Учебная работа № 2069. Современные понятия пространства, времени и ограниченность преобразований лоренца

Учебная работа № 2069. Современные понятия пространства, времени и ограниченность преобразований лоренца

Николай Жук, АО “Научнотехнологический институт транскрипции, трансляции и репликации”, г. Харьков, Украина

Аннотация

Приведен современный анализ понятий пространства и времени. Показано, что их деформация при движении материальных тел относительно друг друга носит взаимосвязанный характер, а преобразования Лоренца правильно описывают эту деформацию только в поперечной к направлению движения плоскости. Вместо преобразований Лоренца автором предложена группа аффинных преобразований координат в полностью симметричном 6мерном пространствевремени, которая сохраняет неизменным уравнение светового конуса и правильно описывает эту деформацию. Данную группу преобразований автор плодотворно использует с 1984 г., что ставит на повестку дня вопрос об отказе от преобразований Лоренца, а вместе с ними и от специальной теории относительности Эйнштейна.

В 2004 г. исполняется 100 лет преобразованиям Лоренца, которые лежат в основе всех современных физических теорий, хоть както связанных с пространством и временем. На этих преобразованиях полностью держится специальная теория относительности Эйнштейна (СТО), созданная годом позже. Эти же преобразования привнесены и в общую теорию относительности (ОТО), созданную Эйнштейном в 1915 г., хотя они и не являются внутренним атрибутом этой теории. Они же вошли и во все последующие теории и сейчас продолжают считаться критерием истинности и краеугольным камнем всей современной физики.

Но по истечении почти 100 лет хотелось бы задать вопрос: действительно ли указанные преобразования координат пространства и времени соответствуют реальной природе? Не заложена ли здесь ошибка, которая тормозила развитие физики целых 100 лет и продолжает тормозить в настоящее время?

Детальный анализ современных определений единиц пространства и времени, выполненный автором в 2002 г., показал, что преобразования Лоренца в корне им противоречат и, следовательно, не могут в дальнейшем использоваться в физике без ущерба для ее прогресса. А что же тогда использовать вместо преобразований Лоренца?

Оказывается, есть что: автор с 1984 г. вместо преобразований Лоренца использует другие преобразования координат [1], что позволило ему разработать новую непротиворечивую модель стационарной нерасширяющейся Вселенной и получить ряд интереснейших результатов в космологии [2], таких, например, как:

доказательство тождества инертной и гравитационной масс в духе принципа Маха;

открытие гравитационной вязкости и геодезической кривизны Вселенной;

выявление свойства гравитационного экранирования материи и др.

Сегодня, стоя на пороге празднования 100летних юбилеев создания фундамента современной физики, нелишне снова заглянуть вглубь этого фундамента и посмотреть, правильно ли мы оперируем пространством и временем при переходе от неподвижного объекта к движущемуся, от одной инерциальной системы отсчета к другой. И еще раз осмыслить, что же мы должны подразумевать под понятиями “пространство” и “время”.

1. Понятие пространства и времени

С философской точки зрения пространство и время являются категориями, обозначающими основные формы существования всех видов материи. Пространство выражает порядок существования отдельных объектов, время – порядок смены явлений [3].

Мерой пространства является длина, которая характеризует протяженность, удаленность и перемещение тел или их частей вдоль заданной линии. Время же характеризует последовательную смену явлений и состояний материи, а также длительность их бытия [4].

Не вдаваясь в историю определений и характеристику различных систем физических единиц, укажем лишь современные определения единиц длины и времени: метра и секунды. И начнем его с секунды, поскольку данная единица получила свое современное определение раньше, чем метр.

Развитие молекулярной и атомной спектроскопии дало возможность достаточно точно связать единицы времени с периодом колебаний, соответствующим спектральной линии какоголибо элемента. Поэтому решением XIII Генеральной конференции по мерам и весам (1967 г.) было дано действующее до сих пор определение секунды, согласно которому секунда есть продолжительность 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия133 [5]. Следовательно, вышеуказанное число периодов будет равно частоте излучения цезия133, которую для дальнейшего использования обозначим через .

Повышение точности измерений позволило и единицу длины – метр связать с длиной волны определенной спектральной линии. В качестве таковой была принята оранжевая линия криптона86. Эта линия соответствует переходу электрона в атоме криптона между квантовыми состояниями, которые в спектроскопии обозначаются символами и . По определению, принятому на XI Генеральной конференции по мерам и весам (1960 г.), метр содержал 1 650 763,73 длины волны в вакууме этой спектральной линии.

Однако дальнейшие достижения лазерной техники и квантовой электроники, высокая точность, которой удалось достичь при измерении скорости света, позволили связать определение единицы длины – метра с единицей времени – секундой воедино. И XVII Генеральная конференция по мерам и весам (1983 г.) приняла решение дать следующее, действующее до сих пор, определение метра: метр есть расстояние, проходимое в вакууме плоской электромагнитной волной за 1/299 792 458 секунды. При таком определении метра значение скорости света принято за величину, не подлежащую уточнению, т.е. оно точно равно 299 792 458 м/с.

Таким образом, секунда – это есть продолжительность определенного числа периодов излучения цезия133, а метр – определенное расстояние, проходимое электромагнитной волной. Но для определения метра ничто не запрещает использовать то же электромагнитное излучение, что и для определения секунды. Поэтому для упрощения рассуждений в дальнейшем используем излучение, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия133.

Из двух действующих определений метра, секунды и принятого выше соглашения нетрудно составить равноценные пропорции. Так, из определения секунды получается, что длина волны вышеупомянутого излучения цезия133 равна

м, (1)

а метр, соответственно, будет иметь длину

. (2)

Вот мы и пришли к выводу, что один метр равен 30,66331899 длин волн излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия133, что аналогично определению метра, данному XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960 г. Если же мы возьмем другой источник излучения, то получим другое число. А цезий133 выбран из тех соображений, что его частота очень стабильна.

Теперь нелишне рассказать и об авторском представлении времени. Но сначала нужно напомнить одно крылатое выражение, чаще всего используемое в среде бизнесменов: “время – деньги”. Так вот деньги в обществе играют роль всеобщего эквивалента, посредством которого идёт обмен товарами и услугами. А вложенные в дело деньги со временем приносят прибыль, т.е. новые деньги. Отсюда и вышеуказанная поговорка.

Но, наверное, мало кто из современных физиков (а из бизнесменов тем более) обращал внимания на то, что между деньгами и временем есть и другая связь, основанная на аналогии использования. Как ни странно, об этом были лучше осведомлены древние философы, чем мы теперь. Да еще автор работ [6, 7], предложивший измерять время в единицах массы (килограммами, граммами, фунтами, унциями и т.п.).

И вот теперь я даю авторское определение времени: время – это некоторый универсальный эквивалент, с помощью которого производится сопоставление (сравнение) скорости протекания различных процессов. Вне этих процессов понятие времени бессмысленно [8]. В одних случаях в качестве эквивалента используют год, в других – месяц, в третьих – час, в четвертых – минуту, а в физике в международной системе единиц СИ – секунду. Если и это неудобно (для быстропеременных процессов, например), то для сравнения процессов пользуются миллисекундой, микросекундой или еще более мелким отрезком времени как части стандартного эквивалента.

Поскольку процессы не могут протекать иначе, как путём изменения положения (перемещения, перетекания с места на место) некоторой массы (энергии), то переход от искусственного параметра (времени) к естественному (массе) с учётом его минимально возможного значения (квантования) представляется не только безумной (по впечатлению), но и своевременной (по необходимости) идеей конца ХХ века, которую и выразил автор работы [6, 7]. Этим самым он как бы снова поставил понятие времени в свои рамки, за пределы которых оно в XX столетии вышло, превратившись во все, что угодно, кроме эквивалента для сравнения скорости протекания различных процессов. За пределами же этих рамок были созданы и СТО, и ОТО, и другие теории. А в некоторых теориях авторы дошли до того, что начали овеществлять время и даже придумали частицу времени – хронон.

С позиций нового (или восстановленного древнего) определения времени теряют право на жизнь преобразования Лоренца и ставшая уже привычной четырехмерная размерность пространствавремени, о чем будет показано ниже. На смену им приходят новые преобразования и полностью симметричное шестимерное пространствовремя (хотя дискретное понятие мерности тоже не совсем правильное, поскольку от макромира и до квантового уровня пространствовремя непрерывно и деформируемо).

2. Преобразование координат фронта световой волны

Рис. 1. К анализу преобразований Лоренца

Рассмотрим две инерциальные системы отсчета и с параллельными друг другу одноименными осями, причем вторая система движется относительно первой со скоростью вдоль оси так, что их начала и в некоторый момент, который принимается за начало отсчета, совпадают. Пусть в этот момент из точки начинает излучаться свет определенной частоты. Через время по часам наблюдателя, находящегося в точке , точка переместится на расстояние , а фронт световой волны достигнет точек (рис. 1).

Очевидно, что по масштабам пространства и времени наблюдателя, находящегося в точке , свет распространяется во всех направлениях с одинаковой скоростью , а потому вышеуказанные точки будут лежать на поверхности сферы, и будет выполняться равенство (см. рис. 1):

. (3)

Очевидно также, что каждая точка на пути следования источника света , соответствующая излучению очередной волны света, будет центром каждой следующей по уменьшению радиуса сферы, связанной с гребнем этой волны. Эти точки будут находиться на одинаковом расстоянии друг от друга, поскольку скорость движения источника постоянна. Таким образом, через время общая картина гребней волн света с позиций наблюдателя, находящегося в точке , будет выглядеть так, как показано на рис. 1.

Образуем треугольник так, чтобы точка располагалась в произвольном месте фронта световой волны. По условиям задачи имеем равенства: , . Сторону обозначим через , а угол – через . Тогда по теореме косинусов имеем

, (4)

откуда находим неизвестный параметр

. (5)

Нетрудно видеть, что без последнего слагаемого в правой части этот параметр есть не что иное, как интервал между двумя событиями в СТО, соответствующий излучению света в точке и его приему в точке :

. (6)

Поскольку во всех инерциальных системах отсчета законы физики, как считается, ковариантны, т.е. описываются одинаковыми на вид уравнениями, то и в движущейся системе отсчета интервал должен выражаться аналогичным образом

. (7)

Но поскольку в своей собственной системе отсчета скорость движения системы

Учебная работа № 2069. Современные понятия пространства, времени и ограниченность преобразований лоренца

Яндекс.Метрика