Опыт Майкельсона, или почему была принята СТО

 

          Для начала попытаемся сформулировать понятие массы покоя частицы, с точки зрения нашего предположения, для дальнейших рассуждений. Масса покоя частицы – эта такая гравитационная масса (потенциальная энергия), когда частица находиться в неподвижности относительно пространства (вакуума), и не участвует в электрическом и гравитационном взаимодействии (иначе она начнёт двигаться). Вся энергия частицы должна быть сосредоточена в потенциальной форме, а кинетическая энергия должна отсутствовать. Влияние гравитационного и электрического взаимодействий должно быть настолько мало, чтобы их можно было не учитывать. Для этого требуется максимальная отдалённость от других частиц, имеющих массу покоя. Полной противоположностью частице с только потенциальной энергией является фотон – частица, у которой вся энергия в кинетической форме. И тогда она движется с максимально возможной скоростью в пространстве – скоростью света в вакууме. Если частице, имеющей гравитационную массу (потенциальную энергию), создать условия для перехода потенциальной энергии в кинетическую (гравитационное поле, электрическое поле), то она может перевести всю свою потенциальную энергию гравитационной массы в кинетическую энергию магнитного поля, и превратиться в фотон. Никаких ограничений нет, например, как стремление массы к бесконечности, при приближении к скорости света.
        Наше предположение связано в первую очередь с движением частиц относительно пространства. Как же определить находимся ли мы в неподвижности относительно пространства, или находимся в движении, а если движемся, то с какой скоростью? Ведь пространство – это вакуум, то есть отсутствие каких-либо ориентиров. Попытаемся ответить на этот вопрос с точки зрения законов «классической» физики и нашего предположения.
       Так как все окружающие нас тела, и частицы их составляющие, имеют гравитационную массу, то можно сделать вывод, что если мы и движемся относительно пространства, то со скоростью меньшей скорости света. Теперь рассмотрим скорость как явление. Абсолютная скорость имеет пределы от 0 (полный покой относительно пространства), и до скорости света в вакууме (максимально возможная скорость движения в пространстве). Однако существует ещё одна скорость – относительная, то есть скорость не относительно пространства, а относительно какой либо системы координат (материальных ориентиров), которая в свою очередь может находиться в движении относительно пространства. Если два фотона находятся в движении по одной прямой, то абсолютная скорость (относительно пространства) обоих фотонов будет равна скорости света, а относительно друг друга они будут двигаться с относительной скоростью 2C (две скорости света). Удалятся, если их движение в разные стороны и приближаться, если двигаются друг к другу. Если направление их движения совпадает, то относительная скорость будет равна нулю, и расстояние между ними будет одинаковым и постоянным. На самом деле скорость ни одного из фотонов не превысит скорость света в вакууме, но если взять за отсчёт движущуюся в пространстве систему координат, то относительно её, скорость может превышать скорость света в вакууме, и эта скорость будет относительной. Максимальным значением, которого может достигнуть относительная скорость, будет скорость света плюс скорость света, то есть две скорости света. Во всяком случае, так говорит «классическая» физика. Нашему предположению просто необходим такой подход к сложению скоростей, какой нам дают законы «классической» физики. Как на эти явления смотрит теория относительности? А она говорит категорично – нет.

         «Относительная скорость двух фотонов, несущихся навстречу друг другу со скоростью света, снова равна С, а не 2С, как в классической физике» (В.Смилга «Очевидное? Нет, еще неизведанное…» стр.292 «Молодая гвардия» 1961г.)

            «Эйнштейн выдвинул два общих принципа, или аксиомы:

   1.Равномерное движение через эфир не поддаётся обнаружению.

   2.При любом волновом процессе скорость распространения волны не зависит от скорости источника». (К.Дьюрелл «Азбука теории относительности» стр.38 «Мир» 1970г.)

       Второй пункт для кванта света не вызывает ни каких сомнений. Действительно, фотон движется в пространстве с постоянной скоростью C, независимо от скорости испустившего его тела. А из первого пункта сделан вывод, что относительная скорость не может превысить скорость света, как и абсолютная (относительно пространства). Тогда понятия времени и пространства (расстояний) становятся относительными. То есть в разных системах отсчёта одно и тоже событие занимает разное количество времени. Также меняются и расстояния. Понятие одновременности тоже становится относительным. Тогда одновременные события в одной системе отсчёта в другой могут быть не одновременными. Отказавшись от законов «классической» физики и допустив, что относительная скорость не может превысить максимальную абсолютную, мы превращаем все остальные понятия в относительные (зависимые от системы отсчёта). Не слишком ли дорогая цена? Чтобы как-то связать события, придумано даже дополнительное понятие – интервал. Но самым неприятным является то, что энергия становиться тоже понятием относительным, то есть зависящим от системы отсчёта. Одно и тоже тело или частица, в разных системах отсчёта обладают разной энергией. А как тогда быть с законом сохранения энергии? Понятие массы покоя тоже не применимо, так как для любой покоящейся частицы можно подобрать систему отсчёта, в которой она движется. И поэтому для понятия массы покоя просто необходимо неподвижное, неизменяемое пространство.
        Почему же была принята теория относительности Эйнштейна, если она так парадоксальна, и перевернула все представления об устройстве мироздания, существовавшие до неё? В течении 19 века физики пытались обнаружить движение в эфире – «какой-то сверхтонкой, заполняющей всё пространство материи», без существования которого не могли себе представить распространение света. Так как все данные говорили о том, что свет – это волновой процесс. А распространение волны, без существования материи, в которой распространяется волновой процесс, казался абсурдным. Представление о том, что свет состоит из отдельных частиц, как предполагал Ньютон, было полностью отброшено. Стали считать, что свет – это волна, и тогда для распространения этой волны необходима какая-то среда. Было много гипотез о природе эфира. Но все они были отклонены из-за расхождения с опытными данными. Было предпринято много попыток обнаружения движения относительно эфира. Но все они приносили отрицательный результат. Апогеем таких поисков стал проведённый в 1881 году Майкельсоном, ставший знаменитым опыт. В 1887 году Майкельсон повторил свой опыт совместно с Морли на более совершенном приборе. Опыт так же принёс отрицательный результат, движение Земли относительно пространства обнаружено не было. Мы не станем подробно рассматривать этот опыт. Его описание можно найти в учебнике физики. Главное другое, что он не принёс ожидаемого результата. Было построено много теорий, объяснявших отрицательный результат опыта Майкельсона. Например, Лоренцом и независимо от него Фитцджеральдом была выдвинута гипотеза, что все тела, движущиеся относительно пространства, сокращаются в направлении перемещения. Позже Эйнштейн предположил, что сокращаются не тела, а само пространство. Гипотеза Лоренца объясняла результат опыта Майкельсона, но не могла объяснить невозможность обнаружения равномерного прямолинейного движения в пространстве с помощью других оптических явлений. Теория Эйнштейна объясняла это. И поэтому она была принята, несмотря на сопротивление многих физиков. Интересно, что формулы сокращения длины у тел при движении выведенные Лоренцем, вошли в теорию относительности без изменения. Эйнштейн распространил их влияние на длину пространства, и тогда пришлось применить их и ко времени. Теперь эти формулы носят название преобразований Лоренца, и входят в теорию относительности. Хотя физический смысл их у Лоренца и у Эйнштейна различен.
         Мы привыкли представлять себе атомы в неподвижности. При движении, весьма вероятно, что геометрические размеры атомов и молекул могут измениться. Это гораздо легче представить, чем изменение длины пространства. Со временем, теория относительности Эйнштейна стала общепризнанной, и любые сомнения в ней воспринимаются в штыки и приравниваются к астрологии, телепатии и т.д., а людей посмевших усомниться ждёт незавидная участь «еретиков» от науки и соответствующее отношение окружающих. Отношение к колдунам, ведуньям, экстрасенсам, астрологам в современном обществе гораздо терпимее, чем к человеку, усомнившемуся в теории относительности Эйнштейна. Хотя большинство людей весьма смутно представляют её себе, и мало что знают кроме названия, и что она общепринята.
        Но так ли неуловимо движение относительно пространства? Представим себе отрезок АВ, расположенный перпендикулярно движению в пространстве. Из точки А в точку В испускается луч света. Пока фотон, испущенный из точки А достигнет точки В, отрезок АВ сместится в пространстве в отрезок А1В1. Тогда луч будет смещён и займёт положение А1В, хотя каждый из фотонов пройдёт путь равный АВ, и будет двигаться параллельно отрезку АВ. Возникнет смещение ВВ1, которое зависит от скорости движения отрезка АВ в пространстве. Если отрезок повернуть на 90 градусов, то смещение исчезнет.

                                            

 

          Это смещение луча давно открыто и названо аберрацией света. Это явление открыто при наблюдении звёзд, и только потому, что в разное время года Земля движется вокруг Солнца в различных направлениях.