(Околонаучная статья)
Володин Владимир Иванович
2014г.
К вопросу измерения скорости движения объекта.
Попробуем проанализировать понятие «скорость» движения в физических процессах движения объекта в пространстве и времени. Приведем определение понятия скорости из «Википедии»:
«Ско́рость - векторная физическая величина, характеризующая быстроту перемещения и направление движения материальной точки относительно выбранной системы отсчёта».
Вопрос не так прост, хотя обыденные представления о скорости движения объекта вроде бы не вызывают сомнений. В приложении к материальным телам, а не точкам, в физическом понимании – «Скорость движения объекта – это расстояние, пройденное объектом за единицу времени».
При переходе из одной системы отсчета в другую систему отсчета правила определения скорости движения объекта установлены в теории относительности на основе «преобразований Лоренца». Пока мы не будем их здесь приводить, они общеизвестны. Нас интересует понятие скорости само по себе.
Но следует пояснить физический смысл исходных положений, и здесь нам не обойтись без философских рассуждений.
Скорость сама по себе не существует и не может быть определена без связи с другими категориями или сущностями. Например, понятие «расстояние» относится к категории «пространство», и подразумевает наличие минимум двух объектов, относительно которых определено пространство. Без пространства нет и движения вообще. Однако понятие «пространство» не существует само по себе, а только в связи с материальными объектами. То есть «расстояние» - понятие относительное, для его определения (измерения) необходимо наличие в пространстве двух объектов, относительно которых выполняется измерение. Если бы мы имели только один объект, то понятия «пространство» и «расстояние» не имели бы физического смысла.
Время тоже понятие относительное, определяемое как длительность разных состояний объектов. Время не существует само по себе, а может быть определено только относительно материальных объектов. Движение во времени происходит и определяется изменением значений любых характеристик объекта относительно предыдущего значения этих характеристик. Исходные или начальные значения характеристик при этом полагаются известными. Если ни одна из характеристик объекта не меняется, говорить о течении времени бессмысленно.
Таким образом, если мы хотим измерить скорость движения объекта, то необходимо определить начальные и граничные условия определимости и применимости этого понятия. Скорость всегда относительна, то есть может быть определена только по отношению к другому объекту.
Но возможно ли определить «собственные» характеристики объекта, такие как его размеры, течение времени и скорость движения, безотносительно к другим объектам?
Рассмотрим простой пример.
Пусть мы имеем систему из трех объектов «А», «Б», «В» – например, планет Земля, Марс и ракеты. Для упрощения принимаем что расстояние между Землей и Марсом известно и составляет 60 миллионов километров. Принимаем скорость распространения электромагнитных волн (света) в пустом пространстве 300 000 километров в секунду (константа «с»). Предположим, что ракета (объект «В») двигается равномерно, без ускорения от Земли (пункт «А») в направлении Марса (пункт «Б») с постоянной скоростью равной 0,8 от скорости света, то есть 240 000 километров в секунду («v»). Допустим, что объекты «А» и «Б» относительно друг друга находятся в покое (или двигаются с постоянной скоростью, что одно и тоже). Предварительно все часы «А», «Б» и «В» синхронизированы.
Предположим, что один наблюдатель, производящий измерения, находится в пункте «А», а другой в ракете «В». Пусть из пункта «А» испускается световой луч в направлении «Б». Свет обгонит ракету, но может быть зарегистрирован наблюдателем находящемся в ракете в пункте «В».
Время движения световой волны (или квантов электромагнитного поля - фотонов) от пункта «А» до пункта «Б» по часам наблюдателя «А» составляет: ∆t0 = 60 000 000 км / 300 000 км/сек. = 200 сек.
Время движения ракеты «В» от пункта «А» до пункта Б» по часам наблюдателя «А» составит:
∆tА = 60 000 000 км / 240 000 км/сек. = 250 сек.
Согласно теории относительности, течение времени в системе отсчета «В» ракеты движущейся относительно системы отсчета «А» замедляется. Промежуток времени полета по собственным часам ракеты «В» составит:
∆tВ = ∆tА * √(1 - v2 / c2) = ∆tА * √(1 – (0,8с)2 / с2) = 0,6 ∆tА = 0,6 * 250 сек. = 150 сек.
Наблюдатель «В» в ракете измерит время полета по своим часам, и оно будет равно 150 сек.
Ну и что? Все это тривиально вытекает из теории относительности (ТО).
Но зададимся вопросом: какова скорость полета ракеты из пункта «А» в пункт «Б» измеряемая наблюдателем, находящемся в ракете «В»?
Расстояние от пункта «А» до пункта «Б» не зависит от системы отсчета и не меняется – 60 000 000 км. Наблюдатель «В» в ракете по своим часам потратил на полет 150 сек., соответственно его собственная скорость:
60 000 000 км / 150 сек. = 400 000 км/сек.
Это в 1,33 раза выше скорости света!
По измерениям наблюдателя «В» ракета двигалась со сверхсветовой скоростью. И это не какая-то виртуальная «кажущаяся» скорость движения, это реальная скорость движения ракеты от пункта «А» к пункту «Б», потому что часы наблюдателя «В» регистрируют его собственное время движения от пункта «А» до пункта «Б». Наблюдатель смотрит на часы пролетая возле пункта «А» и потом смотрит на часы пролетая возле пункта «Б». Разница в показаниях его часов есть длительность времени полета – 150 сек. Ракета пролетит расстояние в 60 000 000 км за время полета 150 сек. При этом наблюдатель в ракете может ничего не знать про теорию относительности, он просто знает расстояние и время полета. Можно с успехом заменить Землю и Марс просто маяками, излучающими свет. Но движение со скоростью большей скорости света невозможно, это вытекает из теории относительности. Что же мы измеряем? Может быть всё-таки часы в ракете покажут «собственное» время полета не 150 сек., а 250 сек? Тогда в чем ошибка?
Ошибка в условиях задачи. Мы задали, что ракета движется со скоростью 0,8 от скорости света в пустоте. Но как измерить эту скорость? Как мы определили, что скорость ракеты задана относительно скорости света?
Здесь опять мы сталкиваемся с онтологическими и гносеологическими понятиями философии, а не физики. Скорость движения и замедление времени – это реально происходящий физический процесс, или только «кажущийся»? Мы наблюдаем и измеряем объективно существующую реальность, или только наше субъективное восприятие «кажущейся» реальности, не существующей вне наших наблюдений?
Однако вернемся к физике.
Скорость – понятие относительное. Очевидно, что замедление течения времени в ракете происходит не вследствие движения ракеты относительно маяка, а вследствие движения относительно световой волны. Ход часов в ракете не зависит от хода часов в различных маяках, иначе следует предположить наличие мгновенной дальнодействующей связи между системами отсчета «А» и «В». Относительно разных маяков будет разная скорость ракеты. Но ведь в ракете есть свои собственные часы! Как определить их собственный ход?
Поэтому по сути следует ответить на вопрос – как определить скорость движения объекта относительно световой волны? Можно ли это сделать?
В ортодоксальной физике ответ отрицательный: со световой волной не может быть связана никакая система отсчета, поэтому определить скорость движения материального объекта относительно световой волны невозможно. Скорость света всегда постоянна и равна константе «с» относительно любого другого материального объекта. В самом деле, если со световой волной связать систему отсчета, то в этой системе отсчета волна (фотон) будет покоится, а все остальные объекты материального мира должны двигаться только со скоростью света! Также течение времени в этой системе отсчета должно быть равно нулю, а если нет движения во времени, то понятие движения вообще не имеет смысла.
Получается, что материальный объект - электромагнитное поле (световая волна или фотон) занимает особое, исключительное место в теоретической физике. В этом заключается парадокс теории относительности – отвергая существование абсолютной системы отсчета (АСО) в виде эфира, в ней вводится другая привилегированная – абсолютная система отсчета, связанная со световой волной, но при этом утверждается, что световая волна не может быть системой отсчета. Но скорость света в пустоте не может быть определена относительно пустоты! Для этого нужны другие материальные объекты – тела отсчета, движущиеся в пустоте относительно друг друга и относительно материального объекта - световой волны - фотона!
Мы сознательно употребляем всюду «эйнштейновский» термин «пустота» вместо более «физического» термина «вакуум». Причины этого понятны, – в последние годы выполнено много работ, показывающих что физический вакуум - это никак не пустота, не имеющая никаких свойств, а среда, обладающая сложной структурой и физическими свойствами. Об этом мы поговорим в дальнейшем.
Пусть маяки в пунктах «А» и «Б» посылают световые лазерные лучи (фотоны) одинаковой частоты друг другу. В ракете есть фотоприемники, регистрирующие световые сигналы. Вследствие эффекта Доплера частота фотонов света от источника «А» будет меньше, чем частота фотонов от источника «Б». Свет от «А» будет более «красным», а свет от «Б» будет более «синим». Можно ли по этим сигналам определить скорость движения ракеты? Да, разумеется, можно, но только относительно пункта «А» и пункта «Б»! Достаточно сигнал от фотоприемника ввести в измерительный прибор - частотомер. Кстати, на этом принципе основаны все методики измерения скоростей движения звезд и галактик.
Изменим условия задачи, пусть произошла катастрофа, мгновенно уничтожившая объект «А» и объект «Б». Даже после мгновенного исчезновения объектов «А» и «Б», свет, испущенный маяками будет продолжать двигаться в пустоте, и фотоприемник в ракете еще будет некоторое время принимать световые сигналы и от маяка «А» и от маяка «Б». То есть скорость движения ракеты будет по-прежнему определяться относительно источника света, точнее относительно той точки пространства-времени, откуда был испущен фотон. Но предположим, световые волны (фотоны) от исчезнувшего источника излучения перестали приходить к ракете. Фотоприемники в ракете перестали получать сигнал. Ракета продолжает лететь, или она остановилась? Относительно чего теперь будет измеряться скорость ракеты? Ведь физически ракета продолжает лететь в пустоте. С какой скоростью? С чем можно соотнести движение ракеты?
Только со световой волной или квантом света - фотоном!
Если мы утверждаем, что ракета движется со скоростью равной 0,8 от величины скорости света в пустоте, то мы подразумеваем ее собственную скорость относительно световой волны! Эту собственную скорость уместно называть абсолютной, истинной скоростью движения. Получается, что «истинная» скорость не зависит от скорости движения систем отсчета наблюдателей, каждый наблюдатель будет измерять свою, «кажущуюся» скорость относительного движения ракеты относительно себя. Таким образом опять мы приходим к необходимости допущения наличия квази-абсолютной системы отсчета (квази-АСО) связанной с световой волной.
Как измерить скорость движения материального объекта – ракеты, относительно другого материального объекта - световой волны?
Рассмотрим один из вариантов такого мысленного эксперимента. Мысленного, потому что к сожалению, в реальности мы пока не можем разогнать ракету до околосветовых скоростей. Для упрощения положим, что ракета движется без ускорения, с постоянной скоростью, сопоставимой со скоростью света и не получает никаких сигналов извне, то есть является изолированной.
Собственная система отсчета, связанная с ракетой, является инерциальной (ИСО) и включает в себя саму ракету, источник света, приемник света, часы для измерения промежутков времени, и линейки для измерения расстояния. Время в такой собственной системе отсчета течет с одной скоростью для всех объектов в ракете, включая самого наблюдателя, источник, приемник света и линейки для измерения расстояний.
Источник света внутри ракеты, например, лазер, излучает свет в направлении перпендикулярном (ортогональном) направлению движения ракеты, а линейка фотоприемников располагается параллельно (коллинеарно) направлению движения ракеты. Световое пятно - «зайчик», будет попадать на фотоэлементы приемника. Предположим, что лазер изначально (в состоянии покоя) ориентирован строго перпендикулярно оси ракеты и световое пятно – «зайчик», попадает на фотоэлемент с номером «А», как показано на рис 1. Что покажет прибор в движении?
а) момент испускания света из точки «О» в точку «А»
б) прямолинейное движение фотона в поперечном направлении по отношению к вектору движения ракеты
в) регистрация фотона приемниками света в точке «В»
Траектория движения света с точки зрения наблюдателя внутри ракеты показана жирной линией.
Сделаем небольшое отступление. Допустим, в нашей ракете мы вместо светового импульса лазера стреляем по мишени из пистолета шариками от пинг-понга. Шарик – объект вещественный, обладающий массой. Поэтому он после выстрела будет иметь не только поперечную, но и продольную составляющую скорости движения. Скорость этого продольного движения точно равна скорости движения нашего пистолета (источника выстрелов) и мишени. Шарик увлекается системой отсчета и двигается вместе с другими телами в этой системе отсчета, в том числе и с пистолетом, и с мишенью. Скорость тела, обладающего массой, зависит от скорости источника и приемника. Поэтому шарик будет точно попадать в мишень, при любой постоянной скорости движения ракеты.
Если бы пистолет и мишень двигались с разными скоростями, то для того, чтобы шарик попадал в мишень, нам следовало бы дать «упреждение» или «запаздывание» направления начального движения шарика (выстрела) от видимого положения мишени. Это прекрасно знает любой опытный стрелок.
А теперь вернемся к варианту, когда вместо шариков мы испускаем световой импульс.
Скорость света «с» не зависит от скорости движения источника света и приемника, свет в пространстве движется по геодезической линии, которая в отсутствие гравитации является прямой линией. Это аксиомы теории и практики. Значит излученные источником кванты света, двигаясь прямолинейно в поперечном направлении к направлению движения ракеты, не имеют продольной составляющей скорости движения источника в направлении движения ракеты.
Безмассовый свет не увлекается массивными телами системы отсчета. В этом отличие света от шариков пинг-понга. Если бы свет двигался так же как массивные шарики, то его скорость зависела бы от скорости движения источника. Но это не так!
За время прямолинейного распространения света от источника света до линейки фотоприемников, ракета, а значит и линейка, сместится на расстояние, зависящее от скорости движения ракеты. В результате для наблюдателя в ракете свет будет проходить разный «кажущийся» путь от источника до фотоприемника, в зависимости от скорости движения ракеты.
Чем больше скорость ракеты, тем больше будет путь, а значит и время движения света. Соответственно свет будет попадать на разные фотоприемники, чем выше скорость полета, - тем дальше отклонится световой «зайчик» на фотоприемниках.
Для наблюдателя в ракете «кажущаяся» картина будет выглядеть так, как будто свет двигается под углом от перпендикулярного направления к вектору движения ракеты. Измеряя расстояние от источника света в поперечном направлении «а» и расстояние смещения светового «зайчика» на фотоэлементах в продольном направлении «в» можно рассчитать скорость движения ракеты «v».
√(а2 + в2) / с = в / v, отсюда v = с * в / √(а2 + в2)
Если расстояние «а» будет постоянным, например, 1 метр, некоторые расчеты скорости в зависимости от измерений расстояния «в» приведены в таблице:
Таким способом возможно определить скорость движения ракеты в пустоте, в собственной системе отсчета. Можно просто проградуировать нашу линейку фотоприемников в единицах скорости «с». Прибор покажет скорость движения ракеты относительно световой волны, то есть «истинную» скорость ракеты. Эти измерения производятся внутри ракеты и не нуждаются ни в каких внешних системах отсчета, относительно которых определяется «кажущаяся» относительная скорость движения ракеты.
Все вышеизложенное противоречит ортодоксальной физике. Во всех учебниках однозначно утверждается – свет, испущенный источником в движущейся инерционно и в покоящейся системе отсчета, придет в одну и ту же точку. То есть, свет в ракете, испущенный в направлении, поперечном направлению движения ракеты будет падать всегда на один и тот же фотоэлемент «А», независимо от того, движется ракета, или покоится. Связано это с законом векторного сложения скоростей движения света и ракеты при наблюдении в системе отсчета ракеты.
Траектория движения света с точки зрения неподвижного наблюдателя будет иметь «кажущееся» отклонение от прямой линии в сторону движения ракеты. Следовательно, в изолированной замкнутой системе отсчета свет ведет себя точно также, как и шарик от пинг-понга. Это соответствует утверждению, что никакими физическими опытами внутри инерциальной системы отсчета (ИСО) невозможно установить движется система отсчета и связанное с ней тело отсчета или покоится. Это один из краеугольных постулатов физики – принцип относительности (ПО).
а) момент испускания света из точки «О» в точку «А»
б) прямолинейное движение фотона в ИСО ракеты
в) регистрация фотона приемниками света в точке «А», траектория движения света в ИСО ракеты показана жирной линией.
Сравните с картинкой на рис.1.
В учебнике Мартина Гарднера «Теория относительности для миллионов» (http://profilib.com/chtenie/98893/martin-gardner-teoriya-otnositelnosti-dlya-millionov-8.php) это изложено так:
«Представьте себе, что вы смотрите через бортовое отверстие одного корабля в отверстие другого корабля. Оба корабля пролетают один мимо другого с постоянной скоростью, близкой к скорости света. В момент, когда они проходят рядом, на том корабле посылают луч света от потолка к полу. Там он падает на зеркало и отражается обратно к потолку. Вы же увидите путь этого луча в виде буквы «V».
Тот факт, что эти, сбивающие с толку, изменения длины и времени названы "кажущимися", не означает, что имеется "истинная" длина или время, которые разным наблюдателям просто "кажутся" разными. Длина и время являются относительными понятиями. Они не имеют смысла вне связи объекта с наблюдателем. Вопрос не стоит так, что одна система измерений "истинна", а другая система "ложна". Каждая система истинна относительно наблюдателя, производящего измерения: относительно его собственной системы отсчета. Нельзя считать одно измерение более правильным, чем другое. При этом все это отнюдь не оптические иллюзии, которые должны быть объяснены психологом. Измерения могут быть записаны приборами. Они не требуют присутствия живого наблюдателя. (конец цитаты)
С этим утверждением следовало бы безоговорочно согласиться, если бы свет (электромагнитное поле) в теории относительности не занимал особое, выделенное положение среди всех материальных объектов. Мы уже указывали на «квази-абсолютную» систему отсчета, связанную с квантом света.
Рассмотрим эти вопросы более подробно.
За счет чего увеличивается путь, проходимый светом в движущейся ракете для внешнего наблюдателя, как показано на картинке? Свет излученный источником в поперечном направлении далее двигается независимо от источника, другими словами свет не имеет продольной составляющей скорости. Вектор фазовой скорости световой волны не может складываться с вектором скорости приемника света! Иначе тогда результирующая скорость света будет разной в разных ИСО! Правило векторного сложения скоростей не применимо к скорости света! Свет не увлекается материальными объектами, он движется независимо от источника и приемника. Это связано с безмассовой природой излучения – кванты электромагнитного поля не имеют массы покоя. Импульс движения массы источника не передается безмассовому объекту – фотону. Движение света должно выглядеть одинаково во всех системах отсчета!
Если свет движется относительно приемника света независимо, что заставляет его траекторию изгибаться в ломанную линию? Если траектория света изгибается системой отсчета, связанной с движущимся телом, то надо признать, что свет увлекается телами системы отсчета, либо он движется в среде – абсолютном «эфире». Опять абсурд, противоречие с постулатом СТО.
Следует особо отметить, что пока нет ни одного экспериментального подтверждения правильности картинки, нарисованной в ортодоксальном учебнике. Впрочем, как нет и экспериментального подтверждения других теоретических картинок, в том числе нарисованной нами выше.
Однако существует экспериментально доказанный и многократно проверенный факт отклонения светового луча, связанный как раз с движением приемника света. Речь идет об эффекте «аберрации света», установленном при астрономических наблюдениях.
При наблюдении в системе отсчета связанной с Землей, луч света испущенный от звезды, отклоняется при движении в телескопе от геометрической прямой линии оси телескопа, при этом видимое невооруженным глазом положение звезды на небе не совпадает с ее изображением в приемнике света. За время движения света от объектива до окуляра телескопа, Земля вместе с телескопом смещается в пространстве, и луч света продолжая движение прямолинейно, смещается относительно окуляра (приемника света).
Важно отметить, что смещение луча света происходит в сторону, противоположную направлению движения Земли (и приемника света)! Это является экспериментальным подтверждением правильности наших вышеизложенных рассуждений.
V1 – вектор «действительного» движения света «С»
V2 – вектор «кажущегося» (относительно неподвижной Земли) движения звезды
V3 – результирующий вектор «кажущегося» движения света от звезды при наблюдении с Земли.
Угол аберрации «δ» не зависит от размеров телескопа, а зависит только от соотношения скоростей взаимного движения света и Земли:
tg δ = V2/C
Эффект аберрации света, основанный на правиле векторного сложения скоростей, был объяснен еще Эйнштейном и вполне укладывается в рамки релятивистских представлений ТО.
Цитата из «Википедии»: «Аберра́ция све́та (лат. aberratio, от ab от и errare блуждать, уклоняться) - изменение направления распространения света (излучения) при переходе из одной системы отсчёта к другой.» (конец цитаты)
Стоп! Если аберрация – эффект, связанный с переходом из одной системы отсчета в другую, то о каких СО идет речь?
Одна из СО очевидно связана с телескопом и Землей. А другая с . . . , чуть было не написал – со световой волной! (Чур меня, чур меня!) А с чем, с каким телом отсчета? Может быть со звездой, удаленной от нас на миллионы триллионов километров, и движущейся со скоростью сотен километров в секунду? Может быть с Солнцем, относительно которого движется Земля и телескоп? А может быть с Галактикой, относительно центра которой движется Солнечная система? Так мы можем удалять свою СО все дальше и дальше во Вселенной, пока не придем к абсолютной неподвижной СО – эфиру.
Каким образом мы переходим из СО Земли в удаленную СО при наклоне телескопа? В какой СО мы складываем векторы скорости света и скорости Земли? Очевидно, что все измерения мы производим в одной СО – на Земле. Тем не менее, в «релятивистской» физике утверждается, что опыты по измерению аберрации света от источника, установленного непосредственно над телескопом или связанного с Землей, дадут однозначно нулевой результат. Это утверждение кажется странным, тем более что в доступной литературе нам не удалось найти описания экспериментов, якобы дающих указанный нулевой результат.
Чем отличаются электромагнитные волны одной частоты, испущенные звездой или лазером? Свет движется в телескопе независимо от того, движется ли лазер вместе с телескопом со скоростью десятки километров в секунду, или звезда со скоростью сотни километров в секунду, то есть независимо от источника и приемника света. Кстати сказать, максимальная величина аберрации, измеренная при одинаковых условиях на Земле, одна и та же для любых звезд, и составляет «20,5 секунд дуги», это связано только с соотношением скорости движения Земли (~30 км/сек) и скорости света «с» (~300 000 км/сек).
Кроме того, есть экспериментальный факт независимости отклонения луча света (аберрации) от скорости света! Речь идет о знаменитом опыте Эйри, когда он в 1871 году заполнял водой телескоп в Гринвической обсерватории и измерял аберрацию света от тех же звезд. Скорость света в материальной среде – воде, на 33% меньше, чем в «пустоте», однако величина аберрации была той же самой. Как прикажите трактовать релятивистское сложение векторов скоростей света и Земли в этом случае? Эти проблемы релятивистов - ортодоксов проанализированы в работах Вепринцева В.С. (http://valveprincev.narod.ru/Article3/Part1.html) и Старовойтова Е.М. (http://www.sciteclibrary.ru/texsts/rus/stat/st5273.pdf).
Есть сильные сомнения, что в релятивистской физике правильно понимаются физические механизмы движения электромагнитных волн в материальной среде.
Мы уже слышим голос ортодоксального физика:
«Уважаемый автор! Не могу обратиться к Вам со словами «коллега», потому что Вы демонстрируете дремучее невежество в отношении основных положений ТО! Попытаюсь Вам их растолковать, но откровенно говоря не уверен в успехе.
Итак, например, Вы в ракете, и я на Земле, наблюдаем, что свет распространяется прямолинейно в двух разных ИСО – в ракете и относительно Земли. Вы делаете вывод, что свет должен отклониться в направлении, противоположном движению ракеты, я делаю вывод, что свет должен отклониться в направлении, совпадающем с направлением движения ракеты. И Ваше наблюдение и мое – относительны. Поэтому необходимо еще учитывать условия наблюдения, которые заданы физической связью между разными ИСО. Ведь мы положили в основу наблюдений постулаты о постоянстве скорости света и одинаковому действию законов физики в разных ИСО. Именно в силу принятых постулатов (не требующих доказательств!) луч света в разных ИСО должен прийти в одну и ту же точку пространства «А», независимо от того, движется ИСО или покоится. Вы же рассматриваете кванты света (фотоны) в движении отдельно от Вашей ИСО - ракеты! Испущенные кванты света далее двигаются независимо от источника, но в движущейся ИСО, неотъемлемыми элементами которой являются фотоны, ракета, Вы, фотоэлементы, и – пространство-время в ракете! Тем самым Вы рассматриваете фотоны движущимися не в ИСО, а в абсолютной АСО (по-вашему «квази-АСО»). Невозможно наблюдать фотоны, не привязываясь к конкретным условиям наблюдения, поэтому рассматривая движение света независимо от движения остальной ИСО Вы и делаете неправильный вывод. Мы же рассматриваем векторное сложение скоростей движения света и ракеты в одной ИСО – ракете. Приведенный Вами пример аберрации света как раз является следствием рассмотрения движения света в двух разных ИСО. Аберрация возникает при переходе наблюдателя из одной ИСО (удаленная звезда) в другую ИСО (телескоп). Конечно этот переход является мысленным, - математическим приемом, не связанным с физическими перемещениями. Надеюсь, что Вы поняли, в чем Ваша ошибка.»
Мы не вполне согласны с уважаемым критиком, и вот почему.
Согласно постулату СТО, скорость движения света в пустоте (электромагнитного излучения) постоянна и не зависит от скорости движения источника и приемника света. Но источник или приемник света – это всегда физическое тело!
С этим физическим телом (телом отсчета) всегда можно связать свою систему отсчета, например, с лазером или фотоэлементом в ракете. Такая собственная система отсчета, связанная с телом отсчета (источником или приемником), движущаяся без ускорения, является ИСО по определению.
Вы утверждаете, что свет движется в ИСО ракеты, и эти движения - света и ракеты должны рассматриваться взаимосвязанными. Как Вы указали – «наблюдать движение фотонов в зависимости от условий наблюдения»! Но ведь свет движется с постоянной скоростью в любой ИСО! Тогда у Вас получается, что свет движется независимо от движения тела отсчета и связанной с ним ИСО. Если довести Ваши рассуждения до логического конца, необходимо сказать, что свет движется независимо от выбранной Вами любой ИСО, то есть свет не связан с ИСО! Здесь налицо Ваша ошибка – Ваши утверждения противоположны, движение света связано с ИСО, или не связано с ИСО? Реальное физическое явление – отклонение луча света, не может быть подменено его описанием с помощью абстрактного математического приема. Соответственно Вы не можете произвести в своей ИСО какие-либо физические измерения, связанные с движением света, так как свет не связан с ИСО. Вы не можете использовать правило векторного сложения скоростей! Математически все будет правильно, но физического смысла не имеет. С таким же успехом Вы можете складывать другие независимые физические величины, например, вес тела с его температурой. Поэтому мы в нашем примере рассматриваем движение света отдельно от движения нашей ИСО (ракеты). А в какой системе отсчета тогда движется свет? Только приняв, что движение света происходит в покоящейся абсолютной системе отсчета (квази-АСО), Вы сможете разрешить Ваши противоречия. Движение света происходит в покоящейся АСО, назовите ее эфиром, вакуумом, абсолютным пространством, суть от этого не меняется!
Большинство практически осуществимых опытов по измерению собственной скорости движения объекта основываются на трех методиках – эффекте интерференции, эффекте Доплера и эффекте аберрации.
Как теперь уже доказано, процедура синхронизации часов, предложенная Эйнштейном, методически неверна (Новодерёжкин В.Е. novodereshkin.ru «О методической ошибке способа синхронизации часов световыми сигналами, предложенного А. Эйнштейном»), также доказана ошибочность применения интерферометра для определения скорости движения Земли относительно эфира, использованного (и многократно повторенного) в опыте Майкельсона. Показания интерферометра всегда будут равны нулю, так как разность фаз световых лучей не зависит ни от скорости, ни от направления взаимного движения Земли и эфира (Новодерёжкин В.Е. www.novodereshkin.ru/docs/Cancelling_effect.pdf), к тем же выводам пришел и другой исследователь (Юхимец А.К. www.sciteclibrary.ru/texstsrus/statst6617.pdf).
Если опыт Майкельсона некорректен, а метод синхронизации часов Эйнштейна неверен, то поколеблены основания ТО, на которых выстроено все здание ТО! Поэтому мы предпочтительным считаем использование измеримых физических величин, значения которых могут быть получены непосредственно из эксперимента.
Одна из возможных схем измерения скорости движения объекта относительно абсолютной системы отсчета (АСО) изложена в работе В.Е. Новодерёжкина на основе анализа работы интерферометра Майкельсона - Морли (www.novodereshkin.ru/docs/Cancelling_effect.pdf).
Как показано, разность фаз световых волн, необходимая для получения интерференционной картины в приборе, всегда равна нулю, потому что не зависит ни от направления, ни от скорости движения прибора - интерферометра. Световые лучи в опытах с интерферометрами всегда проходят замкнутый путь – «туда и обратно». Разность фаз лучей при этом определяется разностью времени движения ЭМ-излучения.
Однако, вместо раздельного измерения времени движения излучения «туда» (t→) и «обратно» (t←), в указанных опытах измерялось среднее время движения (t→ + t←)/2, которое всегда одно и тоже для разных направлений. Это явилось принципиальной метрологической ошибкой опыта Майкельсона - Морли и всех других подобных опытов. В указанной работе В.Е. Новодережкина предлагается использовать для измерения скорости движения прибора относительно эфира не разность фаз движения световых волн «туда и обратно», а разность частоты световых волн. Изменение частоты световых колебаний для движущихся источников и приемников света хорошо известно и называется эффектом Доплера. Так как источник и приемник света движутся с одинаковой скоростью, в данном случае правильнее говорить об изменении частоты световых волн вследствие наличия «эфирного ветра», связанного с движением света в материальной среде - эфире.
Формула определения собственной скорости движения по В.Е. Новодерёжкину:
V = (ν← - ν→) * λ0 / 2
где, «ν←» и «ν→» частота электромагнитных колебаний в «прямом» и «обратном» направлении движения света, коллинеарном по отношению к направлению движения прибора,
λ0 – длина волны света в ортогональном (поперечном) направлении относительно направления движения прибора вместе с Землей (опорный сигнал).
На наш взгляд, следует немного видоизменить указанную формулу. В ней присутствуют три измеряемые величины: два значения частоты и одно значение длины волны. Если для измерения частоты колебаний имеются достаточно простые и чувствительные измерительные приборы – частотомеры, то каким прибором измерить длину волны? Мы предлагаем в указанной формуле заменить величину длины волны колебаний опорного источника колебаний величиной частоты колебаний опорного источника, измеренной до начала движения, в состоянии покоя, исходя из известного соотношения: λ0 = с / ν0. Эту величину частоты ν0 измеренную в состоянии покоя, полагаем постоянной для наших расчетов.
Дело в том, что частота колебаний равна количеству элементарных колебаний «N» с периодом «T0», укладывающихся на выбранном нами эталоне длины в ортогональном направлении к направлению движения, а «T0» будет различным для разных систем отсчета вследствие поперечного эффекта Доплера, связанного с замедлением времени. По этой причине мы не можем воспользоваться прямым измерением частоты ν0 в движении.
Схема прибора В.Е. Новодерёжкина с внесенными нами небольшими изменениями приведена на рис.6.
Ч-1 – частотомер опорного сигнала ν0 (в состоянии покоя)
Ч-2 – частотомер сигнала «туда» ν→
Ч-3 – частотомер сигнала «обратно» ν←
Итоговая формула расчета скорости примет вид:
V = с * (ν← - ν→) / (2 * ν0)
Разумеется, в расчеты должны быть внесены поправки, учитывающие суточное вращение Земли в зависимости от широты расположения прибора (максимально ±465 м/сек), а также угол наклона земной оси к плоскости эклиптики.
В реальном эксперименте можно использовать три одинаковых измерителя – частотомера. Также, поворачивая прибор на 90º возможно определить направление движения Земли относительно выбранной системы координат, в данном случае относительно Солнца.
В качестве примера рассмотрим движение света в уже рассмотренной системе Земля – Эфир, использованной в опыте Майкельсона – Морли. Для нас достаточным является рассмотрение движения в абсолютной системе отсчета (АСО) связанной с Солнцем.
Орбитальная линейная скорость движения Земли относительно Солнца известна по другим измерениям, и составляет около 30 км/сек.
Если принять длину плеча интерферометра 1 метр и длину волны электромагнитных волн λ0 также 1 метр, частота эталонного опорного источника равна 3*108 сек-1 или 300 МГц (ВЧ-диапазон).
Ожидаемое смещение частоты излучения при движении в «прямом» и «обратном» направлении равно:
(ν← - ν→) = 2 * V * ν0 / c
Если в формулу подставить заданные нами значения опорной частоты ν0=300 МГц и известной скорости движения Земли V=30 км/сек (3*104 м/сек) получим, что разность частот составляет 60 кГц.
При рассмотрении частот излучения в «прямом» направлении частота составит 300,03 МГц и в «обратном» направлении 299,07 МГц. Эти значения частот вполне могут быть зарегистрированы приборами даже при нынешнем уровне развития измерительной техники.
Следует отметить, что измеряемое значение разности частот электромагнитных колебаний вследствие продольного эффекта Доплера, является величиной первого порядка (зависит от скорости), в то время как сокращение пути прохождения ЭМ-колебаний расстояния коллинеарного направлению движения объекта и величина поперечного эффекта Доплера являются величинами второго порядка (зависят от квадрата скорости).
Необходимо особо отметить, что предлагаемая В.Е. Новодерёжкиным схема определения скорости движения Земли относительно световой волны подвергается резкой критике со стороны ортодоксальных физиков «релятивистов». Основное возражение заключается в том, что в предлагаемой схеме в принципе не возникает эффекта Доплера. Источник световых волн (зеркало «А») и приемник (зеркало «Е») движутся в одном направлении с одинаковой скоростью, поэтому разность частот прямого и отраженного сигнала всегда будет равна нулю (как и разность фаз в интерферометре). Это действительно так, если исходить из того, что свет движется в «пустоте». Но если исходить из того, что движение света происходит в абсолютной среде – «эфире», тогда эффект Доплера безусловно будет наблюдаться, вследствие пресловутого «эфирного ветра».
Как отмечает В.Е. Новодерёжкин (метролог по роду занятий), в настоящее время точность измерения концевых мер длины путем подсчета числа N длин волн электромагнитных колебаний, укладывающихся на измеряемой линейке меры длины, составляет более 10-12. Этот результат физики «релятивисты» трактуют как доказательство постоянства скорости света в любой ИСО, а физики – «альтернативщики» – как свидетельство правильности классического закона сложения скоростей со скоростью света при движении тел отсчета любой ИСО в эфире.
Очень похожий опыт предлагается произвести в работе С. и О. Каравашкиных, аргументированно критикующих СТО «релятивистов», в том числе при анализе эффекта аберрации (http://selftrans.narod.ru/v5_2/aberration/aber18/aber18rus.html).
В указанном опыте предлагается измерять разность фаз двух радиосигналов разной частоты при их однонаправленном движении (рис.7). Наличие разности фаз будет экспериментальным подтверждением существования эфира и опровержением постулата «релятивистов» о постоянстве скорости света в любой ИСО.
Очевидно, что точку в этом споре может поставить только опыт.
Мы полагаем, что приборы для измерения сдвига фаз на основе явления интерференции или сдвига частот электромагнитных колебаний на основе эффекта Доплера достаточно сложны по сравнению с приборами для измерения линейных расстояний. Поэтому на наш взгляд предпочтительными являются опыты на основе эффекта аберрации.
Хороший обзор различных экспериментов по измерению скорости движения Земли в абсолютном пространстве (эфире) на основе эффекта аберрации содержится в статье П.В. Путенихина (http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/11390.html). Автор рассматривает опыты Маринова, Торра-Коллена, Де Витта, В. Приставко и А.И. Довженко и других.
Все эти эксперименты, несмотря на некоторую грубость и неадекватность в количественно отношении, дают один и тот же качественный результат, а именно, - подтверждение факта что Земля движется по отношению пространству, принимаемому за неподвижный эфир.
Например, для рассматриваемых нами ранее примерах движения Земли, при длине оси прибора 1 метр, максимальное отклонение луча света лазера от геометрической оси составит 0,1 мм. При длине оси прибора 10 метров отклонение составит 1 мм. Это уже очень существенная величина. Следует сказать, что примерно те же результаты получены экспериментально в указанных опытах, например, в простых опытах А. И. Довженко “Относительное движение Земли и светоносного эфира” (http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/8703.html).
В заключение П.В. Путенихин предлагает свою схему проведения опыта на основе эффекта аберрации света, обобщающего рассмотренные.
Прибор включает лазер и фотоматрицу от электронного фотоаппарата, закрепленных на жесткой платформе, поворачивающейся в различных направлениях. Матрица имеет размеры примерно 8х6 мм с числом пикселей 1280х960.
Однако, на наш взгляд, несмотря на кажущуюся простоту, практическая реализация опыта П.В. Путенихина связана с некоторыми техническими трудностями. Как уже отмечалось, смещение луча при длине платформы 1 метр составит максимум 0,1 мм, и то при определенном положении Земли. Направление «эфирного ветра» априори нам неизвестно. При наклоне оси прибора по отношению к вектору скорости «эфирного ветра» смещение будет еще меньше - порядка 0,001÷0,05мм. При стандартном размере пикселя 0,006мм и разрешении 70 линий/мм, на матрице приемника света это смещение составит около 3-х пикселей, что недостаточно для получения достоверного и повторяемого результата. К тому же необходимо обеспечить острую фокусировку луча, до размера светового пятна на матрице, сопоставимого с размером измеряемого отклонения, что также потребует дополнительных оптических устройств, не учтенных в схеме П.В. Путенихина, и увеличивающих ошибку измерений за счет дифракции и дисперсии света (С. Каравашкин http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/11390.html). Достоверно измерить смещение светового луча можно, если величины отклонения будут в пределах 1-5 мм, а для этого необходимо иметь длину платформы 10-50 метров. При таких размерах прибора трудно обеспечить компенсацию тепловых деформаций, вибрационных помех, наконец влияния приливных сил со стороны Луны и Солнца.
Прибор, предлагаемый П.В. Путенихиным разумеется может быть создан в любом крупном НИИ, располагающем лабораторной базой. Но в связи с обструкцией и явным противодействием «релятивистов», работающих в этих НИИ, мы полагаем, что прибор не будет создан и испытан.
Поэтому мы предлагаем модификацию опыта П.В. Путенихина на основе аберрации света с учетом опыта Эйри и замечаний С. Каравашкина о маскирующем эффекте оптических систем.
Наша идея основана на известном методе мультипликации длины пути света путем многократного отражения от зеркала. Ожидаемый эффект смещения луча усиливается также за счет снижения скорости света в оптически прозрачной среде. Свет проходит внутри прямоугольного параллелепипеда (призмы) из прозрачного стекла с большим коэффициентом преломления света (около 1,5). Противоположные торцы призмы имеют зеркальное покрытие. Луч света в призме распространяется под очень малым углом от перпендикуляра к зеркальному торцу (угол мультипликации), что позволяет увеличить путь света с большим коэффициентом мультипликации «К». На практике «К» может быть без труда доведен до 100 и даже до 1000.
Например, для опыта предлагается использовать призму из стекла с примесью свинца (легкого крона) с коэффициентом преломления η = 1,5. Размеры призмы 200х200х10мм, все противоположные стороны призмы плоско-параллельны. Два торца призмы 200х10мм выполнены зеркальными, путем вакуумного напыления алюминия и покрыты защитным лаком. В качестве источника света использован светодиод красного цвета диаметром 3мм и диафрагма - коллиматор диаметром 1мм.
Диаметр светового луча на входе в призму 1мм, угол наклона луча от перпендикуляра к зеркальному торцу (угол мультипликации «α») составляет 0º 34' (tg α = 1:100), что позволяет получить диаметр светового пятна на противолежащем зеркальном торце призмы 1мм.
Схема, поясняющая принцип измерения аберрации приведена на рис.9:
При каждом отражении угол аберрации «δ» будет складываться с первоначальным углом отражения «α». Таким образом результирующий угол «Δ» и величина линейного смещения луча «B» будут в «К» раз больше. Длина пути светового луча между каждым отражением в призме будет также изменяться, но поскольку погрешность «набегания» хода луча будет постоянной для данного угла наклона луча «α», ее можно учесть при юстировке прибора. Коэффициент мультипликации при внутреннем отражении от зеркальных торцов призмы в указанном исполнении К=100, соответственно длина пути проходимого светом в призме составляет 20 метров. Размеры фотоэлектрической матрицы 8х6мм. Вся конструкция помещается в теплоизолирующий корпус. Расчетное максимальное отклонение луча света составляет ±3мм (около 1000 пикселей). Сигнал с фотоматрицы подается в компьютер для регистрации.
Увеличивая размер призмы можно без особых затруднений получить длину пути света в призме до 200 метров, а величину максимального отклонения луча света до ±30мм. Соответственно точность измерения скорости собственного движения объекта может составлять 1км/сек.
Несмотря на относительную сложность в изготовлении прибора, сам предлагаемый способ измерения скорости имеет неоспоримые преимущества, так как требует измерения всего одной величины – линейного отклонения луча света. Прибор весьма компактен, что снижает величину погрешностей от тепловых воздействий и других внешних помех.
Описанный нами прибор для измерения собственной скорости движения предлагается назвать «аберрометром». Очевидно, что с его помощью можно не только измерить скорость движения, но и определить направление вектора скорости объекта относительно эфира.
Для определения направления движения необходимо вращать аберрометр вокруг всех пространственных осей, до получения максимального значения отклонения луча «Bmax». Рассмотренный выше физический эффект аберрации электромагнитных волн позволяет осуществить измерение скорости «собственного» движения объекта относительно световой волны (фотонов). Мы исходим из того, что свет распространяется в абсолютном пространстве – эфире, имеющим реальные физические свойства. Поэтому наши измерения мы проводим в «квази-АСО» связанной с эфиром, это дает нам право применять для световой волны правила сложения скоростей классической механики.
Для повышения точности измерений и компенсации погрешностей, связанных с произвольной ориентацией аберрометра в эфире, предлагается использовать 3-х осевой аберрометр с коллинеарным направлением распространения света в плоскости для одной из осей и ортогональным направлением распространения света между собой в каждой плоскости других осей.
Схема прибора приведена на рис 10:
При совпадении направления собственной скорости движения ракеты с направлением «эфирного ветра», например с осью «X», измеряемая линейная величина «В» будет максимальной в ортогональных плечах прибора «Y» и «Z» и равна нулю в плече «X».
Скорость движения относительно эфира определяется простой формулой: V = (C / η) * Bmax / (А * К)
С / η = Cст – скорость света в стекле
А – размер поперечной базы прибора
К – коэффициент мультипликации.
Bmax – измеряемый размер смещения луча света
Полученное значение скорости движения может быть принято в качестве собственной «имманентной» скорости движения объекта. К этому понятию может быть применено выражение «объект движется со скоростью равной 0,8 от скорости света».
Это значение «имманентной» скорости движения по существу является скоростью движения относительно световой волны (фотона), измеренной в «квази»-АСО (эфире).
В целях проверки справедливости теории существования эфира можно разместить описанный выше аберрометр на борту космического аппарата.