Современные поняття простору, часу й обмеженість перетворень лоренца

Современные поняття простору, часу й обмеженість перетворень лоренца

Николай Жук, АТ «Науково-технологічний інститут транскрипції, трансляції і реплікації», р. Харків, Украина Аннотация Приведен сучасний аналіз понять простору й часу. Показано, що й деформація під час руху матеріальних тіл щодо одне одного носить взаємопов'язаний характер, а перетворення Лоренца правильно описують цю деформацію лише у поперечної до подання руху площині. Замість перетворень Лоренца автором запропонована група аффинных перетворень координат у цілком симетричному 6-мерном просторі-часі, яка незмінним рівняння світлового конуса і описує цю деформацію. Цю групу перетворень автор плідно використовує з 1984 р., що ставить на повістку дня питання відмови від перетворень Лоренца, а водночас і і південь від спеціальної теорії відносності Эйнштейна.

Введение

В 2004 р. виповнюється 100 років перетворенням Лоренца, які у основі всіх сучасних фізичних теорій, чи хоч якось що з простором і часом. Цими перетвореннях повністю тримається спеціальна теорія відносності Ейнштейна (СТО), створена рік тому. Ці самі перетворення привнесені й у загальну теорію відносності (ОТО), створену Ейнштейном в 1915 р., хоча які й є внутрішнім атрибутом цієї теорії. І саме ввійшли в усі наступні теорії та зараз продовжують вважатися критерієм до справжності й наріжним каменем всім сучасним физики.

Но після закінчення майже сто років хотілося поставити запитання: чи справді зазначені перетворення координат простору й часу відповідають реальної природі? Не закладено чи тут помилка, яка гальмувала розвиток фізики цілих 100 років і продовжує гальмувати на цей время?

Детальный аналіз сучасних визначень одиниць простору й часу, виконаний автором 2002 р., показав, що перетворення Лоренца від початку їм суперечать і, отже, що неспроможні надалі використовуватися у фізиці без шкоди її прогресу. Хіба ж і використовувати замість перетворень Лоренца?

Оказывается, є що: автор з 1984 р. замість перетворень Лоренца використовує інші перетворення координат [1], що дозволило йому розробити нову несуперечливу модель стаціонарної нерасширяющейся Всесвіту роздивилися й отримати ряд найцікавіших успіхів у космології [2], таких, наприклад, как:

— доказ тотожності інертної і гравітаційної мас на кшталт принципу Маха;

— відкриття гравітаційної в’язкості і геодезичної кривизни Вселенной;

— виявлення властивості гравітаційного екранізування матерію та др.

Сегодня, стоячи одразу на порозі святкування 100-летних ювілеїв створення фундаменту сучасної фізики, не зайве знову зазирнути всередину цієї бази і подивитися, правильно ми оперуємо простором і часом під час переходу від нерухомого об'єкта до який рухається, від однієї инерциальной системи відліку в іншу. І вкотре осмислити, що ж повинні розуміти під поняттями «простір» і «время».

1. Поняття простору й времени

С філософської погляду простір та палестинці час є категоріями, які позначають основні форми існування всіх видів матерії. Простір висловлює порядок існування окремих об'єктів, час — порядок зміни явищ [3].

Мерой простору є довжина, що характеризує протяжність, віддаленість і переміщення тіл чи його частин вздовж заданої лінії. Час ж характеризує послідовну зміну явищ і станів матерії, і навіть тривалість їх буття [4].

Не вдаючись у історію визначень і характеристику різних систем фізичних одиниць, зазначимо лише сучасні визначення одиниць довжини і часу: метри й секунди. І почнемо його з секунди, оскільки ця одиниця набула свого сучасне визначення раніше, ніж метр.

Развитие молекулярної і атомної спектроскопії дозволило досить точно зв’язати одиниці часу з періодом коливань, відповідним спектральною лінії будь-якого елемента. Тому рішенням XIII Генеральної конференції по заходам і вагам (1967 р.) дали чинне досі визначення секунди, за яким секунда є тривалість 9 192 631 770 періодів випромінювання, відповідного переходу між двома надтонкими рівнями основного стану атома цезію-133 [5]. Отже, вищезазначене число періодів дорівнюватиме частоті випромінювання цезію-133, яку задля використання позначимо через .

Повышение точності вимірів дозволило і одиницю довжини — метр пов’язати з довжиною хвиль певної спектральною лінії. Як такою було прийнято помаранчева лінія криптона-86. Ця лінія відповідає переходові електрона в атомі криптона між квантовими станами, які у спектроскопії позначаються символами і . По визначенню, прийнятому на XI Генеральної конференції по заходам і вагам (1960 р.), метр містив 1 650 763,73 довжини хвилі в вакуумі цієї спектральною линии.

Однако подальші досягнення лазерної техніки і квантової електроніки, висока точність, якій вдалося досягти виміру атмосферного явища швидкості світла, дозволили зв’язати визначення одиниці довжини — метри з одиницею часу — секундою воєдино. І XVII Генеральна конференція по заходам і вагам (1983 р.) прийняла рішення дати таке, чинне досі, визначення метри: метр є відстань, прохідне в вакуумі пласкою електромагнітної хвилею за 1/299 792 458 секунди. За такої визначенні метри значення швидкості світла прийнято за величину, не що підлягає уточненню, тобто. воно точно одно 299 792 458 м/с.

Таким чином, секунда — це є тривалість певної кількості періодів випромінювання цезію-133, а метр — певне відстань, прохідне електромагнітної хвилею. Для визначення метри ніщо не забороняє використовувати те електромагнітне випромінювання, що у визначення секунди. Тож спрощення міркувань надалі використовуємо випромінювання, відповідного переходу між двома надтонкими рівнями основного стану атома цезия-133.

Из двох діючих визначень метри, секунди та прийнятого вище угоди неважко скласти рівноцінні пропорції. Так, з визначення секунди виходить, що довжина хвилі вищезгаданого випромінювання цезію-133 равна.

м, (1).

а метр, відповідно, матиме длину.

. (2).

Вот ми бачимо дійшли висновку, що перший метр дорівнює 30,66 331 899 довжин хвиль випромінювання, відповідного переходу між двома надтонкими рівнями основного стану атома цезію-133, що аналогічно визначенню метри, даному XI Генеральної конференцією по заходам і вагам в 1960 р. Якщо ж ми не візьмемо інший джерело випромінювання, одержимо інше число. А цезий-133 обраний із міркувань, що його частота дуже стабильна.

Теперь не зайве розповісти й про авторському поданні часу. Але спочатку потрібно нагадати одне крилатий вираз, найчастіше використовуване у середовищі бізнесменів: «час — гроші». Отож гроші у суспільстві грають роль загального еквівалента, з якого йде обмін товарами і послугами. А спрямовані на справа гроші згодом дають прибуток, тобто. нові гроші. Звідси й вищевказана поговорка.

Но, напевно, зі сучасних фізиків (та якщо з бізнесменів тим паче) звертав увагу те, що між грішми і часом й інша зв’язок, заснована на аналогії використання. Хоч як дивно, звідси були кращими інформовані древні філософи, чому ми тепер. До того ж автор робіт [6, 7], який запропонував вимірювати час у одиницях маси (кілограмами, грамами, фунтами, унциями і т.п.).

И тепер я даю авторське визначення часу: час — це певний універсальний еквівалент, з допомогою якого виробляється зіставлення (порівняння) швидкості перебігу різних процесів. Поза цих процесів поняття часу безглуздо [8]. У одних випадках як еквівалент використовують рік, за іншими — місяць, по-третє - одну годину на четвертих — хвилину, а фізиці в міжнародній системі одиниць СІ - секунду. Якщо це незручно (для швидкозмінних процесів, наприклад), то тут для порівняння процесів користуються миллисекундой, микросекундой або ще дрібнішим відрізком часу, як частини стандартного эквивалента.

Поскольку процеси що неспроможні протікати інакше, як шляхом зміни розташування (переміщення, перетікання з місця цього разу місце) деякою маси (енергії), то перехід від штучного параметра (часу) до природного (масі) з урахуванням його мінімально можливого значення (квантування) не лише божевільної (по враженню), а й своєчасної (в разі потреби) ідеєю кінця сучасності, якою і висловив автор роботи [6, 7]. Цим самим він би знову поставив поняття часу у свої рамки, межі яких вона в XX столітті вийшло, перетворившись в усі, що догоджає, крім еквівалента порівнювати швидкості перебігу різних процесів. За межами цих рамок створено і СТО, і ОТО, і інші теорії. На деяких теоріях автори сягнули те, що почали упредметнювати час і навіть придумали частку часу — хронон.

С позицій нового (чи відновленого древнього) визначення часу втрачають право життя перетворення Лоренца стала вже звичної четырехмерная розмірність простору-часу, про що буде показано нижче. На зміну їм приходять нові перетворення й цілком симетричний шестимерное простір-час (хоча дискретне поняття мірності також зовсім правильне, бо від макросвіту і по квантового рівня простір-час безупинно і деформируемо).

2. Перетворення координат фронту світловий волны

.

Рис. 1. До аналізу перетворень Лоренца Рассмотрим дві инерциальные системи відліку і з паралельними одна одній однойменними осями, причому друга система рухається щодо першої зі швидкістю вздовж осі тож їхній початку і в певний момент, який приймається за початок відліку, збігаються. нехай у народних обранців з точки починає випромінюватися світло певної частоти. Невдовзі щогодини спостерігача, що у точці , точка переміститься на відстань , а фронт світловий хвилі досягне точок (рис. 1).

Очевидно, що у масштабам простору й часу спостерігача, що у точці , світло поширюється за всіма напрямами з однаковим швидкістю , тому вищевказані точки лежатимуть лежить на поверхні сфери, і виконуватиметься рівність (див. рис. 1):

. (3).

Очевидно також, що кожна точка у дорозі джерела світла , відповідна випромінюванню черговий хвилі світла, буде центром кожній такій зменшення радіуса сфери, що з гребенем цієї хвилі. Ці точки будуть перебувати на рівній відстані друг від друга, оскільки швидкість руху джерела постійна. Отже, невдовзі загальну картину гребенів хвиль світла з позицій спостерігача, що у точці , буде такий вигляд, як показано на рис. 1.

Образуем трикутник те щоб точка розташовувалася в довільному місці фронту світловий хвилі. Згідно з умовами завдання маємо рівності: , . Сторону позначимо через , а кут — через . Тоді теоремі косинусов имеем.

, (4).

откуда знаходимо невідомий параметр

. (5).

Нетрудно бачити, що останнього доданка у правій частині цей параметр не що інше, як інтервал між двома подіями у СТО, відповідний випромінюванню світла у точці та її прийому в точці :

. (6).

Поскольку переважають у всіх інерціальних системах відліку закони фізики, як вважають, ковариантны, тобто. описуються однаковими на цей вид рівняннями, отож у що просувалася системі відліку інтервал повинен виражатися аналогічним образом.

. (7).

Но бо у власної системі відліку швидкість руху системи дорівнює нулю, то вираз (7) спрощується до виду.

. (8).

Из рівності інтервалів у двох системах відліку, як вважають в СТО, слід відоме співвідношення для времен.

. (9).

Но чи так це насправді? І чи можна спрощувати вираз (5) до виду (6)?

Да, величина инвариантна в будь-яких інерціальних системах відліку. Але це що інше, лише як радіус сфери фронту світловий хвилі в що просувалася системі відліку. Якщо світло буде випромінюватися з точки , то кола на рис. 1 будуть концентричними, і сфера виявиться абсолютно симетричній по внутрішньої структурі. Але в разі світло випромінюється які йшли джерелом, які у точці , і щодо цієї точки малюнок, начебто, немає симетрії. Але це тільки перший взгляд.

Ограничим час руху системи і, відповідно, час випромінювання світла однієї секундою в масштабах рушійної джерела. І хоча для конкретності у ньому перебуває у ролі джерела світла цезий-133. Тоді за секунду він випустить 9 192 631 770 хвиль світла, фронт якого пошириться на 299 792 458 м за тими самими масштабам. Вочевидь, що нерухомий спостерігач у точці побачить в усіх 9 192 631 770 хвиль світла, лише частина, встигла дістатися нього під час руху вищевказаної системи. І частота її буде менші надходження до відповідність до ефектом Доплера (що чудово видно на рис. 1 по збільшеного відстані між гребенями світлових хвиль лінією ).

А що побачить І що вважатиме спостерігач у точці за своїми масштабам простору й часу? Виявляється, що це расстояния.

. (10).

для нього абсолютно однаковими, бо утримувати однакове число хвиль світла — 9 192 631 770. По одиницям довжини і часу, затверджених відповідними конвенціями, він вважати, що у центрі світловий сфери, і по-своєму матиме рацію. Отже, в що просувалася инерциальной системі відліку одночасно деформуються масштаби простору й часу, залишаючи швидкість світла постійної величиной.

Но фронт світловий хвилі й у спостерігача в цій точці також сферою, що у момент випромінювання цієї хвилі центри інерціальних систем відліку збігалися між собою, і це байдуже, з спочиваючого чи рушійної джерела вона випроменена. З положень цих простих міркувань випливають такі перетворення координат фронту світловий хвилі, залишають інваріантним цей фронт під час переходу від нерухомій инерциальной системи відліку до движущейся:

(11).

Следует відзначити, що отримана група відбиває лише співвідношень між трьома просторовими й трьома тимчасовими проекціями будь-який точки фронту світловий хвилі, вимірюваних двома шляхами, і того. Але ми далі будемо називати ці 6 проекцій 6-мерным пространством-временем. Тільки за вимірі за власними масштабам останні проекції тотожний рівні одна одній, і можливо використання традиційного 4-мерного пространства-времени.

Из вищевикладеного слід дуже важливий висновок у тому, що простір та палестинці час носять відносний характер. Наприклад, сама і те відстань (рис. 1), однакове в масштабах простору й часу нерухомого спостерігача, буде різним в масштабах простору й часу рушійної. У першому випадку світло проходить цей період за 1 з, тоді як у другому за 1 з світло проходить відстань, однакову всього . Це ж випливає зі 2-ї формули системи (11).

3. Порівняння з перетвореннями Лоренца

Выражение (11) є спрощеному варіанту релятивістських перетворень координат, справедливий при нульових їх початкових значеннях (для більшої наочності). Неважко бачити, будь-які співвідношення односпрямованих координат і времен.

, (12).

представляет собою інваріантну величину, рівну швидкості світла , як і зокрема у реальної природе.

А тепер знову звернімося вираженню (6). Вочевидь, що його залишається справедливим тільки одному єдиного випадку, саме для площині , що проходить через центр що просувалася системи відліку і перпендикулярної вектору швидкості її руху щодо нерухомій системи отсчета.

Действительно, якщо розглянути прямокутний трикутник (рис. 1) з відрізком , лежачим в вищевказаної площині, то видно, що тільки йому останнє складова в вираженні (5) звертається до нуль отже воно перетворюється на вираз (6). Отже, виявляється, що і ковариантность інтервалу, і правомочність використання перетворень Лоренца справедливі лише ортогональних компонент преобразуемых величин (традиційна електродинаміка цьому удовлетворяет).

А тепер детальніше проаналізуємо формули перетворення Лоренца:

. (13).

В них все просто, як здається здавалося б. І це стосується, під час першого чергу, співвідношень між інтервалом часу між двома якимись подіями та величиною одиниці часу. Вочевидь, що, збільшуючи одиницю часу (при будь-яких перетвореннях координат), ми цим скорочуємо інтервал часу між двома подіями. І навпаки, скорочуючи одиницю часу, ми цим збільшуємо інтервал часу. То що описують перетворення (13): зміна інтервалу часу, чи одиниці времени?

Если у другому співвідношенні висловлювання (13) взяти , вийде выражение.

, (14).

которое збігаються з формулами перетворень (11) для і , тобто. «працює» лише щодо, перпендикулярній вектору швидкість руху рухомий системи отсчета.

Именно так записувати вираз зміни одиниці часу за переходу до що просувалася системі відліку. Але якщо перетвориться інтервал часу, то співвідношення (14) зміниться до виду.

. (15).

Именно дана формула, як вважають в СТО, описує уповільнення часоплину в що просувалася системі відліку. Але якщо спостерігач перебуває у що просувалася системі відліку, усі ці міркування носять абсолютно протилежний характер, що повним абсурдом СТО.

В остаточному підсумку, якщо можливість перейти до відповідним співвідношенням одиниць (диференціалів) простору й часу, то дані перетворення потрібно записати в виде:

(16).

Как відомо, електромагнітні хвилі в електродинаміки Максвелла поперечны, тобто. їх вектори електричної і магнітної напряженностей перебувають у перпендикулярній до подання поширення площині. Застосування перетворень Лоренца до цих компонентами електромагнітного поля давало єдиний правильний результат, як і стало тріумфом вищевказаних перетворень. Це підштовхнуло учених вважати й й інші комбінації правильными.

Между тим, ряд електромагнітних явищ (подовжні електромагнітні хвилі, подовжні сили між токовыми елементами, недотримання законів збереження в деяких завданнях традиційної електродинаміки тощо.) віддавна ставлять під сумнів загальну правильність перетворень Лоренца й повноти рівнянь Максвелла. Невідповідність цих перетворень елементарним визначень одиниць довжини і часу — нове тому доказательство.

Из вищевказаних міркувань також випливає важливий висновок про існування синхронної деформації простору-часу під час переходу від однієї инерциальной системи відліку в іншу, а чи не уповільнення часу, як це заведено в СТО. Ця обставина підтверджується також тим, що вищевказані перетворення (11) і (16) як зберігають інваріантної швидкість світла, але й прокурори дають правильні результати для аберації світла, і поперечного ефекту Допплера. У той самий час подовжній ефект Допплера для світла повинен виражатися той самий формулою, як і відповідні ефект Допплера для звуку при нерухомому щодо повітря джерелі. Це результат відмінностей двох перетворень, що стосується лише поздовжніх компонент преобразуемых величин.

4. Прості слідства нелоренцевых перетворень координат

4.1. Аберація світла. З формул деформації простору в подовжньому і поперечному до швидкість руху напрямку (11) відразу ж потрапити випливає правильне вираз для кута аберації світла . Тангенс цього кута виявляється рівним відношенню деформації просторового масштабу на подовжньому напрямі до деформованому масштабу в поперечному напрямі (що збігаються з релятивістської формулой):

. (17).

4.2. Поперечний ефект Доплера. Цей ефект безпосередньо пов’язані з деформацією просторових масштабів в поперечному напрямку і проявляється у вигляді зменшення частоти прийнятого сигналу стосовно излученной частоті джерела за такою формулою (що також збігаються з релятивистской):

. (18).

4.3. Подовжній ефект Доплера. А цей ефект пов’язані з деформацією просторових масштабів в подовжньому напрямку і проявляється у вигляді зменшення (при видаленні) або збільшення (з наближенням) частоти прийнятого сигналу стосовно излученной частоті джерела по формуле.

. (18).

Как видно, отримана формула лише у першому (лінійному) наближенні збігаються з релятивістської. Можливо, вже цього є певний сенс, який проявиться при подальшому порівнянні нормальних перетворень координат з явно хибними Лоренцевыми.

Заключение

В висновок хотілося б назвати міркування Паулі і обіцяв показати його хибність. У книзі [9] він пише: «При поверхневому розгляді принцип відносності і принцип сталості швидкості світла здаються несумісними. Нехай, наприклад, спостерігач рухається зі швидкістю щодо джерела світла , а спостерігач спочиває щодо . Обидва спостерігача причому у ролі фронту хвилі бачать сфери, центри яких почивають щодо спостерігачів, тобто. бачать дві різні сфери. Протиріччя, проте, зникає, коли припустити, щодо точок простору, до яких світло дійшов разом з погляду спостерігача , з місця зору спостерігача світло доходить не одновременно».

Но вище, було показано, що одне сфера має дві різних центру, і це б жодним чином який суперечить піднаглядним явищам: стабільності швидкості світла (якщо вона вимірюється за власними масштабам простору й часу) і однаковості перебігу явищ у різних інерціальних системах отсчета.

К цього слід додати ще те що, що у визнанню самого Максвелла, його система рівнянь електродинаміки неповна. У результаті для вільного простору існує лише поперечні електромагнітні хвилі, характеризуемые тим, що вектори електричної і магнітної напруженості цих хвиль перебувають у площині, перпендикулярної вектору Пойтинга (напрями їх распространения).

Но саме з цьому відношенні перетворення (11) і перетворення Лоренца у вигляді (14) чи (15) збігаються, тобто. перетворення Лоренца для векторів електричної і магнітної напряженностей дають правильний результат. Инвариантность рівнянь Максвелла стосовно перетворенням Лоренца стала тріумфом початку сучасності, але водночас і трагедією, сокрывшей від мільйонів людей неповноту цих рівнянь і існування поздовжніх електромагнітних хвиль, не «втручаються» в перетворення Лоренца.

Более того, усе, що стосувалося поздовжніх компонент (наприклад, форми поля рушійної заряду), виявилося помилковим зважаючи на те, що рівняння перетворення реального процесу (11) і перетворення Лоренца дають різні результаты.

И зараз прагнення у що бы-то ні стало одержати гроші чи підтвердити наявність перетворень Лоренца у будь-якій нову теорію є перешкодою принципового характеру, який ось вже з майже 100 років гальмує розвиток физики.

Список литературы

Жук М. А. «Про патентування деяких результатах, що випливають із закону всесвітнього тяжіння». — Борисоглебск: БВВАУЛ, 1986, 58 з.

Жук М. А. «Космологія». — Харків: ТОВ «Модель Всесвіту», 2000, 464 з.

Физический енциклопедичний словник. — М.: «Радянська енциклопедія», 1984, з. 582.

Физические величини. Довідник. — М.: «Энергоатомиздат», 1991, с. 9.

Сена Л. А. «Одиниці фізичних величин та його розмірності». — М.: «Наука», 1988, з. 48−50.

Галицкий І. М. «Нове у фізиці, математиці, науці». — Гомель: ФЕНИД, 1992.

Galitsky I. M. «About new physics (Principles)». Spasetime & Substance, 2, 2, 84−94 (2001).

DISCUSSION: N. A. Zhuck — I. M. Galitsky. Spasetime & Substance, 2, 2, 96 (2001).

Паули У. «Теорія відносності». — М.: «Наука», 1991, з. 23−24.

Для підготовки даної праці були використані матеріали із російського сайту internet.