Попробуем разобраться в проблемах, описанных в предыдущих статьях, взглянув на происходящие во Вселенной процессы с несколько иной точки зрения. Хочу сразу извиниться за непривычное написание формул, не удобных для восприятия, но редактор Дзен не понимает формулы, написанные в Math Type, и не даёт изменить размеры шрифта.
В начале 20-го века триумфальное шествие физики Ньютона было нарушено появлением уравнений Максвелла, которые меняли свой вид при переходе от одной инерциальной системы координат к другой, если правила этого перехода задавать классическими преобразованиями Галилея.
Затем последовал знаменитый опыт Майкельсона – Морли по обнаружению эфирного ветра, который не обнаружил интерференции там, где она должна была быть.
Схема движения интерферометра, как это себе представляли Майкельсон и Морли
Эти два события явились толчком к появлению уравнений Лоренца – Эйнштейна и созданию Специальной теории относительности (СТО), которая, несомненно, оказалась революционной и внесла неоценимый вклад в дальнейшее развитие мировой науки.
Для вывода этих формул пришлось ввести четвёртую координату – время, создав шесть плоскостей, но решение этих уравнений велось только в плоскости xt. Попробуем разобраться в уравнениях Лоренца – Эйнштейна для СТО, исходя из физики Ньютона и преобразований Галилея, но с учётом конечности скорости передачи воздействий.
На данный момент известно, что Земля движется в пространстве, совершая обороты вокруг собственной оси, со средней скоростью – 0,46 км/с, перемещается по эллиптической орбите вокруг Солнца со средней скоростью – 30 км/с, летит в космосе вместе с Солнечной системой вокруг центра масс Галактики со средней скоростью – 220 км/с, смещается вместе с группой связанных галактик в направлении Кластера Норма или Великого Аттрактора - приблизительно со средней скоростью 627±22 км/с.
Составляющие траектории движения Земли
1 – Вращение Земли вокруг собственной оси.
2 – Перемещение Земли в пространстве вокруг Солнца.
3 – Перемещение Земли в пространстве вместе с Солнцем вокруг Галактики.
4 – Перемещение Земли в пространстве в направлении Великого Аттрактора.
Таким образом, очевидно, что Земля движется по некой кривой с огромной скоростью, с постоянным смещением относительно прямолинейной траектории, по которой распространяется в вакууме световой луч (точка на сфере распространения светового луча, радиально удаляющаяся от центра). Поэтому, направлять одно плечо интерферометра вдоль орбиты Земли не имеет смысла, так как, на самом деле, интерферометр вместе с Землёй будет двигаться со смещением относительно светового луча, независимо и прямолинейно распространяющегося в пространстве. Причём, с учётом длины этой траектории, действительно, можно принять её за прямую (как это сделали Майкельсон и Морли).
И, если допустить, что существует некая Мировая среда – поле, заполняющее пространство (вакуум), в котором, возбуждаемые источником электромагнитные волны, распространяются со скоростью света (скоростью распространения фронта электромагнитной волны в вакууме), являющейся максимально возможной для данной среды. То все виды воздействий и взаимодействий относительно этой среды между материальными частицами в пространстве происходят со скоростью света. Стоит сразу оговориться, что это не отменяет того факта, что для наблюдателя, находящегося в движущейся относительно среды системе, скорость света не будет постоянной, так как для него одновременно и пропорционально меняются как путь, который проходит фронт электромагнитной волны, так и время протекания физических процессов. Но ни сама среда, ни фронт такой волны, распространяющейся в этой среде, не зависят от скорости и траектории движения источника, вызвавшего возмущение в этой среде.
Начнём с того же, с чего и началось создание формул СТО, с преобразований Лоренца, которые на самом деле им не были выведены, а были написаны эмпирически, исходя из тенденции, замеченной в выведенной им формуле движения заряда в электрическом поле с учётом конечности скорости передачи воздействия. Эти преобразования выглядят следующим образом:
x’→(x-ut)/ (1-(u)2/(c)2)1/2, t’→(t-ux/(c)2)/(1-(u)2/(c)2)1/2,
Соответственно, уравнения Лоренца – Эйнштейна следующие:
L=L0(1-(u)2/(c)2)1/2 и T=T0(1-(u)2/(с)2)1/2.
Заметим, что в числителе преобразования Лоренца по x стоит формула преобразований Галилея x’=x-ut, а в знаменателе откуда-то появляется выражение (1-(u)2/(c)2)1/2. Напрямую из схемы исследования уравнения Льенара - Вихерта Лоренцем эти преобразования не выводятся. Как написал в своём курсе лекций по физике Р. Фейнман: «Мы смотрим на него (заряд) из движущейся системы координат, и нам кажется, что координаты следует преобразовать с помощью этих формул».
Теперь попробуем разобраться: откуда в уравнениях Лоренца - Эйнштейна берётся знаменатель (1-(u)2/(c)2)1/2?
Кажущееся (инерциальное) и реальное перемещение точки (заряда)
Для того чтобы это понять нужно принять во внимание, что нам придётся разобраться с тремя системами отсчёта: покоящаяся система отсчёта, в которой независимо от Земли, вместе с которой перемещается выбранная нами точка, распространяется фронт сферической световой волны, инерциальная система отсчёта, которая, как предполагал Лоренц, движется прямолинейно равномерно, и динамическая система отсчёта, движущаяся по некой криволинейной траектории с постоянной скоростью и постоянным смещением, относительно первых двух систем отсчёта. Учитывая, что мы выбираем несоизмеримо малое смещение нашей точки, вдоль этой траектории, по сравнению с её протяжённостью, можно, как это сделали Майкельсон и Морли, считать её прямолинейной, а скорость движения вдоль этой траектории и смещение, постоянными dS=vdt.
Чтобы наши обозначения максимально соответствовали привычным обозначениям, в том числе, выбранным Лоренцем, обозначим: в покоящейся системе отсчёта B = x, В инерциальной системе отсчёта B = xinert , C = x’.
Тогда, OB=ct; OB’=ctinert; OC=ct’; xinert=x-ut.
Но Лоренц, в своём уравнении, исследовал не движение систем координат, а передачу воздействия со скоростью света. Мы тоже рассмотрим распространение фронта световой волны в разных системах отсчёта относительно движущихся в них точек.
xinert=((c)2(t’)2-(v)2(t’)2)1/2=t’((c)2-(v)2)1/2·c/c=ct’(1-(v)2/(c)2)1/2=x’(1-(v)2/(c)2)1/2,
или x-ut= x’(1-(v)2/(c)2)1/2, тогда x’=(x-ut)/(1-(v)2/(c)2)1/2.
И мы вывели первую формулу Лоренца, которую, повторяю, он нашёл имперически. Но мы-то её вывели, предположив, что заряд движется неинерциально, со смещением вместе с Землёй относительно фронта световой волны, распространяющейся в вакууме независимо от движения Земли, а, следовательно, и заряда, как и происходит на самом деле. Это подтверждает, что уравнения Максвелла, в отличие от всех остальных уравнений, выведены для электромагнитных волн, распространяющихся независимо от системы отсчёта, связанной с Землёй, в то время как, уравнения, выводившиеся до этого, предполагали Землю, как неподвижную систему отсчёта. Поэтому уравнения Максвелла не подчинялись правилам для инерциальных систем.
У нас в уравнении появились две различные скорости, но так и должно быть, потому что реальная скорость в случае рассмотрения её в искусственно созданных координатах разделяется на две составляющие: движение вперёд и смещение. На самом деле это одна суммарная скорость перемещения в пространстве, и это видимое противоречие убирается, когда мы переходим к движению в некотором интервале пространства и времени. Обозначим длину или путь, перемещения точки, как L, тогда:
Linert=x2inert-x1inert=(x2-ut)-(x1-ut)=x2-x1=L,
тогда, L0=x2'-x1'=(x2-ut)/(1-(v)2/(c)2)1/2-(x1-ut)/(1-(v)2/(c)2)1/2=L/(1-(v)2/(c)2)1/2,
или L=L0(1-(v)2/(c)2)1/2, но L – это расстояние, которое проходит фронт электромагнитной волны за время t, а L0 – это расстояние, которое проходит фронт электромагнитной волны за время t’. Поэтому можно записать: ctinert=ct’(1-(v)2/(c)2)1/2.
Теперь разберёмся со временем. Лоренц называл это запаздыванием, время запаздывания можно обозначить как tdel, на самом деле, это время на которое запаздывает событие или скорость воздействия в разных системах отсчёта, движущихся относительно друг друга и относительно неподвижной Мировой среды, в которой независимо от их перемещения распространяется фронт световой волны, с разными скоростями.
t=x/c, tdel=t·u/c-x/c·u/c=ux/(c)2, соответственно tinert=t-tdel=t-ut/(c)2,
следовательно: ctinert=ct’(1-(v)2/(c)2)1/2, или tinert=t’(1-(v)2/(c)2)1/2=t-ut/(c)2, откуда t’=(1-ux/(c)2)/ (1-(v)2/(c)2)1/2.
И если мы обозначим интервал времени, как T, то;
T0=t2’-t1’=(t2-ux/(c)2)/ (1-(v)2/(c)2)1/2-(t1-ux/(c)2)/ (1-(v)2/(c)2)1/2=T/(1-(v)2/(c)2)1/2
или T=T0/(1-(v)2/(c)2)1/2.
И мы получили формулы, похожие на формулы Лоренца – Эйнштейна. Но вывели то мы их совсем из других соображений. Соответственно, и величины, входящие в эти уравнения, имеют другой физический смысл и значения.
А теперь сделаем несколько замечаний:
1. Когда мы переходим к интервалам длины и времени, то мы избавляемся от скорости u, и у нас остаётся только v.
2. На самом деле разложение скорости на u и v, условно в наших условных координатах. В реальности в пространстве тело движется по некой произвольной кривой с некой одной скоростью со смещением относительно фронта световой (электромагнитной) волны, распространяющейся независимо от него в неподвижной Мировой среде (вакууме).
3. Для решения уравнений Лоренца в пространстве то же самое справедливо для y и z.
4. Поскольку в пространстве мы всё-равно решаем треугольник OBC, вершины которого составляют три точки, через которые можно провести плоскость, то это эквивалентно решению на плоскости в соответствующих координатах.
В следующей статье мы рассмотрим непосредственно опыт Майкельсона – Морли, и разберёмся: чем отличаются выведенные нами уравнения, от уравнений СТО?
Этот канал только что образовался и нуждается в Вашей поддержке.
Если Вас интересует тема мироздания в котором мы живём, то давайте исследовать эту тему вместе. Ставьте лайки, подписывайтесь на канал, поделитесь с друзьями и оставляйте комментарии!