвариантны относительно этих преобразований. Скорость распространения электромагнитных полей равна скорости света, отсюда и её появление в преобразованиях Лоренца. Для введения скорости света Лоренц рассмотрел движение двух световых сигналов, каждый относительно своей системы отсчёта и записал равенства (5) и (6). По Эйнштейну световой сигнал один, но его координаты полагаются известными в любой момент времени в каждой из систем координат так, как если бы сигналов было два, что отражено в равенствах (5). Замена зависимых переменных x и x' в левых частях равенств (3) и (4) равенствами (5) позволила избавиться от координат, а последующее перемножение (3) и (4) – от времен t и t'. Благодаря этим искусственным приёмам коэффициент γ стал зависеть в формуле (7) только от соотношения скоростей v и c.
Учитывая справедливость преобразований Лоренца для любых значений γ, выражение (7) и преобразования Лоренца (8), (9) можно с полным основанием считать относящимися только к случаю движения световых сигналов, для которого они и были выведены. Если в каждой из систем отсчёта аналогично рассмотреть движение, например, черепах с некоторой одинаковой скоростью V, то получим то же выражение (7), но со скоростью V вместо скорости света, справедливое только для такого движения именно с такой скоростью.
Введение коэффициента метрики пространства и времени в преобразования Галилея и введение зависимости этого коэффициента от скорости света являются, несомненно, искусственными и лишенными физического обоснования. Необоснованность введения скорости света обусловлена и появлением ограничения на скорость перемещения систем координат друг относительно друга: «Преобразования Лоренца допускают для v значения, сколь угодно близкие к скорости света, но не превосходящие её (тогда преобразования перестают быть вещественными)» [3, с.109]. Данное ограничение закреплено Эйнштейном во втором постулате СТО. Однако, как показывает пример с черепахами, какую скорость двух объектов зададим, такое ограничение на скорость относительного движения и получим. Очевидно, что возникающие подобным образом ограничения на скорость относительного движения тел физически не обоснованы и не правомерны.
Преобразования Лоренца, основанные на рассмотрении движения света, будут одними из бесчисленного множества подобных преобразований, следствием которых является необходимость в ограничении скорости относительного движения систем координат. Очевидно, что из процедуры вывода преобразований координат не может быть получен вывод о существовании некоторой максимальной скорости относительного движения тел или максимальной скорости движения в природе. Из преобразований координат не выводятся законы физики. Поэтому само существование ограничения на скорость относительного движения систем координат или тел, возникающего при использовании выражения (7) в преобразованиях Лоренца, может и должно рассматриваться как признак их принципиальной ошибочности.
Отметим, что преобразования Лоренца в форме (11), (12) не накладывают никаких ограничений на скорость относительного движения тел и систем отсчёта. Такое ограничение привносит в преобразования Лоренца только использование в них выражения (7) для коэффициента γ, что, как минимум, говорит о его узкой специфичности, то есть справедливости только для определения соответствия между координатами двух световых сигналов, движущихся каждый относительно своей системы отсчёта. Нет никакого физического смысла в установлении и практическом использовании такого соответствия.
Формула (7) – один из бесчисленных вариантов и способов определения коэффициента γ, которые могут использоваться в преобразованиях Лоренца, и это равноправие лишает физического смысла преобразования Лоренца. И, конечно, введение конкретного выражения (7) для коэффициента γ, не имеющее никакого смысла, не дает права представления преобразований Лоренца (9) и (10) в качестве общего решения, справедливого во всех случаях относительного движения тел.
Таким образом, справедливость преобразований Лоренца при любом значении коэффициента метрики пространства и времени γ доказывает неправомерность и физическую необоснованность самих преобразований и опровергает саму возможность изменения метрики пространства и времени при переходе от одной инерциальной системы отсчёта к другой!
Учитывая неправомерность преобразований Лоренца, релятивистскую формулу времени
t = γt0 = t0/(1 – v2/c2)1/2, (10)
выводимую на их основе, следует также считать неправомерной. В то же время представляет интерес, каким образом из преобразований времени Лоренца, зависящих от координат, получено выражение (10) для времени, в которой эта зависимость отсутствует. Очевидно, если формула (10) не соответствует преобразованиям Лоренца, так как не обеспечивает совместимость прямых и обратных преобразований Лоренца, то сам вывод её из формул преобразований времени Лоренца (8) и (9) представляется не имеющим основания.
Способ вывода формулы (10) иллюстрируется следующей цитатой: «Пусть в точке х'0 движущейся системы координат происходят последовательно два события в моменты времени t'1 и t'2. В неподвижной нештрихованной системе координат эти события происходят в разных точках в моменты t1 и t2. Интервал времени между этими событиями в движущейся системе координат равен Δt'=t'2–t'1 а в покоящейся Δt=t2–t1. На основании преобразования Лоренца имеем:
t1 = γ(t'1 + vx'0/c2), t2 = γ(t'2 + vx'0/c2) (11)
Отсюда следует, что
Δt = t2 – t1 = γ(t'2 - t'1) = γΔt'.
Таким образом, интервал времени между событиями, измеренный движущимися часами,
Δt' = Δt/γ = Δt(1 – v2/c2)1/2 (12)
меньше, чем интервал времени Δt между теми же событиями, измеренный покоящимися часами. Это означает, что темп хода движущихся часов замедлен относительно неподвижных» [3, с.117].
Как видно из цитаты, вывод формулы (10) основан на задании интервала времени в одной точке, что позволяет избавиться от неудобной составляющей vx'0/c2, определяющей зависимость времени от координаты x'0 в равенствах (11). Однако такой приём является недопустимым, так как если в процитированной задаче выполнить обратное преобразование и определить интервал времени в точке x'0 по временам t1 и t2 в точках x1 и x2:
t'1 = γ(t1 – vx1/c2), t'2 = γ(t2 – vx2/c2),
тогда в разности Δt'=t2'–t1' избавиться от составляющих vx1/c2 и vx2/c2 и получить выражение (12) не удастся. Получение разных выражений для интервалов времени при прямом и обратном преобразованиях доказывает неправомерность формулы (12) и способа её вывода.
Нельзя не заметить, что полученная в цитате формула (12) не соответствует формуле (10). Если задать точку двух событий в покоящейся системе и воспользоваться прямым преобразованием времени (8), то аналогичным цитате способом получим выражение (10), а не (12). То есть получается, в какой системе отсчёта, движущейся или неподвижной, зададим точку двух событий, в той и получим замедление хода часов! Данный факт также доказывает неприемлемость определения интервалов времени рассмотренным в цитате способом.
К этому можно добавить результат эксперимента Майкельсона-Морли, который в своё время Лоренц и Фитцджеральд объяснили тем, что снос света эфиром полностью компенсируется лоренцевым сокращением длины. В более точных повторах этого опыта другими учёными результат подтвержден с точностью до 15 м/с [2, с. 29]. Таким образом, экспериментальное доказательство истинности преобразований Лоренца неразрывно связано с существованием эфира и сносом света эфиром при их относительном движении с постоянной скоростью. Однако до сих пор ни в одном эксперименте не установлено факта сноса света эфиром при их относительном движении с постоянной скоростью. Более того, благодаря Эйнштейну эфир вообще не рассматривается в современной физике как заслуживающая внимания гипотеза. Поэтому результат эксперимента Майкельсона-Морли доказывает несуществование лоренцева сокращения и ошибочность преобразований Лоренца, так как если не существует сноса света эфиром, то не существует и лоренцева сокращения, раз одно явление компенсирует другое [4].
Эйнштейн принял за основу СТО преобразования Лоренца и одновременно отверг существование эфира, войдя тем самым в противоречие с результатом эксперимента Майкельсона-Морли. И это противоречие никого из физиков не смущает, как не смущает и противоречие релятивистской формулы времени преобразованиям времени Лоренца. Напротив, эксперимент Майкельсона-Морли даже считается «экспериментальной основой теории относительности»! [2, с. 15] Подобное отношение физиков к существующим знаниям можно объяснить полной потерей критического мышления и абсолютной верой в авторитет А. Эйнштейна и «всего» научного сообщества. Пора уже портреты Эйнштейна, висящие в кабинетах многих физиков, оформлять в виде икон. Это проще и удобнее – думать не надо.
Литература
- Авдеев Е. Н. Эффект Доплера для света: физика или магия? // Инженер. 2017. №1, 2.
- Типлер П. А., Ллуэллин Р. В. Современная физика: В 2-х т. Т. 1, Пер. с англ., Мир, Москва 2007.
- Матвеев А.Н. Механика и теория относительности, Издательский дом «ОНИКС», Москва, 2003.
- Авдеев Е. Н. Эксперимент Майкельсона-Морли и ньютоновская механика // Инженер. 2016. № 3.
