Если на тело не действуют никакие внешние силы, то оно сохраняет состояние покоя или продолжает равномерно и прямолинейно двигаться. Это вольный, но очень близкий по смыслу пересказ оригинального текста первого закона Ньютона. В современной трактовке этого закона появляются инерциальные системы отсчёта, относительно которых тело покоится или движется равномерно и прямолинейно.
И это правильно. Потому что без привязки физического тела к той или иной системе отсчёта говорить о его покое или движении нельзя. По крайней мере, сегодня ни один здравомыслящий учёный не возьмётся утверждать о состоянии покоя любого физического объекта, не уточнив предварительно, в каких системах координат этот объект находится. В связи с этим у меня возник довольно простой вопрос – а есть ли у современной науки возможность определить состояние абсолютного покоя материального тела?
Т.е. такое его состояние, когда оно неподвижно относительно мирового пространства, или хотя бы пространства нашей вселенной.
Не смотря на то, что вопрос действительно очень простой получить на него такой же простой ответ вряд ли удастся. На этом пути нас поджидает как минимум две серьёзные проблемы. Первая носит сугубо теоретический характер и обусловлена тем, что современная наука не располагает достоверными данными о какой-либо системе координат однозначно связанной с мировым пространством. Попросту говоря, мы сегодня не можем надёжно идентифицировать это мировое пространство или пространство вселенной даже в рамках стационарной вселенной, не говоря уже о её расширяющейся версии. Вторая проблема носит скорее методический характер и проистекает из того факта, что мы не знаем что нужно мерить чтобы подтвердить, что тот или иной объект покоится в мировом пространстве. Нет, нет! Чисто теоретически понятно, что должна измеряться скорость. Но скорость чего и относительно чего? Ведь абсолютной скорости кроме скорости света не существует, это доказал А. Эйнштейн в своей специальной теории относительности. Согласно которой все ИСО равноправны (см. первый постулат СТО), а скорость света постоянна и неизменна в любых ИСО (см. второй постулат СТО). Таким образом, измерять скорость света бессмысленно – она одинаковая во всех ИСО, а выбирать какую-либо ИСО, относительно которой будет покоиться некое тело ещё более бессмысленно. Так как всегда можно выбрать другую систему координат, относительно которой вы с вашим телом будете двигаться с какой угодно скоростью и в любом направлении. Однако тупик! Сегодня, уважаемые читатели, у меня появилось желание поискать выход из этого тупика. Если есть желание – присоединяйтесь.
Для начала я предлагаю определиться с физическим смыслом ИСО. Если с точки зрения математики выбор любой ИСО это абсолютно понятное и прозрачное действие – мы просто назначили систему координат, в которой собираемся производить некие вычисления, то с точки зрения физики выбор ИСО это не столь однозначное действие. Что на самом деле мы выбираем в физическом пространстве, когда помещаем тело в ту или иную систему координат? И есть ли вообще физический смысл у этого действия? Мне представляется, что физический смысл выбора ИСО может быть сведён к выбору физической среды, относительно которой рассматривается движение того или иного объекта. Отчасти это утверждение подтверждается различной скоростью света в различных физических средах. Например, привязывая к произвольной ИСО источник света, стоящий на Земле, мы привязываем к той же самой ИСО и Землю, и воздушную среду, и фотоны, испускаемые этим источником, т.е. сам свет. На первый взгляд это выглядит вполне логично и не вызывает особых возражений. Однако давайте немного усложним наш эксперимент и удалим воздух на пути движения света. Т.е. устраним влияние физической среды. А после этого немного поразмышляем на предмет того какая сила связывает фотоны с первоначально выбранной ИСО? Итак, сразу после включения источника света, оторвавшиеся от него фотоны, начинают двигаться равномерно и прямолинейно. При этом их ни с самим источником света, ни с планетой Земля, ни с каким либо другим материальным объектом во вселенной ничто не связывает. Конечно, гравитация должна оказывать на фотоны своё влияние, при условии, что они имеют массу покоя. Однако даже в этом случае из-за ничтожно малой массы отдельных фотонов силой гравитации в отношении них можно пренебречь. В связи с этим возникает вопрос - почему фотоны должны перемещаться в одной с источником света ИСО? Разумеется, с точки зрения формальной логики мы вправе разместить движущиеся фотоны в любой инерциальной системе, никто не может нам запретить так делать, но у любого физического процесса как мы уже отмечали выше должна быть своя физическая логика. Естественно она имеется и у движущихся фотонов. Источник силы, дающий фотонам импульс (количество движения), пока не установлен, тем не менее, мы можем предположить, что они перемещаются в пространстве по инерции, так как никаких внешних сил прикладываемых к квантам света в процессе их перемещения не обнаружено. Это рассуждение применимо абсолютно ко всем фотонам во вселенной. Независимо от их источника. В то же время мы знаем, что равномерное прямолинейное движение по инерции это главная отличительная характеристика любой инерциальной системы. Все без исключения фотоны вселенной демонстрируют нам ровно эту способность. Выходит, что все они перемещаются в собственной инерциальной системе отсчёта. Одной для всех фотонов вселенной. Если хотите, назовите её нулевой или абсолютной ИСО - название принципиального значения не имеет. Принципиально другое. Все фотоны вселенной физически связаны с одной средой обитания и только эта физическая среда может рассматриваться в качестве истинной инерциальной системы отсчёта, относительно которой покоятся или двигаются равномерно и прямолинейно фотоны в пространстве.
В этом случае, движение фотонов должно подчиняться классическим преобразованиям Галилея. Так как это простая механика Ньютона без всяких примесей релятивизма и искривлений пространства. А как же быть с многочисленными экспериментальными подтверждениями постоянства скорости света – спросите вы? Или эксперименты Майкельсона-Морли для автора не указ?! Свои соображения по поводу интерпретации результатов эксперимента Майкельсона-Морли я изложил в другой статье на дзене. Все желающие могут прочесть. Что касается многочисленных экспериментальных подтверждений постоянства скорости света, то давайте обсудим это прямо сейчас. Но сначала я попрошу вас вспомнить, как осуществляются подобные измерения? Забыли. Ничего страшного. Я вам напомню - на сегодняшний день все методики измерения скорости света основаны на замере скорости в прямом и обратном направлении с последующим усреднением измеренной величины. Скорость света в одну сторону пока никто и нигде не измерял. (На самом деле в Курчатовском НИЦ КИ измерили, но почему то широко не публикуют результаты своих измерений.) Такой незначительный методический нюанс измерения скорости света особо не скрывается, но и лишний раз не афишируется. В действительности, за этой маленькой технической подробностью скрывается ключ к разгадке постоянства измеряемой скорости света в любой ИСО. Особо подчёркиваю - измеряемой, а не реальной. Готов доказать это на примере следующей схемы.
Измерительная установка с источником света располагается на поверхности Земли, движущейся в пространстве относительно Солнца со скоростью 30 км/с. Луч света за время t2 - t1 проходит в прямом направлении расстояние L1 и в обратном L2. Скорость света относительно источника вычисляется по формуле (L1 + L2) / (t2 – t1). Реальная скорость света, например, относительно ИСО связанной с Солнцем, будет отличаться от скорости (L1 + L2) / (t2 – t1)на V - величину скорости Земли относительно Солнца. Поэтому в полном соответствии с преобразованиями Галилея на прямом ходе луча скорость Земли прибавляется к скорости света, а на обратном вычитается. Но плюс V и минус V в сумме дают ноль, следовательно, итоговый результат любой двухходовой методики измерения скорости света всегда равен значению скорости света относительно некой неподвижной системы координат. Как только мы осознаем этот факт – всё сразу встанет на свои места. Описанные преобразования Галилея справедливы абсолютно для всех ИСО. Сколько бы движущихся систем отсчёта мы не добавили к рассматриваемой установке измерения скорости света, результат всегда будет один и тот же – на прямом ходе все относительные скорости (планетарные, звёздные, галактические и пр.) прибавятся к скорости света, а на обратном вычтутся. Это специфическая особенность двухходовой методики измерения скорости света. Естественно, что она должна учитываться при измерении относительной скорости света. Если мы действительно хотим измерить скорость света относительно некой ИСО, привязанной к какому либо движущемуся объекту вселенной, то двухходовая методика принципиально непригодна для такого измерения, так как она автоматически компенсирует вклад всех движущихся инерциальных систем отсчёта на прямом и обратном ходе луча света. Такая методика позволяет надёжно измерить абсолютную скорость света в координатах нулевой неподвижной ИСО. Вот в чём кроется истинная причина постоянства скорости света в любых ИСО. Оказывается, мы просто не умеем её правильно мерить. Ну что ж - скорость света в результате наших рассуждений лишилась своей привилегированности и исключительности. И это хорошо, так как природа не практикует исключений из своих правил для кого или чего бы то ни было. Что делать со вторым постулатом СТО решайте сами. Я же предлагаю вернуться к вопросу, поставленному в начале статьи - есть ли у современной науки возможность определить состояние абсолютного покоя материального тела? В свете представленных размышлений бесспорно есть. Для этого необходимо и достаточно разработать методику измерения относительной скорости света, т.е. научиться измерять скорость света только на одном, прямом проходе луча. Дальше всё просто. Любой объект находится в состоянии покоя относительно мирового пространства, если относительно него свет движется с одинаковой скоростью (300 000 км/с) в трёх перпендикулярных направлениях,.
PS У Курчатовского НИЦ КИ есть большая фора в этой гонке. Они уже умеют измерять относительную скорость света в одном направлении.
