Preprint (07.03.2003)
Date: Fri, 07 Mar 2003 05:08:18 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 - принцип относительности - преобразования Лоренца - преобразования Галилея.

ЧАСТНЫЕ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

А.М. Чепик, Нижний Новгород

e-mail: redshift0@narod.ru

Вопреки всеобщему мнению, классические преобразования Галилея не есть предельный случай преобразований Лоренца при бесконечной скорости света, так как при этом не имеет смысла баллистическая гипотеза. В этой статье доказано существование в изотропном статическом евклидовом пространстве ровно четырёх вариантов частной теории относительности при условии выполнения Принципа относительности Эйнштейна.

1. Введение

В физике широко применяется понятие инерциальной системы отсчета (ИСО), которое определяется, как «система отсчёта, в которой выполняется закон инерции: материальная точка, когда на неё не действуют никакие силы (или действуют силы взаимно уравновешенные), находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения». [3,т.2,c.145] Неявно подразумевается, что пространство, к которому применяется ИСО, является изотропным статическим трехмерным евклидовым пространством. Бесконечность и плоскость этого пространства следует из его евклидовости. В связи с тем, что в этом пространстве не будут рассматриваться силы гравитации, то любую теорию относительности в этом пространстве будем называть "частной" теорией относительности в соответствии с общепринятым значением этого термина. Английский перевод значения этого термина - "particular", немецкий - "speziell".

Для инерциальных систем отсчёта известно два принципа относительности: Галилея [5,c.130] - «Если законы механики справедливы в одной системе координат, то они справедливы и в любой другой системе, движущейся прямолинейно и равномерно относительно первой»; Эйнштейна [5,c.147] - «Все физические явления при одинаковых начальных условиях протекают одинаково во всех ИСО ».

Принцип относительности Галилея, понимается как «инвариантность уравнений механики относительно преобразований Галилея: t'=t; r'=r + Vt; (здесь V - относительная скорость двух ИСО) ...Из преобразований Галилея вытекает классический закон сложения скоростей как векторов в трёхмерном евклидовом пространстве». [3, т.1,c.392] В частности, для скорости света этот закон называется "баллистической гипотезой" и имеет вид: c'=c+V, где c' - скорость фотонов во второй системе отсчета, двигающейся со скоростью V относительно первой системы отсчета, в которой скорость фотонов равняется "с". Принцип относительности Галилея (ПОГ) вместе с преобразованиями Галилея составляют теорию относительности Галилея (ТОГ). Заметим, что баллистическая гипотеза (БГ) имеет смысл только для конечной скорости света. И на самом деле, до появления частной теории относительности Эйнштейна никто официально не рассматривал классические преобразования Галилея с учетом возможной бесконечной скорости света (ни до, ни после экспериментального определения её конечной величины). Даже Ньютон в его корпускулярной теории не делал этого. ТОГ совместно с баллистической гипотезой обозначим ТОГ+БГ.

Принцип относительности Эйнштейна (ПОЭ) вместе с принципом независимости скорости света (ПНСС): «Скорость света в вакууме одинакова во всех ИСО» (в формулировке Эйнштейна [5,c.147]), образуют базис частной (специальной) теории относительности (ЧТО,СТО) Эйнштейна, в которой выполняется инвариантность уравнений, описывающих любые физические законы, относительно преобразований Лоренца, связывающих величины пространственных координат и времени двух ИСО. Множитель γ в этих преобразованиях зависит от относительной скорости V двух ИСО и величины константы "с", считающейся равной скорости света.

Считается, что при бесконечной величине "с" преобразования Лоренца являются преобразованиями Галилея [1,c.22]. Получается, что значение "с" может определять вид преобразований и формулировку теории относительности? Что же это за величина?

Таким образом, в указанном пространстве существует по крайней мере две теории относительности. Их правильность определяется реальным устройством Вселенной. Выбор был сделан в пользу ЧТО. Но почему? Разве было доказано, что в рассматриваемом пространстве не может быть других теорий относительности? Разве эти теории являются в нем альтернативными?

В предлагаемой статье сделана попытка разобраться в этих вопросах.

2. Константа в преобразованиях Лоренца

Логунов [2] показал, что для вывода преобразований Лоренца в евклидовой изотропной 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 c_L- константа Логунова - Лоренца), имеющей размерность скорости, и по смыслу этих преобразований являющейся максимальной допустимой скоростью. При измерениях эта величина оказалась с большой точностью равна скорости света. Гениальность Эйнштейна проявилась в том, что он сумел сформулировать Принцип независимости скорости света, который приводил к именно такой величине постоянной с_L. Что касается теоретического доказательства того, что константа с_L в уравнениях преобразования времени и метрических координат из одной системы отсчёта в другую и есть скорость света, то без ПНСС такого доказательства попросту нет!

В "Теории поля" Ландау и Ливщица [1] показана независимость от ИСО максимума скорости взаимодействия материи. (Считаю для этого понятия более правильным термин "супремум", то есть верхняя грань, скорости взаимодействия материи, который объединяет в себе понятие достижимого и недостижимого предела.) Это даёт эквивалентность этой величины и константы Логунова-Лоренца, так как в одном пространстве две разные постоянные величины одинаковой размерности не могут одновременно быть максимумами). Точно таким же образом доказывается совпадение c_L и скорости света в случае выполнения Принципа независимости Эйнштейна. Они (как и другие физики) рассматривали лишь две гипотезы для скорости света : Принцип независимости Эйнштейна и "баллистическую" гипотезу". Приведя доводы против второй гипотезы (доводы в пользу первой гипотезы на самом деле также необходимо считать доводами против второй гипотезы, согласно правилу доказательства альтернативных гипотез), они посчитали, что доказали необходимость первой, хотя не была доказана альтернативность этих гипотез.

Как видно из предыдущих рассуждений, константой Логунова-Лоренца является супремум скорости взаимодействия материи.

Рассмотрим имеющиеся теории относительности с точки зрения соотношения величин супремума скорости взаимодействия материи (c_L) и скорости света (c).

Получаем, что ЧТО выполняется при совместном выполнении условий : c_L = c и c_L < ∞. (Здесь и далее выражение "c_L < ∞" означает "c_L  конечна", а выражение "c_L = ∞" означает "c_L  бесконечна", а именно: "Для любой, сколь угодно большой величины D, существует ИСО и объекты в ней такие, что скорость взаимодействия между ними больше D".)

Соответственно, ТОГ+БГ выполняется при совместном выполнении условий: c_L ≠ c , так как в этой теории скорость света не может быть константой; и c_L= ∞, так как предела скорости объектов не существует, следовательно, не существует и максимальной скорости взаимодействия материи.

3. Другие теории относительности

Естественной альтернативой Принципу независимости скорости света является невыполнение этого принципа. Если при этом (в указанном пространстве и действующем в нём принципе относительности) скорость света останется равна c_L, то по доказанному выше скорость света будет равна супремуму скорости взаимодействия материи, то есть, она будет постоянной и независимой от ИСО, а это и есть выполнение ПНСС. Таким образом, полученное противоречие, а также то, что в вышеуказанных условиях из ПНСС следует равенство c_L=c, показывает, что выполнение ПНСС эквивалентно равенству c_L = c, а невыполнение ПНСС эквивалентно неравенству c_L ≠ c.

Соответствующую этому неравенству гипотезу (теорию) относительности назовем новой частной теорией относительности (НеЧТО). Многие её свойства рассмотрены в статье "Основы Новой Частной Теории Относительности"[4]. Неравенство c_L ≠ c  соответствует формулировке "антипринципа" независимости скорости света , а именно: «Существуют ИСО, в которых скорость фотонов не одинакова». Эта формулировка может относиться как к разным фотонам в одной ИСО, так и к одному фотону или разным фотонам в разных ИСО. А термин "скорость света" следует понимать как скорость фотонов только в системе отсчёта источника. Фотоны одной частоты, излученные источником, имеют в его системе отсчёта некоторую скорость c, одинаковую во всех направлениях, в силу одинаковых начальных условий и изотропности условий их распространения. В этой гипотезе фотоны не выделяются в отдельный класс элементарных частиц, имеющих нулевую массу покоя и бесконечное время жизни. Поэтому эта гипотеза более проста, естественна, красива, следовательно, у неё больше прав быть истинной (по критериям Эйнштейна).

Таким образом, НеЧТО выполняется при совместном выполнении условий : c_L ≠ c и c_L < ∞.

Оставшийся вариант совместных условий : c_L = c и c_L= ∞, характеризует некоторую теорию относительности, в которой действуют преобразования Галилея, но свет распространяется мгновенно. Назовем эту теорию ТОГ∞. Ни реальность этой теории, ни другие свойства, вытекающие из сделанных предположений, нас не интересует. Для наших целей достаточно существование формулировки теории (гипотезы).

4. Альтернативность теорий относительности

Проанализируем таблицу Табл.1, в которой отражены связи между четырьмя рассматриваемыми теориями и задающими их соотношениями.

Таблица.1

Теории относительности и задающие их соотношения

Из Табл.1 ясно, что в ТОГ∞ и ТОГ+БГ, так же как и в ЧТО, необходимо рассматривать отдельно принцип относительности и гипотезу о скорости света (баллистическую гипотезу). Это приводит к тому, что на всю приведённую выше таблицу действует один принцип относительности, так как ПОЭ есть обобщение ПОГ, и между ними нет противоречий.

Также из таблицы ясно, что ЧТО и ТОГ+БГ ни при каких условиях не являются альтернативными гипотезами, следовательно, они не могут быть связаны, и не могут вытекать друг из друга при изменении какого-то одного условия.

Альтернативными гипотезами являются:
- при c_L = ∞ : ТОГ∞ и ТОГ+БГ;
- при c_L < ∞ : ЧТО и НеЧТО;
- при c_L = c : ТОГ∞ и ЧТО;
- при c_L ≠ c : ТОГ+БГ и НеЧТО.

5. Следствия

Вопреки широко распространённому мнению, классические преобразования Галилея не есть предельный случай преобразований Лоренца при бесконечной скорости света, так как при этом не имеет смысла баллистическая гипотеза.

На самом деле, в условиях выполнения принципа относительности Эйнштейна альтернативой Принципу независимости Эйнштейна является не баллистическая гипотеза, а "антипринцип" независимости скорости света. То есть, ТОГ+БГ является предельным случаем НеЧТО, а не ЧТО.

Хотя измерить непосредственно супремум скорости взаимодействия материи невозможно, так как не существует носителя такой скорости, тем не менее, вычислить ее можно, так как её величина равна величине c_L, которая участвует в определении множителя γ_L : γ_L=[ 1– (V/c_L)² ]^-½.
Как уже раньше было сказано, в экспериментах было определено, что c_L примерно равна скорости света, различия между этими величинами или нет, или оно лежит за пределами доступной точности измерений. Поэтому в нашей Вселенной не выполняются ТОГ∞ и ТОГ+БГ. И по той же причине ЧТО и НеЧТО пока что не различимы во всем доступном диапазоне скоростей.

Следовательно, в условиях нахождения в изотропном статическом трехмерном евклидовом пространстве и выполнения принципа относительности Эйнштейна, истинная частная теории относительности находится среди двух вариантов: ЧТО и НеЧТО.

Становится ясно, что искали в последних опытах Майкельсон, Морли и другие. В попытках найти эфир они искали никому неизвестную альтернативу ЧТО, сами не осознавая, что они ищут, искали НеЧТО, в прямом и переносном смысле.

Подведём итоги:
- все эксперименты, отрицающие ТОГ+БГ, необходимо трактовать в пользу и ЧТО, и НеЧТО;
- все эксперименты, подтвердившие ЧТО, подтверждают и НеЧТО, в силу их малого различия для всего доступного до сих пор диапазона скоростей, то есть НеЧТО имеет столько же прав называться теорией;
- НеЧТО более проста, чем ЧТО;
- "наследницей" классических преобразований Галилея является не ЧТО, а НеЧТО.

Таким образом: Выбор истинной теории - за Вами!

P.S.  ЧТО является частным случаем ОТО.

6. Выводы

1. В изотропном статическом трехмерном евклидовом пространстве и в условиях выполнения принципа относительности Эйнштейна, всего возможно построение четырёх частных теорий относительности, причем в двух из них выполняются преобразования Галилея.

2. Оставшиеся две теории относительности: ЧТО и НеЧТО, имеют равные права называться теорией, так как все эксперименты, отрицающие ТОГ+БГ, необходимо трактовать в пользу и ЧТО, и НеЧТО; все эксперименты, подтверждавшие ЧТО, подтверждали и НеЧТО, в силу малого различия результатов этих теорий во всём доступном до сих пор диапазоне скоростей.

3. НеЧТО более проста, чем СТО.

4. Классическая теория относительности Галилея, с учетом баллистической гипотезы, не есть предельный случай ЧТО при бесконечной скорости света, так как при этом  баллистическая гипотеза не имеет смысла.

5. ТОГ+БГ является предельным случаем НеЧТО.

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, "Основы Новой Частной Теории Относительности", (Интернет-журнал по физике, http://www.physics.nad.ru/cgi-bin/forum.pl,2003)
[5] А. Эйнштейн, Л. Инфельд. Эволюция физики, (М., Наука, 1965.)

- - - - - - - -

Particular Relativity Theories
Alexander M. Chepick, Nizhni Novgorod
e-mail: redshift0@narod.ru

Abstract

Contrary to general judgement, classic transformations of Galilei is not a limiting case of Lorentz transformation laws at infinite speed of light, as the ballistic hypothesis is not meaningful in such a case. In this article the existence of exactly four versions of particular relativity theory is demonstrated in an isotropic static Euclidean space under condition of fulfilment of the Einstein's Relativity Principle.

Key words: particular relativity theory - relativity - Lorentz transformation laws - Galilei transformation laws.

Главная страница                             Eng

Последняя коррекция 19.09.03 23:18:15