Проверка второго постул ата СТО Путенихин П.В. m55@mail.ru
Галактический панорамный спидометр Как логическое следствием принципа постоянства скорости света, следующее утверждение является наиболее «удобным» для проверки специальной теор ии относительности, поэтому её критикам следует обратить на него самое пристальное внимание:
«Никаким физическим экспериментом, проведенным в инерциально движущейся лаборатории, нельзя установить скорость последней».
Если удастся определить состояние движения изнутри ИСО, то это утверждение и, автоматически, все другие положения СТО становятся ошибочными. Такое движение, очевидно, может быть только абсолютным, оно явно подтверждает наличие абсолютной системы отсчёта, которая сама по себе (очевидно) неподвижна. Возможность определения движения из ИСО ставит под удар другой важный принцип релятиви зма – принцип эквивалентности. Определить природу инерционных сил становится возможным – то ли это гравитационные силы, то ли это силы, вызванные ускоренным движением системы отсчёта. Таким образом, в попытках опровергнуть СТО есть только один путь: показать её несоответствие реальному миру, показать, что принцип постоянства скорости света (принцип относительности) неверен, что можно определить состояние движения ИСО изнутри.
Опыты эти - единственное реальное направление в деле проверки соответствия математики СТО физическому миру. При этом имеющиеся в наши дни технические средства позволяют сконструировать компактную установку для такой проверки. Назовём такой прибор галактическим панорамным спидометром (ГПС). Название отражает тот факт, что результатом измерений этим прибором является его вектор скорости в абсолютном галактическом пространстве.
По сложившейся традиции исследуемый прибором параметр будем называть «эфирным ветром». Вектор v скорости эфирного ветра, очевидно, направлен противоположно вектору скорости движущейся системы.
Рис.1. Схема галактического панорамного спидометра. Лазер и матрица жестко закреплены на платформе, которая закрыта кожухом для защиты от влияния внешней среды.
Прибор (измеритель) представляет собой платформу длиной 1 метр (здесь и далее все размеры и характеристики ориентировочные), на одном конце которой закреплен лазер, а на другом – светочувствительная матрица WEB-камеры. Луч от лазера фокусируется на матрице, для чего он должен быть достаточно острым, чтобы пятно на поверхности матрицы было контрастным. Вся система помещается в короб для защиты от постороннего света, движения воздуха и т.п.
Назовём измерительной плоскостью прибора плоскость мишени x0y, то есть плоскость экрана, на который попадает, проецируется луч w главной осью прибора . Горизонтальную ось x0 назовём измерительной осью , отклонение пятна лазерного луча по этой оси является основной целью измерения. В исходном состоянии луч лазера направлен вдоль главной оси прибора. На мишени будут отображаться в «радарном» виде все величины скоростей прибора в пространстве (эфирного ветра): при изменении направления прибора будет отклоняться и точка на матрице.
В процессе измерения эфирного ветра измерительную ось x0 вращаем в пространстве таким образом, чтобы получить на мишени максимальное отклонение луча по оси x0. При этом отображающиеся на мишени величины отклонений лазерного луча - отрезки от центра мишени до пятна, принимаются равными проекции скорости на плоскость мишени с точностью до постоянного множителя. При длине луча 1 метр ожидаемое максимальное его отклонение луча (половина размаха) должно ориентировочно составить:
xmax = 1000 * 200 / 300 000 = 0,67 мм,
где:
1000 – длина луча, мм
200 – максимальная ожидаемая скорость Земли в пространстве (галактическая), км/сек
300 000 – скорость света, км/сек
Светочувствительная матрица имеет размеры 1/6" - 1/3" мм с числом пикселей 320x240, 1280х960 и более, что составляет порядка 100 точек на миллиметр и позволяет ожидать достаточно высокую точность измерений.
«Радарное» отображение рисуется на мишени лучом лазера либо в процессе вращения прибора вокруг рабочей оси y0 (быстрое получение траектории), либо в процессе вращения прибора вместе с Землёй (медленное получение траектории).
Рис.2. Схема движения луча при вращении платформы вокруг вертикальной оси. Пятно луча лазера w должно оставлять на мишени строго горизонтальную линию.
Если вектор скорости эфирного ветра не лежит в плоскости x0z, то при полном обороте прибора вокруг рабочей оси y0 луч лазера w v , его проекция на ось вращения y0 будет неизменной: vy = const. В зависимости от направления оси x0 будет изменяться только проекция вектора скорости vx на эту ось:
Рис.3. В процессе вращения платформы вокруг вертикальной оси конец вектора скорости v в системе отсчета платформы описывает окружность r . Проекция вектора скорости на ось вращения vy имеет неизменное значение. Величина проекции вектора скорости vx на ось х зависит от направления этой оси в пространстве.
При вращении измерительной плоскости S (мишени) вокруг оси y0 произвольн ый вектор v имеет с этой осью неизменный угол, поскольку для этой оси и вектора при вращении ничего не изменяется. Следовательно, вектор v своим концом описывает окружность r в плоскости, параллельной плоскости x0z.
Целью экспериментов на основе галактического спидометра является получение следующих результатов:
Регистрация как факта отклонения Регистрация величин Регистрация направлений Все эти результаты могут быть получены в условно «закрытом» помещении, чтобы исключить возможность получения из других источников информации о скорости и направлении движения Земли. И это будет бесспорным опровержением утверждения о том, что «Никаким физическим экспериментом, проведенным в инерциально движущейся лаборатории, нельзя установить скорость последней ». Методика эксперимента для получения перечисленных результатов включает следующие этапы.
Констатация существования эфирного ветра. Свидетельством его наличия является отклонение луча лазера при «сканировании» галактического пространства во всех направлениях, то есть поворот измерительной оси x последовательно во всех возможных направлениях. «Увлечение» эфира считаем ошибочной гипотез ой. Отсутствие отклонения луча лазера отвергает гипотез у о существовании эфирного ветра. Определение полного размаха отклонения луча. Поворачивая прибор вокруг рабочей оси y0 (вертикальная ось), определяем два положения, в которых отклонения луча лазера по измерительной оси x0 максимальны. Затем поворачиваем ось x0 в среднее положение, в котором отклонение по этой оси равно нулю. Это положение означает, что вектор скорости эфирного ветра лежит точно в плоскости x0z. В этой плоскости Земля движется в абсолютном пространстве к точке, которая также находится в этой плоскости. Вращаем прибор вокруг оси x0 до момента, когда лазерный луч будет направлен точно в центр координат x0y. Это означает, что вектор скорости эфирного ветра точно параллелен оси z0. В этом направлении Земля движется в абсолютном пространстве к точке, которая также находится на этой линии. Теперь вращение вокруг оси y0 позволит найти наибольшее отклонение луча лазера по оси x - это и есть модуль вектора скорости эфирного ветра. Отклонение вокруг оси y0 в обратном направлении даст такой же по величине модуль вектора скорости, но с противоположным знаком. Этот удвоенный модуль пропорционален скорости эфирного ветра, которая равна скорости Земли в абсолютном пространстве. Коэффициент пропорциональности определяется конструктивными параметрами установки. Наличие светочувствительной матрицы позволяет оснастить установку ноутбуком (нетбуком) для обработки цифровой информации. При этом можно вручную «сканировать» пространство, в реальном времени наблюдая на экране направление и значение эфирного ветра. Эту информацию можно отображать, например, в виде своеобразного компаса: вращающегося небосвода, на котором показана точка, в которую направлен вектор движения Земли.
В качестве измерителя вместо платформы с матрицей можно использовать длиннофокусную фотокамеру, «нацеленную» на контрастный объект или точечный источник света. Разрешение современной камеры настолько высоко, что также позволит зафиксировать смещение изображения под действием эфирного ветра.
Основания для проверки второго постул ата Возникает резонный вопрос: а зачем нужно проверять второй постул ат? Разве есть сомнения в его справедливости? Понять причины сомнений в правильности СТО на заре её создания ещё как-то можно. Однако, и в наши дни, столетие спустя, когда СТО уже получила многочисленные подтверждения, не прекращаются попытки её опровержения как «мысленными», так и конкретными физическими экспериментами. Но мысленные эксперименты всегда оказываются ошибочными, и практически все корректные физические эксперименты неизменно показывают правильность СТО. Так нужно ли вообще пытаться искать ошибки в такой теор ии?
Видимо, нужно. Незначительное число физических экспериментов зафиксировали заметные отклонения от выводов СТО, в её втором постул ате. Скорость света зависит от скорости движения источника, то есть не является инвариантом. Такие выводы следуют из опытов Маринова, Штыркова, Галаева и других [3, 5, 6, 7, 8, 13, 15, 16]:
«Результаты работы не противоречат положениям исходной гипотез ы и могут рассматриваться как экспериментальное подтверждение представлений о существовании в природе эфира – материальной среды, ответственной, в частности, за распространение электромагнитных волн» [3].
«... эффекты СТО требуют другого объяснения, и, действительно, Лоренц сделал это примерно 100 лет назад: в нем присутствует абсолютное движение систем через динамическое 3-мерное пространство, которое вызывает эффекты СТО, и которое является диаметрально противоположным формализ му Эйнштейна» [6].
«Скорость равномерно движущейся системы координат (в нашем случае ЗЕМЛИ) может быть реально измерена устройством, в котором источник излучения и приемник находятся в покое как относительно друг друга, так и самой системы координат. Этот факт является основанием для пересмотра утверждения специальной теор ии относительности о независимости скорости света от движения системы наблюдателя» [15].
«Проводя измерения в течение шести месяцев, я получил для модуля абсолютной скорости Солнца v=303±20 км/сек...» [7].
Эти выводы, следует признать, сами по себе вызывают недоверие, поскольку эксперименты выполнены в достаточно спорных условиях. Но, не смотря на это, эксперименты показывают устойчивые результаты, противоречащие СТО. Например, в этих опытах можно явно определить направление движения ИСО. Хотя точность и не высока, но это направление явно не выглядит как случайное совпадение. Это уже достаточное основание для проведения повторных проверок, экспериментов с использованием более точных и чувствительных приборов.
С другой стороны, приближённым, не точным является и ещё одни фундаментальный принцип - принцип эквивалентности. В той же мере, что и замена короткого участка кривой линии прямым отрезком. Имея достаточно времени и энерги и всегда можно отличить силу гравитации от силы инерции. Первая всегда является центральной силой, а вторая – параллельной. Двигаясь перпендикулярно направлению этих сил, в первом случае мы обнаружим вращение вектора силы, которая всегда направлена к некоторой точке – центру гравитирующей массы, а во втором случае направление силы всегда будет односторонним, параллельным направлению движения.
Принцип относительности, в сущности, является постул атом, который реально проверялся лишь косвенно, для отдельных весьма специфических условий. Проверка хотя бы части физических законов в ИСО, движущейся по отношению к Земле со скоростью, например, более половины скорости света, пока ещё не проводилась. Мы принимаем его как и принимают постул ат: на веру. В сущности, принцип постоянства скорости света является одной из формулировок этого постул ата: в любой ИСО фотоны движутся с одной и той же скоростью. Однако, возникает веское основание против этого: квантовая нелокальность. О том, что квантовая механика несовместима с теор ией относительности, говорилось много и давно:
«Although faster-than-light force propagation speeds do violate Einstein special relativity (SR), they are in accord with Lorentzian relativity, which has never been experimentally distinguished from SR-at least, not if favor of SR» [1].
(«Хотя распространение силы быстрее света нарушает специальную теор ию относительности Эйнштейна (СТО), она находится в согласии с относительностью Лоренца, которая никогда экспериментально не расходилась с СТО, не иначе как в пользу СТО» [1]).
«Основная угроза нелокальности (если исключить ее поразительную внутреннюю сущность), связана с тем, что она таит в себе колоссальные противоречия со специальной теор ией относительности в том виде, в каком мы ее знаем» [2].
«... в своей современной формулировке общая теор ия относительности и квантовая механика не могут быть справедливы одновременно» [4].
«Между квантовой теор ией и специальной теор ией относительности существует неустранимое противоречие, касающееся скорости передачи взаимодействия и квантовой нелокальности» [9].
«Между тем принцип специальной теор ии относительности действительно
запрещает в природе что-либо более быстрое, чем свет, и тогда этот тезис приходит в противоречие с нелокальным поведением природы, подтверждаемое Белл – экспериментами» [14].
Действительно, мгновенность передачи «квантовой информации» несовместима с постул атом о предельности скорости света. Против этого по большому счёту выдвигается два оправдания. Первое: квантовая информация формально не передаёт классической информации, которую можно извлечь. Второе: сверхсветовые перемещения явным образом теор ией относительности не запрещены. Эти оправдания ошибочны. Во-первых, запутанность явным образом позволяет синхронизировать часы в движущихся ИСО и, тем самым, демонстрирует, что часы идут синхронно [9, 10]. Во-вторых, теор ия относительности несовместима со сверхсветовым движением. При наличии сверхсветового движения (тахиона) теор ия относительности даёт абсурдные предсказания от мнимых физических характеристик до перемещения во времени и нарушения причинности [11,12]. Например, хорошо известные уравнения Лоренца для сокращения длин движущихся отрезков и темпа хода часов приводят к плохо объяснимым мнимым величинам:
(1)
где γ - лоренцев множитель.
Квантовая нелокальность требует наличия физического носителя квантовой информации, какими бы ни были её внешние проявления (вероятностный характер). Это следует из стандартной модели взаимодействий и частиц. Каждому виду взаимодействия соответствует тот или иной носитель. Сильное взаимодействие осуществляется посредством глюонов, слабое – бозонов, электромагнитное – фотонов и гравитационное – гравитонов. То, что две запутанные квантовые частицы осуществляют «синхронизацию» своих состояний со сверхсветовой скоростью, означает, что ни один из перечисленных «переносчиков» взаимодействий не может осуществить эту операцию. Следовательно, безусловно, должен быть ещё какой-то, сверхсветовой переносчик. Таким переносчиком может быть тахион. Но это обобщённое название сверхсветовой частицы. Для квантовой информации может быть использовано более походящее название – квантино, впервые использованное Вейником. Сам факт существования нелокальности, запутанности требует наличия тахиона, квантино, то есть может рассматриваться как доказательство их существования.
Факт существования тахиона несовместим с математикой СТО – её вторым постул атом. Инвариантность скорости света имеет следствием её предельность. Ошибкой является утверждение, что теор ия относительности не запрещает сверхсветовые скорости. Легко показать, что любая сверхсветовая скорость делает невозможным инвариант скорости света [12]. Действительно, рассмотрим «поэлементно» одно из уравнений Лоренца, часто встречающихся в литературе:
(2)
Опишем величины, входящие в подкоренное выражение полным, развёрнутым текстом:
с - это скорость света, инвариантная величина, значение которой неизменно, из какой бы системы отсчёта мы её ни фиксировали;
v - это скорость инерциальной системы отсчёта, движущейся относительно условно неподвижной системы, и длина которой с точки зрения неподвижной системы вычисляется в этом уравнении.
Согласно правилам теор ии относительности инерциальная система отсчета представляет собой, условно говоря, некоторую тележку, с которой связана система координат, и на которой установлены часы. Отсюда сразу же с далеко идущими последствиями становится видна весьма сомнительная процедура применения этого выражения (2) к тахиону. Действительно, мы считаем, что в этом выражении v - это скорость тахиона. Тогда в соответствии с канонами специальной теор ии относительности мы фактически утверждаем, что с тахионом связана инерциальная система отсчёта, тележка с часами и осями координат. Если существует скорость передачи информации (или движения), превышающая скорость инварианта, в теор ии относительности неизбежно возникает парадокс, абсурд. Представим себе эту систему отсчёта, связанную с тахионом, из которой мы наблюдаем за движущимися мимо неё фотонами. Эти фотоны из тахионной системы отсчёта будут иметь разную скорость, которая зависит от скорости тахиона! Представим себе, например, попутное движение фотона в тахионной системе отсчета:
Рис.4. Движущаяся тахионная система отсчёта и сравнение скоростей фотонов γ1 в неподвижной и γ2 в подвижной системах отсчёта
Согласно уравнениям Лоренца, но вопреки известному явлению сокращения здесь будет наблюдаться обратный эффект: движущаяся со сверхсветовой скоростью ИСО будет… удлиняться. Выберем скорость v
(3)
произведя тривиальные преобразования, оценим эту скорость:
(4)
В этих уравнениях опущена мнимая единица, поскольку для устранения неприемлемых мнимых величин считается мнимой величиной собственная длина тахионного объекта (тахиона).
В момент времени, когда неподвижный и тахионный движущийся источники фотонов поравняются, они испустят фотоны γ1 и γ2 . В рассматриваемом примере фотон ведёт себя не менее удивительно, чем тахион. В попутном с тележкой направлении фотон вообще не может двигаться от источника: источник всегда будет его обгонять. Но допустим, что это всё-таки возможно. Пусть фотон γ2 внутри тахионной системы отсчёта с точки зрения тахионного наблюдателя движется вперёд со скоростью света. Очевидно, что верхний фотон γ1 , испущенный неподвижным источником, будет отставать от нижнего фотона γ2 , испущенного тахионным источником. Эти два фотона в принципе не могут лететь рядом друг с другом. Нижний фотон γ2 должен двигаться с точки зрения неподвижного наблюдателя со скоростью не ниже скорости тахиона v скорость света в принципе не может быть инвариантом
Однако, все исследователи рассматривают тахион как лоренц-инвариантный объект. Следовательно, у него не может быть инвариантной скорости. В доказательство приводится релятиви стскоеэнерги и тахиона, из которого следует, что энерги я тахиона изменяется, поэтому и скорость его также не может быть одинаковой для всех ИСО. Но это явная рекурсия: изменчивость энерги и тахиона возникает вследствие того, что ему назначили лоренц-инвариантность, которая ведёт к изменчивости энерги и. Если же признать, что лоренц-инвариантность к тахиону неприменима, то всё неожиданно встаёт на свои разумные места. Скорость тахиона становится инвариантно-пригодной, исчезают все мнимые характеристики, движение в прошлое и нарушение причинности. Вот только скорость света переходит в разряд обычных скоростей. Таким образом, для устранения всех релятиви стских странностей и абсурдов при рассмотрении тахиона инвариантом следует считать скорость тахиона, а не скорость света. Отсюда неизбежно следует логическая цепочка: квантовая нелокальность требует наличия сверхсветового материального носителя информации в полном согласии со стандартной моделью элементарных частиц и взаимодействий; нелокальное явление запутанности позволяет доказать синхронность хода движущихся часов; сверхсветовой аргумент в дополнение к запутанности также отвергает инвариантность скорости света. Поэтому следует ожидать доказательства не инвариантности скорости света в реальном физическом эксперименте в духе опытов Маринова.
Однако, хочу ещё раз подчеркнуть: специальная теор ия относительности - это исключительно математическая теор ия. Вследствие этого она принципиально не может быть ошибочной, но только в рамках своих математических постул атов. Поэтому все попытки противников релятиви зма опровергнуть его мысленными (читай: математическими) экспериментам обречены на провал [13]. Кроме того, и применение её к реальности не имеет признанно подтверждённых отклонений. Но только конкретный физический эксперимент может показать, насколько полно математика специальной теор ии относительности описывает реальный физический мир.
Литература Дата обращения ко всем ссылкам: 20.03.2013.
Tom Van Flandern, The Speed of Gravity - What the Experiments Say. Meta Research, Univ. of Maryland Physics, Army Research Lab 6327 Western Ave., NW / Washington, DC 20015-2456 (metaresearch.org http://www.ldolphin.org/vanFlandern/gravityspeed.html Алберт Д., Галчен Р., Квантовая механика угрожает теор ии относительности, «В мире науки», №5, 2009, URL: http://www.liveinternet.ru/users/2537137/post102897039/ http://spkurdyumov.narod.ru/kvmehanika.pdf Галаев Ю.М., Эфирный ветер. Эксперимент в диапазоне радиоволн, - г.Харьков, ЗАО «Петит», 2000г., URL: http://ether.wikiext.org/wiki/Galaev_2011 http://ether.wikiext.org/mediawiki/images/0/01/Galaev_EV_2011.pdf Грин Б., Элегантная Вселенная: Суперструны, скрытые размерности и поиски окончательной теор ии, 2008, URL: http://stringworld.ru/files/Greene_B._Elegantnaja_vselennaja.djvu Довженко А.И., «Относительное движение Земли и светоносного эфира», URL: http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/8703.html Кахилл Р.Т., «Новый Эксперимент по Анизотропии Скорости Света: Обнаруженные Гравитационные Волны и Абсолютное Движение», (пер. с англ. А.М. Чепик) http://redshift0.narod.ru/Rus/Stationary/References/Cahill_Absolute_2006_1.htm Маринов С. «Экспериментальные нарушения принципов относительности, эквивалентности и сохранения энерги и», ФМР, 1995, №1, с.52-77, URL: http://www.macmep.ru/marinov.htm Приставко В., на форуме «Экспериментальная проверка ПО Эйнштейна», URL: http://dxdy.ru/topic35122.html Путенихин П.В., Квантовая механика против СТО, 2007, URL: http://quantmagic.narod.ru/volumes/VOL422007/p2130.html http://samlib.ru/editors/p/putenihin_p_w/kmvsto.shtml Путенихин П.В., Противоречие между квантовой механикой и СТО, 2010, URL: http://quantmagic.narod.ru/volumes/VOL732010/p3115.html http://samlib.ru/editors/p/putenihin_p_w/protiv.shtml Путенихин П.В., Сверхсветовая связь: тахион и причинность, 2013, URL: http://econf.rae.ru/article/7474 http://samlib.ru/editors/p/putenihin_p_w/causal.shtml Путенихин П.В., Тахион и теор ия относительности, 2013, URL: http://econf.rae.ru/article/7473 http://samlib.ru/editors/p/putenihin_p_w/tachyon.shtml Путенихин П.В., Три ошибки анти-СТО, (2011), URL: http://quantmagic.narod.ru/volumes/VOL842011/p4101.html http://samlib.ru/p/putenihin_p_w/antisto.shtm Суарец А., Выделенная система отсчета или мультиодновременность: смысл и значение предстоящего эксперимента. – Центр квантовой философии, Институт междисциплинарных исследований, Цюрих, Швейцария, 2006, URL: http://quantum3000.narod.ru/papers/edu/qm_sto_ru.pdf Штырков Е.И., Измерение параметров движения Земли и Солнечной системы // Вест. КРАУНЦ, Серия науки и Земле. 2005. №2 Вып. №6. С. 135-143, URL: http://www.masters.donntu.edu.ua/2009/ggeo/spicina/library/article8.htm http://www.kscnet.ru/kraesc/2005/2005_6/art18.pdf Эфирный ветер — сборник статей под ред. В.А.Ацюковского, URL: http://narod.ru/disk/13627158001/Ацюковский_Сборник_Эфирный_Ветер_2011_all.pdf.html
Адрес статьи в интернете:
Путенихин П.В., Проверка второго постул ата СТО, 2013, URL: http://www.econf.rae.ru/article/7513 http://samlib.ru/p/putenihin_p_w/postulat2.shtm
06.03 - 20.03.2013
Verification of the second postulate of special relativity Putenikhin P.V. m55@mail.ru Abstract Mathematics of special relativity is not refutable. Last chance for opponents of relativism - is to try to show the discrepancy of the mathematical theory special relativity for the real physical world. There is the quantum non-locality, which requires superluminal agent - tachyon, quantino. The superluminal information transfer rejects the invariance of speed of light, and allows you to show the real physical experiment that clocks in all inertial frames synchronous, thus rejecting the second postulate of special relativity. Therefore, you should expect other experiments that show not the invariance of speed of light. The article describes one of the possible experiments to disprove the second postulate.