Preprint (01.08.2003)
Date: Fri,01 Aug 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(специальная) теория относительности - принцип относительности -
преобразования Лоренца
СКОРОСТЬ СВЕТА В ВАКУУМЕ НЕ ОБЯЗАНА БЫТЬ ПОСТОЯННОЙ
А.М.Чепик, Нижний Новгород,
e-mail: redshift0@narod.ru
Абстракт
В этой статье рассматриваются доводы за и против постоянства скорости света в вакууме, показывается возможность иной трактовки этих доводов с помощью новой частной (специальной) теории относительности (НеЧТО).
1. Введение
Мы привыкли считать скорость света в вакууме величиной постоянной. Этому есть
много причин, некоторые из которых перечислены ниже:
1. Измерение скорости света от источника, неподвижного
относительно приёмника. Скорость света определена на
настоящий момент, как постоянная величина c=299792458,0 (+-1,2)[м/сек].
2. Измерение скорости света от двигающегося источника или
двигающимся приемником. Измерения дают ту же скорость света в пределах не меньшей
ошибки.
3. Измерение видимого движения звёзд в двойных
системах. Измерения показывают справедливость
закона тяготения Ньютона.
4. Принцип независимости скорости света:
«Скорость света в вакууме одинакова во всех инерциальных системах отсчета (ИСО)»,
являющийся основой классической специальной(частной) теории относительности(СТО или ЧТО), которая,
в свою очередь, подтверждается экспериментами:
5. Сравнение скоростей тела в
разных ИСО соответствует формуле релятивистской суммы скоростей.
6. Измерения изменения частоты света
от двигающегося источника соответствуют релятивистской формуле Доплера.
7. Существование поперечного эффекта Доплера.
8. Измерения увеличения энергии двигающейся частицы соответствуют
формуле полной энергии (Эйнштейна).
9. Существование доказательств Общей теории относительности (ОТО)
является доказательством правильности ЧТО, как частного её случая.
Рассмотрим каждый из этих доводов. Покажем, что возможно иное их истолкование:
Во-первых, с точки зрения точности измерений. Например, если бы ошибка измерения давления атмосферы составляла 10%, то мы имели бы право утверждать, что давление атмосферы у поверхности Земли постоянно, и строить теорию ветра как следствия взмахов крыльев птиц.
Во-вторых, с использованием новой частной теории относительности.
В-третьих, с использованием правила доказательства альтернативных гипотез, которое гласит, что нет иного пути доказательства гипотезы кроме отвержения всех её альтернативных гипотез.
Рассмотрим также несколько доводов против постоянства скорости света.
2. Супремум скорости взаимодействия вещества.
Новая частная теория относительности
Основой частной теории относительности(ЧТО) являются два постулата (в формулировке Эйнштейна [5,c.147]): 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». С их помощью можно вывести преобразования Лоренца – соотношения, связывающие величины пространственно-временных координат в различных инерциальных системах отсчёта.
Но Логунов [2] показал, что для вывода преобразований Лоренца в плоской 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. (В "Теории поля" Ландау и Ливщица [1] использован термин максимальная скорость взаимодействия материи . По сути это супремум(верхняя грань) скорости взаимодействия материи, так как достижимость этого максимума строго не доказана. Показанная там независимость этого максимума от ИСО даёт эквивалентность этой величины и константы Логунова-Лоренца, так как в одном пространстве две разные постоянные величины одинаковой размерности не могут одновременно быть максимальными.) 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 в [4] была выдвинута гипотеза:
Константа Логунова-Лоренца cL отличается от скорости света.
Естественно, что это отличие, если оно существует, должно быть меньше современной ошибки измерения скорости света. В связи с возможным 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.
Теория, явившаяся результатом этой гипотезы, названная новой частной теорией относительности, или НеЧТО (НеоЧТО), построена только на одном постулате - Принципе относительности.
В качестве следствия получается, что многие выводы ЧТО выполняются для НеЧТО
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
]-1/2;
- выполняются преобразования Лоренца, связывающие значения
координат в двух ИСО;
- существуют формулы релятивистской суммы скоростей и
формулы суммы их проекций; в частности, для неподвижного приёмника формула
скорости фотона c2 от источника, строго отдаляющегося от
приёмника со скоростью V, имеет вид:
c2= (c-V)/(1 – c V / cL2) (1)
- к фотону можно относиться, как к
обычной частице, так как в НеЧТО нет запрета на ненулевую массу фотона;
- формула Доплера в НеЧТО
аналогична формуле Доплера для фазовой скорости VP в среде в ЧТО
[3, т.1, с. 323] или для волн де Бройля, в частности, в системе
отсчёта приёмника частота фотона f2
зависит от частоты фотона f от источника,
двигающегося со скоростью V, которая
составляет угол a с направлением
вектора скорости c фотона (с учетом
того, что VP=cL2 / V):
f2= f [1- (V/cL)2 ]1/2 / (1 – c V cos a/ cL2) (2)
3. Анализ доводов постоянства скорости света
1. Постоянство 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. Как ведут себя фотоны в пределах этой ошибки, нам пока
неизвестно.
2. Измерения скорости света от двигающегося источника или двигающимся
приемником.
Анализ формулы суммы непараллельных скоростей
в НеЧТО показывает, что наибольшее отличие скорости тела в разных ИСО достигается при
противоположных направлениях векторов скорости тела и скорости двигающейся ИСО, то
есть в формуле (1).
Обозначим k= 1– c/cL –коэффициент
отличия между скоростью некоторого фотона и
супремумом скорости взаимодействия вещества в ИСО источника, а k2= 1–
c2/ cL - в ИСО приёмника. Тогда
k<5·10-11 и k2= k(1+V / cL)/(1
–(1–k)V / cL ) .
Величина
k
сегодня
не
известна.
Но
любое
k>0
приводит
к
НеЧТО,
не
к
ЧТО.
Например, если k<10-32,
то k2 будет меньше 5·10-11 для всех скоростей V,
меньших cL(1-4·10-20), то есть для
всех γL
: γL<3·109 . Даже для таких больших скоростей источника
скорость фотона будет казаться постоянной. Такие же расчеты показывают наличие
"постоянной", в пределах ошибки измерений, скорости фотона и для двигающегося
приёмника. Таким образом, кажущаяся независимость скорости света от скорости
источника и скорости приёмника может иметь другое
объяснение.
3. Измерение видимого движения звёзд в двойных системах.
Эйнштейн говорил о движении звёзд в двойных системах
[5,с.140]: "Измерения показывают справедливость закона тяготения
Ньютона... Предположим, что скорость света зависит от скорости источника...
В этом случае всё движение казалось бы нам чрезвычайно запутанным и было бы
невозможно при отдалённости двойных звёзд подтвердить справедливость того же
самого закона тяготения, который управляет движением нашей планетной системы."
Конечно, прежде всего под зависимостью скорости света
он подразумевал классическую "баллистическую гипотезу" Галилея, которая гласит:
c'= c+V, где c' - скорость фотонов во второй системе отсчета,
двигающейся со скоростью V относительно первой системы отсчета, в которой
скорость фотонов равняется "c". При такой
зависимости должна быть видна
неравномерность скорости движения звёзд по
орбите, то есть не должен был бы выполняться
закон тяготения Ньютона. Отсутствие таких наблюдений и практически точное
выполнение второго закона Кеплера позволяло отвергнуть
"баллистическую гипотезу". Тем самым
подтверждалась гипотеза постоянства скорости света.
Но поскольку альтернативность этих гипотез не была
доказана, то такой вывод не является правомочным. Действительно, в НеЧТО для
скорости звезды до 100 км/сек изменение скорости фотонов оказывается
много меньше ошибки измерения этой скорости.
То есть обе теории ЧТО и НеЧТО в
пределах ошибки измерения дают одинаковый результат
для скорости фотонов. В этом случае мы также
не увидим (в пределах ошибки)
неравномерности движения двойных звезд и
невыполнения законов Ньютона. Следовательно, отбраковка
"баллистической гипотезы" Галилея не может подтвердить правильность теорий ЧТО
или НеЧТО.
4. Принцип независимости скорости света.
Это
единственный аргумент, непосредственно не связанный с измерением физических
величин. И поэтому он наименее доказателен и наиболее уязвим - как оказалось,
теорию относительности можно построить и без него.
5. Сравнение скоростей тела в разных ИСО соответствует формуле релятивистской
суммы скоростей.
Как
показывает формула суммы скоростей (1) измерение скорости тела в разных ИСО в
НеЧТО даёт результаты, отличие которых от результатов аналогичной формулы в ЧТО не
выходит за пределы ошибки измерения для любой достижимой в настоящий момент
скорости тела.
6. Измерения изменения частоты света от
двигающегося источника соответствуют релятивистской формуле
Доплера.
Измерение частоты
фотона в разных ИСО в НеЧТО по формуле (2) даёт результаты, отличие которых от
результатов формулы Доплера в ЧТО не выходит за пределы ошибки измерения для
любой достижимой в настоящий момент скорости источника.
К тому же удивляет
малая точность проверки формулы Доплера - в "Физической энциклопедии" [3,т.3,с.501]
сказано, что в 1986 году формула Доплера проверена с точностью
3·10-4.
7. Существование поперечного эффекта Доплера.
Формула (2) также показывает существование
поперечного эффекта Доплера
в НеЧТО, величина которого с точностью до ошибки измерения равна величине
аналогичного эффекта в ЧТО.
8. Измерения увеличения энергии двигающейся частицы соответствуют формуле
полной энергии (Эйнштейна).
Величина полной энергии в НеЧТО
E= m cL2 γL также мало отличается от
аналогичной величины в ЧТО.
Таким образом, ни один из вышеперечисленных доводов не свидетельствует в пользу ЧТО, поскольку в такой же мере они относятся и к НеЧТО. Этот вывод можно распространить на все эффекты, связанные со скоростью фотонов.
9. Существование доказательств Общей теории относительности (ОТО) является
доказательством правильности ЧТО, как частного её случая.
Доказательства ОТО являются всего лишь свидетельствами против теории Галилея
и теории Ньютона. По вышеупомянутому
принципу доказательства следует построить, а затем
отбраковать все возможные теории гравитации, кроме ОТО. Лишь тогда эти свидетельства
можно будет считать доказательствами ОТО. Это, конечно, не сделано. Совпадение с
некоторой точностью экспериментальных и теоретических результатов может не оказаться
доказательством в пользу ОТО, как это и
показано выше для ЧТО.
4. Анализ доводов против постоянства скорости света
В НеЧТО фотоны имеют одинаковую ненулевую массу, разные скорости и разные частоты. Относительная скорость двух фотонов всегда определена однозначно. Фотон может иметь собственную систему отсчета, в которой он покоится. Однозначно определены для конечного множества фотонов в произвольной системе отсчета суммарный (релятивистский) импульс и средняя скорость этого множества.
(Определение: средней скоростью конечного множества называется среднее арифметическое векторов перемещения всех точек множества за единицу времени, деленное на единицу времени.)
В системе отсчета ИСО2, двигающейся с небольшой скоростью в направлении вектора суммарного импульса множества в некоторой ИСО1, суммарный импульс уменьшится. Суммарный импульс изменит знак направления, если ИСО2 будет иметь достаточно большую скорость. Следовательно, существует система отсчета, в которой суммарный импульс равен нулю, в силу его ограниченности и непрерывности изменения. Аналогично, существует система отсчета, в которой средняя скорость множества фотонов равна нулю.
Рассмотрим аналогичные вопросы в ЧТО. Здесь фотоны имеют нулевую массу, одинаковую скорость и разные частоты.
1. 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 постоянна и равна с; если скорости направлены в одну сторону - не определена. А почему не определена? Разве два параллельно летящих фотона не должны иметь нулевую относительную скорость? Ведь, будучи одновременно выпущенными одним источником, они одновременно попадут в приемник. А выпущенные разными источниками в одном направлении, они в любой момент времени будут находиться в точках, расстояние между которыми постоянно. То есть, формулы ЧТО неточно отражают реальную действительность.
2. Общеизвестно, что фотон в ЧТО не имеет собственной системы отсчета, в которой он покоится. ибо в такой системе тела не смогут иметь разные скорости. Соответственно, также не может иметь собственной системы отсчета множество однонаправленных фотонов (луч света). А значит, нет системы отсчёта, в которой суммарный (релятивистский) импульс этого множества может быть равен нулю. И нет системы отсчёта, в которой средняя скорость этого множества может быть равна нулю.
3. Для множества разнонаправленных фотонов мы можем найти систему отсчёта, в которой суммарный (релятивистский) импульс этого множества может быть равен нулю. Но оказалось, что и в этом случае существуют множества фотонов, для которых нет системы отсчёта, в которой средняя скорость этого множества может быть равна нулю.
Пример: Имеется множество из 3 фотонов одинаковой частоты, 2 фотона двигаются в ИСО1 в одном направлении, а третий - в противоположном направлении. Средняя скорость множества фотонов равна c/3. Но в любой ИСО2, двигающейся относительно ИСО1 параллельно вектору найденной скорости, средняя скорость этого же множества фотонов опять равна c/3, так как скорости фотонов в ИСО2 остались прежними. Ясно, что в любой ИСО2, двигающейся не параллельно вектору средней скорости множества в ИСО1, средняя скорость множества в ИСО2 не может быть нулем из-за наличия ненулевой проекции средней скорости на перпендикулярные оси. Следовательно, для указанного множества нет системы отсчёта, в которой средняя скорость этого множества может быть равна нулю. Кроме того ясно, что средняя скорость этого множества из 3 фотонов не определяется однозначно, (несмотря на однозначность вычисления её по определению), так как при преобразовании средней скорости множества из произвольной ИСО2, двигающейся параллельно этой скорости, по формуле релятивистской суммы скоростей получаем новую среднюю скорость множества в ИСО1, отличающуюся от c/3. То есть, средняя скорость множества из 3 фотонов не определяется однозначно.
Такая неопределенность в ЧТО имеет огромное значение, ибо в таком случае есть довод против теории относительности в целом: Величина, измеренная (вычисленная) в одной ИСО и преобразованная в другую ИСО по законам ЧТО, не равна величине, измеренной(вычисленной) непосредственно во второй ИСО. А это означает, что законы преобразования неправильны, или не применимы к такой величине.
5. Выводы
1. Анализ доводов в поддержку тезиса о постоянстве скорости света показал, что нет доводов, однозначно его подтверждающих.
2. Формулы ЧТО неточно отражают реальную действительность.
3. В ЧТО формула суммы скоростей не правильно преобразует среднюю скорость множества фотонов из одной ИСО в другую.
4. Существует частная теория относительности, построенная без принципа независимости скорости света.
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", (Spacetime&Substance Journal, № 3(18)-2003.)
[5] А. Эйнштейн, Л. Инфельд. Эволюция физики, (М., Наука, 1965.)
- - - - - - - -
SPEED OF LIGHT IN VACUUM IS NOT OBLIGED TO BE A CONSTANT
Alexander M. Chepick
Nizhni Novgorod, Russia
e-mail: redshift0@narod.ru
Abstract
In this article a part of pros and cons of a light's speed constancy of in vacuum are examined, the opportunity of other explanation of these reasons is shown with the help of the new particular (special) relativity theory (NePaRT).
Key words: special relativity theory - relativity - Lorentz transformation laws.
- - - - - - - -
Главная страница
Eng
Последняя коррекция 26.09.03 23:18:15