Preprint (17.01.2003)
Date: Fri, 17 Jan 2003 21:08:18 GMT
From: redshift0@narod.ru (Alexander Chepick)
Organization:
Newsgroups: sci.physics, sci.astro, alt.sci.physics.new-theories
Subject: новая частная теория относительности
Key words: частная теория относительности

ОСНОВЫ НОВОЙ ЧАСТНОЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

А.М. Чепик, Нижний Новгород,

e-mail: redshift0@narod.ru

Статья опубликована в ж."Spacetime & Substance"  №3(18)-2003)

В этой статье выдвинута гипотеза о возможности отличия супремума скорости распространения взаимодействия материи от скорости света в вакууме, приводятся доводы в пользу этого, показывается возможность построения новой частной теории (НеЧТО) относительности без принципа независимости скорости света.

1. Введение

Основой частной теории относительности(ЧТО) являются два постулата: Принцип независимости скорости света: «Скорость света в вакууме одинакова во всех инерциальных системах отсчета (ИСО)»; и Принцип относительности: «Все физические явления при одинаковых начальных условиях протекают одинаково во всех ИСО » (в формулировке Эйнштейна [5,c.147]). С их помощью можно вывести преобразования Лоренца – соотношения, связывающие величины пространственно-временных координат в различных инерциальных системах отсчёта. В ЧТО общеизвестна формула эффекта Доплера, выражающая зависимость принимаемой частоты света от испущенной частоты света. Проверка этой формулы послужила подтверждением частной теории относительности Эйнштейна. В "Физической энциклопедии" [3,т.3,с.501] сказано, что в 1986 году формула Доплера проверена с точностью 3·10-4. Но почему точность выполнения этой формулы столь невелика? Ведь входящие в неё величины измеряются с гораздо большей точностью : частота - 10-16,  угол - 5·10-10.  Скорость света определена на настоящий момент, как 299792458,0 (+-1,2)[м/сек], точность составляет 4·10-9[3, т.4, с. 549]. 

Нет ли физических причин, не позволяющих увеличить точность проверки выполнения этой формулы? Ведь возможности для этого имеются, более того, формулу применяют для расчетов скоростей потоков газов внутри галактик и других приложениях, где требуемая точность расчетов должна быть не менее 10-5. Есть и другие основания для сомнения в точности этой формулы, например, не симметричное расстояние и красное смещение у удаляющихся от нас джетов некоторых квазаров по сравнению с красными смещениями самих этих квазаров и их приближающихся к нам джетов.

Поскольку вывод формулы Доплера основан на ЧТО, то, может быть, дело именно в этой теории?

В то же время Логунов [2] показал, что для вывода преобразований Лоренца в плоской евклидовой статической Вселенной Принцип независимости скорости света не требуется, достаточно одного Принципа относительности. Более того, из Принципа относительности следует существование во всех ИСО некоторой постоянной величины (обозначим её cL- константа Логунова-Лоренца), имеющей размерность скорости, и по смыслу этих преобразований являющейся максимальной допустимой скоростью. Но так как эта величина при измерениях оказалась с большой точностью равна скорости света, то Эйнштейн принял решение постулировать Принцип независимости именно скорости света. Что касается теоретического доказательства того, что константа "с" в уравнениях преобразования времени и метрических координат из одной системы отсчёта в другую и есть скорость света, то без Принципа независимости скорости света такого доказательства попросту нет!

Поэтому была выдвинута гипотеза : 

 Константа Логунова-Лоренца cL отличается от скорости света. 

Естественно, что это отличие, если оно существует, должно быть близко к современной ошибке измерения скорости света. 

В связи с предполагаемым непостоянством скорости фотонов следует сделать различие в терминологии: "скорость фотонов" – это скорость световых частиц в любой конкретной системе отсчёта, а под "скоростью света" будем подразумевать скорость фотонов заданной частоты в собственной системе отсчёта источника (ССОИ). В этой ИСО фотоны одной частоты, излученные источником, имеют некоторую скорость c, одинаковую во всех направлениях, в силу одинаковых начальных условий и изотропности условий их распространения. Для определенности будем считать, что термин "скорость света" в формулировке гипотезы означает скорость фотонов в ССОИ. 

В "Теории поля" Ландау и Лифшица [1] показана независимость от ИСО супремума скорости распространения взаимодействия материи (что даёт эквивалентность этой величины и константы Логунова-Лоренца, так как в одном пространстве две разные  постоянные величины одинаковой размерности не могут одновременно быть максимумами). А для скорости света они рассматривали лишь две гипотезы: Принцип независимости Эйнштейна и "баллистическую" гипотезу", которая гласит: c'=c+V, где c' - скорость фотонов во второй системе отсчета, двигающейся cо скоростью V относительно первой системы отсчета, в которой скорость фотонов равняется "с" [1]. Приведя доводы против второй гипотезы, они посчитали, что доказали необходимость первой, хотя не была доказана альтернативность этих гипотез. На самом деле в условиях принципа относительности Эйнштейна альтернативой Принципу независимости Эйнштейна является гипотеза, предлагаемая к рассмотрению в этой статье, а не баллистическая гипотеза.

В качестве следствия предложенной к рассмотрению гипотезы получается, что многие выводы ЧТО выполняются с небольшой модификацией, а именно:
- величина относительной скорости одного тела в собственной системе отсчёта второго тела равна величине относительной скорости второго тела в собственной системе отсчёта первого тела;
- существует коэффициент замедления темпа времени γL, который имеет вид:    γL= [1- (V/cL)2 ]-½;
- выполняются преобразования Лоренца, связывающие значения координат в двух ИСО;
- существуют формулы релятивистской суммы скоростей и формулы суммы их проекций; в частности, для неподвижного приёмника скорость фотона от источника, строго отдаляющегося от приемника со скоростью V, имеет вид: 

c2= (c-V)/(1 – c V / cL2)                (1)

Но теперь скорость фотонов заданной частоты постоянна только в ИСО источника, в других ИСО, движущихся относительно источника, скорость фотона может иметь разную величину, она может быть как больше c, так и меньше c, в частности, она равна нулю относительно параллельно летящего фотона. С фотонов снята их исключительность, они сравнялись с обычными частицами. Только в НеЧТО фотоны могут иметь массу. Лишь теперь появилась возможность получить ответы на многие вопросы, связанные с фотонами, например: Чему равна относительная скорость двух фотонов? - вопрос, на который стандартная ЧТО бессильна ответить однозначно, а именно: если вектора скоростей фотонов не параллельны, то их относительная скорость равна с; если направлены в одну сторону - не определена. А почему не определена? Разве два параллельно летящих фотона не должны иметь нулевую относительную скорость? Для реальных объектов это неоспоримо. Если, конечно, фотоны реальны... То есть, формулы ЧТО неточно отражают реальную действительность.

Поэтому теория, явившаяся результатом этой гипотезы, названа новой частной теорией относительности, или НеЧТО (НеоЧТО).

Несмотря на неизмеримое в обычных условиях отличие выводов ЧТО и НеЧТО, можно указать условия, когда эти отличия дают ощутимый результат. В статье [4] на основании предложенной гипотезы о несовпадении скорости света в вакууме и супремума скорости  распространения взаимодействия материи даются объяснения зависимости от расстояния для w-фактора кривой абсолютной светимости Сверхновых Ia типа; и до сих пор необъяснённому в ОТО s-фактору.


2. Ограничения применимости физических теорий, принципов и постулатов и Супремум скорости распространения взаимодействия вещества

1. Любая физическая теория имеет ограниченную область применения.

Во-первых, она применяется для ограниченного класса явлений.
    Во-вторых, она имеет ограниченную область определения, то есть выполняется с некоторой заданной точностью для параметров, ограниченных в своих значениях в совокупности и/или по отдельности. Для неограниченных в принципе параметров такое ограничение всегда бывает и сверху и снизу, для ограниченных – вблизи предельных значений.

2. Формула любой теории, трактующей соответствующий ей физический закон, дает приближённое, а иногда вероятностное значение.

    Во-первых, из-за ограниченной точности определения входящих в формулу параметров и констант.
    Во-вторых, из-за приближённой формулы, представляющей этот закон. Зачастую в формулах отбрасываются несущественные члены из-за их малой величины. Бывают формулы, для которых нет точного выражения (типа «не берущийся интеграл»).
    В третьих, из-за приближённой, идеализированной формы описания этого закона.

    Например, формула Кулона, выражающая зависимость силы притяжения (отталкивания) между электрическими зарядами. Формула выполняется для неподвижных зарядов, размеры которых считаются точечными, то есть бесконечно малыми по сравнению с расстоянием между ними. формула не выполняется для малых расстояний, меньших размера атома, но не по той причине, что мы не знаем размера заряда в заряженных частицах (размер электрона с достаточной точностью точечный по сравнению с размером атома), а потому, что на таких расстояниях появляется явление экранирования. Формула не может быть проверена для очень больших расстояний и для очень больших зарядов. Неизвестна также выполнимость формулы для зарядов, меньших заряда кварка, так как таковых мы не имеем.

3. Поскольку принципы и постулаты, относящиеся к физическим величинам, по своей сути есть физические теории, то они, как и теории, могут применяться лишь с определёнными ограничениями.

    Например, постулат Эйнштейна о независимости скорости света в любой инерциальной системе отсчёта. Он относится к реальному физическому параметру – скорости фотонов. Проверить постулат можно лишь для ограниченных скоростей источника и приёмника. А для скорости источника, близкой к предельному значению, постулат заведомо нельзя применять в силу предыдущих рассуждений. Так что вполне естественно, что в построенных на его основе теориях могут получаться результаты, не совместимые с физическим смыслом.

4. Супремум скорости распространения взаимодействия вещества есть константа

    Как же тогда поступить с утверждением, что супремум скорости распространения взаимодействия вещества во Вселенной есть константа?
    Во-первых, это не постулат, а теорема. В самом деле, если предположить, что эта величина зависит от скорости источника или приемника, то она не будет верхней гранью.
    Во-вторых, эта величина не соотносится ни с одним физическим объектом. Она не является скоростью какого-либо объекта, это верхний предел таких скоростей.
    Поэтому этому утверждению судьба теории или постулата не грозит, оно будет существовать в неизменном виде до тех пор, пока существует Вселенная и вещество в ней.

    3. Вычисление скорости фотонов

    Очевидно, что в ССОИ, где источник неподвижен, фотоны заданной частоты, излученные им, имеют некоторую скорость c, одинаковую во всех направлениях, в силу изотропности условий их распространения. Чтобы фотон попал в движущийся приёмник, направление скорости фотона должно "опережать" действительное направление на приёмник. Пусть приёмник имеет скорость V и двигается под углом δ к направлению движения фотонов от источника. Ясно, что этот угол не меняется во время движения.

    Тогда в собственной системе отсчёта приёмника (ССОП), где источник двигается со скоростью V, фотоны, излучённые им, приобретают дополнительную скорость в зависимости от направления движения фотона, согласно НеЧТО. Результирующая скорость фотонов c2 и угол α между направлением их движения от источника и вектором V определяется по формулам релятивистской суммы проекций скоростей на направление скорости V:

c2,X=(c +V)/(1+ c ·V·cos δ /cL2)

c2,Y=c·sin δ [1– ( V/cL)2 ]½ / (1+ c ·V ·cos δ /cL2)

c2=(c22,Y +c22,Y)½

cos α = c2,X/ c2

где c2,X и c2,Y– соответственно x- и y-проекции скорости фотонов c2 .
Откуда получаем скорость c2, выраженную через c, V, cL и α.

Преобразования осуществляем в условиях реального в нашей действительности предположения: V<c. Условие V>=c в этой статье не рассматривается.

Выберем то решение этой системы уравнений, которое при стремлении c и cL к бесконечности даёт соотношение cos δ=cos α .

Обозначим    β=V/cL; γL=[ 1– (V/cL)2 ]-½ ; γ=[ 1– (V/c)2 ]-½

γK-1=(γ -2sin2α + γL-2cos2 α)½ 

Величину γK можно назвать «гамма круговая», так как по своему определению она изменяется от γL до γ в зависимости от угла α.

Пусть k=1– c/cL – коэффициент отличия между скоростью света и супремумом скорости распространения взаимодействия вещества. В статье [4] этот коэффициент приближённо эмпирически определён, как k= 2.8·10-11.

В этих обозначениях получаем:

c2=cL[1- 

(1-(1-k)2) (1-β2cos 2 α)2

 ]½

(2)

(γL-1 +β(1-k) γ K-1 cos α)2

В частности, при строгом удалении источника, то есть, при cos α = -1, получается формула (1). Эта формула даёт значение скорости фотона в ССОП в зависимости от направления и скорости источника, поэтому её можно использовать для доказательства или опровержения НеЧТО.

   4. Анализ формулы скорости фотонов

    В "Физической энциклопедии" [3, т.4, с. 549] скорость света определена на настоящий момент, как c =299792458,0 (+-1,2)[м/сек]. Хотя точность здесь составляет 4·10-9, на современном этапе достижима точность измерения скорости света 5·10-11. 

 Возможно, причина этой недостаточной точности определения скорости света заключена именно в непостоянстве скорости фотонов.

Для анализа формулы (2) рассмотрим отношение скоростей c2 и cL: u(β,α)=c2/cL .

Так как различие между  cL и c находится за пределами доступной сейчас точности определения скорости света, то можно считать, что в формулах (1) и (2) cL совпадает с вышеуказанной величиной 299792458,000 [м/сек], а скорость света c=(1– k) cL= 299792457,992 [м/сек]. Здесь k=1–c/cL=2.8·10-11 –коэффициент отличия между скоростью света и супремумом скорости распространения взаимодействия вещества, приближенно эмпирически определённый в статье [4]. Но можно считать, что с вышеуказанной величиной 299792458,000 [м/сек] совпадает скорость света c, а cL=c/(1– k)= 299792458,008 [м/сек], - на величину u(β,α) этот выбор практически не повлияет. Скорее всего, в вакууме величина коэффициента отличия скорости фотона от супремума меньше вычисленного в статье [3], так как в реальном меж галактическом и межзвездном пространстве плотность среды (а, следовательно, и оптическая плотность) не нулевая, и поэтому измеряемый эффект изменения скорости фотонов для Сверхновой складывается из воздействия диспергирующей среды (замедление плюс красное смещение) и вклада релятивистcкой формулы разности скоростей оболочки Сверхновой и излучаемых ей фотонов.


    Анализ формулы (2) показывает, что при любом α для β<0.55 получается |u(β,α)-1|<10-10, а при β<0.95 получается |u(β,α)-1|<10-8, то есть различие значений формул в этой области определения находится в пределах обнаружения на современном этапе. Наибольшее отклонение от 1 при β<=1-10-9 отмечается в области α = π. Получаем при β<=0.972 точность совпадения с 1 u(0.972, α)= 1 - 2·10-9. При большей скорости получаем большие различия: u(0.99999972, α)= 1 - 2·10-4 , и это чисто при α=π, на остальных углах - различие меньше.

5. Выводы

1. В плоской евклидовой статической Вселенной в условиях действия Принципа относительности возможно построение теорииотносительности без Принцип независимости скорости света.

2. Величина c2/cL, выведенной для НеЧТО, отличается от 1 меньше, чем на 2·10-N, для относительной скорости источника V<(1-2,8·10-11+N)cL при N=(1-10). При V>=(1-2,8 · 10-10)cL отличие этого отношения от 1 может составлять более 20%.

3. Точность 10-4 совпадения с 1 отношения c2/cL в формуле скорости фотона (2) достигается для всех углов α и почти всего диапазона
скоростей источника света, а именно при V<(1-5,6 ·10-7)cL .

4. Орбитальная скорость Земли практически не влияет на скорость фотонов от звёзд, только на угол аберрации. Скорость звёзд и галактик относительно Земли почти не влияет на скорость фотонов от них.

5. Вышеуказанные расчёты показывают, что все проводимые до сих пор опыты по определению скорости света не противоречат НеЧТО.

6. Формулы (1) и (2) можно использовать для проверки скорости фотонов от движущегося источника с целью опровержения или подтверждения предлагаемой гипотезы.

7. Для проверки НеЧТО представляет интерес наблюдение вторичных фотонов, летящих в различных направлениях от ливня ионов, образованного космической частицей со сверхвысокой энергией.

8. С фотонов снята их исключительность, они сравнялись с обычными частицами. Только в НеЧТО фотоны могут иметь массу.

 

Литература:
[1] Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц. Теория поля, (М., Наука, 1988.)
[2] А.А.Логунов. Основы теории относительности, (М., 1982.)
[3] Физическая энциклопедия, (М., Советская энциклопедия, 1988-1992.)
[4] А.М. Чепик, Supremum скорости взаимодействия материи, Spacetime and
Substance, No. 3(13)-2002, с.122)
[5] А. Эйнштейн, Л. Инфельд. Эволюция физики, (М., Наука, 1965.)

- - - - - - - -

Principles of a New Particular Relativity Theory
Alexander M. Chepick, Nizhni Novgorod

Abstract

In this article the hypothesis about a possibility of distinction of the speed's supremum of a spreading of a matter interaction from speed of light in vacuum is offered, arguments in favor of it are suggested, the possibility of construction of a new particular relativity theory (NePaRT) without a principle of independence of the light's speed is demonstrated.

e-mail: redshift0@narod.ru

Главная страница                               Eng

Последняя коррекция 19.06.03 16:02:15



Хостинг от uCoz