Что-то захотелось резко сменить тему. Видимо, это влияние Новогодних «каникул»…
Забудем на время о сварочных инверторах и прочих ключевых преобразователях, которым (в основном) посвящена эта страница на Яндекс Дзене, и поговорим о специальной теории относительности Альберта нашего Эйнштейна (или Айнштайна? Не знаю, как правильно произносится эта фамилия в оригинале).
Интерес к СТО (специальная теория относительности, далее, для краткости – СТО) у меня возник после прочтения замечательной книги Роджера Пенроуза «Новый ум короля» [1]. В частности главы «Специальная теория относительности Эйнштейна и Пуанкаре». Потом прочел еще литературы и еще и в результате накопилось несколько вопросов по СТО, на которые у меня нет ответов, а ответы хотелось бы получить, причем от людей, глубоко разбирающихся в проблемах СТО. Понятно, что ответы должны быть на доступном уровне…
Таким образом, задачи, которые поставил перед собой автор этой статьи следующие:
· Сформулировать максимально понятно свои вопросы по СТО в надежде, что кто-нибудь на них ответит;
· Обсуждение проблем СТО должно быть максимально объективным и нейтральным, что, правда, представляется мало вероятным, в силу того, что человек пишущий и человек читающий есть существа в принципе субъективные;
· Не угодить по милости читателей в компанию всевозможных «альтернативщиков», Интернет-фриков, «борцунов» с Эйнштейном и просто неявных клинических шизофреников, а риск есть;
Задачи перед автором стоят не простые, шансов на успех не много, но рискнем…
Замечание в скобках №1: довольно забавно писать о себе в третьем лице. Если кто не пробовал - попробуйте.
Для тех, кто совсем не в теме, но интерес есть - кратко, на пальцах покажем суть СТО. Основы СТО изложены в статье [2], вышедшей в 1905 году. Сама СТО построена на двух постулатах: а) эфира, как некой общемировой физической среды в понимании ее в 1905 году не существует, потому что экспериментально его обнаружить (до 1905 г) не удалось; б) вводится постулат предельности скорости света: никакие физические тела и взаимодействия не могут распространяться со скоростью выше скорости света. В результате произошла очередная смена парадигмы в физике: принцип относительности Галилея-Ньютона был заменен на принцип относительности Эйнштейна (тут бы надо бы добавить «с соавторами», но воздержусь) со всеми вытекающими последствиями.
Позднее, в 1908 году Герман Минковский выдвинул гипотезу/предложение/теорию/модель – не знаю, как правильно классифицировать идею Минковского – о том, что теперь нет отдельно Пространства Вселенной и абсолютного Ньютоновского Времени, никак с Пространством не связанного. Необходимо рассматривать единую, связанную физическую сущность «Пространство-Время» [3]. Объединение идей Эйнштейна и Минковского привели к рождению той СТО, которую мы сегодня имеем.
Эти революционные идеи прижились, хотя было много и противников. Например, Луи Дебройль в частной беседе на вопрос: «Как Вы относитесь к СТО?» ответил: «Гениальная, математически безупречная мистификация». С юмором был человек. Споры не утихают до сих пор, но задавать «неудобные вопросы» по теме СТО в порядочном мейнстримном научном обществе считается неприличным, хуже только испортить воздух… При этом все ученые дружно соглашаются, что никаких табу и авторитетов в науке быть не должно. Забавно… Сам автор СТО забронзовел и приобрел к сегодняшнему дню статус самого гениального ученого всех времен и народов.
Замечание в скобках №2: автор еще раз обращает внимание читателя, что он (автор) не занимается СТО на профессиональном уровне, автор прочел много литературы по этой теме, но литературы научно-популярной, хотя и хороших авторов. Поэтому автор взывает к снисхождению и просит не бить его бейсбольной битой (здесь – смайлик).
Преамбула на этом закончена, перейдем к вопросам. Для этого проведем мысленный эксперимент, которые так любил А. Эйнштейн. На рисунке №1 ниже изображено двумерное «пространство-время» (далее для краткости – П-В): одна ось - «время t» и одна ось - пространственная «х».
Автор выбрал двумерный вариант пространства-времени для того, чтобы рассмотреть максимально простую ситуацию. И тут возникает вопрос №1:
- А возможно ли существование одномерного пространства-времени?
Если «да», то как его изобразить? У автора не получилось, хотя СТО в явном виде не запрещает существования подобного объекта…
Вернемся к нашей модели П-В на рис.1. Линия, проведенная через точку х1 и параллельная оси «время» представляет собой мировую линию тела А. Какие возникаю соображения при рассматривании рис.1? Например, такой вопрос: а где у мировой линии тела А начало и где конец? Начало, видимо, в некой точке t0, соответствующей рождению тела А в прошлом. Ну, а конец – в точке t_end, соответствующей «смерти» объекта А где-то в будущем.
Тогда – вопрос №2:
- а где на мировой линии объекта А состояние «сейчас», « сию секунду», «в данный момент»?
Попробуем разобраться с этим вопросом. Согласно представлениям Г. Минковского координаты 4-х мерного («нашего земного») П-В совершенно равноправны. Поэтому в выражении для квадрата интервала предлагалось использовать «обезличенные» обозначения координатных осей х1, х2, х3 и х4 вместо более привычных х, у, z и t чтобы подчеркнуть и единство пространства и времени и их равноправность.
Но, глядя на наше двумерное П-В на рис.1 мы видим, что координаты «х» и «t» совсем не «равноправны»: пространственная координата статическая по своему характеру (мы ее можем зафиксировать, что и сделано с объектом А), а координата «время» - динамическая. Как известно, время «течет», «бежит», «изменяется». Использование кавычек вынужденное, так как на данном этапе пока еще нет определения физического объекта «время». Поведение координаты «t» можно себе представить в виде луча развертки осциллографа: конец луча непрерывно перемещается по оси «время». В таком случае точкой «сейчас» на мировой линии тела А является конец мировой линии, который непрерывно перемещается во времени, но не в пространстве. Другими словами, у реального физического тела (объекта) состояния «сейчас» нет, его невозможно зафиксировать. А что есть? А есть граница между прошлым и будущим, которая непрерывно перемещается в сторону «будущего». Как-то стало неуютно в этом четырехмерном мире: "сейчас" в принципе нет, "прошлое" уже недоступно, "будущее" еще недоступно...
Здесь всплывает вопрос №3:
- если «время» «течет», то надо бы вводить и «скорость течения времени», некое « t с точкой сверху», но никто не вводит. Почему?
Для того чтобы убедиться в неравноправности координат пространственных и «времени» мы можем позволить себе такую роскошь как натурный эксперимент. Читатель может взять любой предмет, например, лимон на кухонном столе (координаты лимона х1,у1,z1,t1) и переместить лимон на подоконник (координаты х2,у2,z2,t2). Никаких проблем, все получилось. Теперь предлагаю переместить лимон по координате «время». Получилось?
Вообще говоря, и мы с вами и А.Эйнштейн довольно вольно используем понятие «время», при этом как-то не удосужились это понятие определить, представить дефиницию. Так что же это за объект – «время»? Посмотрим определение в Физической энциклопедии [4]:
«Время – форма существования материи, выражающая порядок изменения объектов и явлений действительности. См. «Пространство и время»».
Вас удовлетворило такое «философское» определение? Меня – нет. Давайте тогда посмотрим следующую статью «Пространство и время», как нам предлагает Энциклопедия. Это оказался весьма обширный раздел, с развернутым историческим экскурсом по проблеме пространства и времени, далее автор плавно переходит от понятия «время» к понятию «пространственно-временной континуум», не давая внятного определения последнего, и на этом история заканчивается. Результат – у нас нет определения понятия «время». И как оказалось, это действительно проблема, она изучается, пишутся статьи и монографии, например такая [5]. Все это в неявном виде говорит о том, что научная общественность не удовлетворена ссылками на «пространственно-временной континуум» и хотела бы более глубокого понимания, что же такое «время»…
Как конструируются определения нам хорошо известно: определяемое понятие нужно описать с помощью уже известных, определенных ранее понятий, более простых, более элементарных, чем определяемое, не забыв перечислить те свойства нового понятия, по которым его можно было бы отличить от других родственных, схожих и определенных ранее понятий. Так вот в том и проблема, что эту, казалось бы не сложную программу, не удается реализовать, потому что не получается найти достаточно простые, более первичные чем «время» понятия.
- Проще говоря, понятие «время» нечем описать…
Что мы получаем в сухом остатке? Не много: теорию СТО, основанную на постулатах. Постулат, как известно, это – утверждение, истинность которого принимается без доказательств, то есть на веру. Господа, но слово «вера» уместно в церкви и неуместно в науке. Еще у нас есть физический объект «время», которому мы пока не можем дать определение, но при этом вовсю им пользуемся. От постулатов, то есть аксиом, нам, похоже, избавиться не удастся. Этому есть объективные причины, о которых нужно много писать, а здесь не место. Таким образом, наука приобрела либо характер чисто аксиоматический, либо чисто феноменологический, либо смесь первого со вторым. В такой ситуации избытка постулатов и неопределенных понятий очень желательно иметь административную, финансовую и/или этническую поддержку чтобы пробиться в успешные ученые. Живем-то как ни как в конкурентной среде.
СТО – аксиоматическая теория, имеющая некоторые «белые пятна», но ничего лучше на сегодня нет, но обязательно появится, хотя никто не знает когда.
Теория вполне «годная», при условии, что постулаты не подведут.
Литература
1. Р. Пенроуз. Новый ум короля: О компьютерах, мышлении и законах физики. Пер. с англ. Общ. ред. В.О. Малышенко. – М.: Едиториал УРСС, 2003, 384 с. http://www.urss.ru.
2. А. Einstein. Ann. Phys., 17, 891, 30.06.1905. А. Эйнштейн. К электродинамике движущихся тел. Русский перевод из сборника «Собрание научных трудов» под ред. Е.И. Тамма, М.: Наука, 1966, т.1, с.7.
3. Г.Минковский. Пространство и время.С-Петербург.: Книгоиздат.Физика.1911, 94 с.
4. Физическая энциклопедия. Гл. редактор А.М. Прохоров.М.: Советская энциклопедия, 1988, т.1, с.345, т.4, с.155.
5. И. Пригожин. От существующего к возникающему. Время и сложность в физических науках. М.: КомКнига, 2006, 296 с.
6. На Дзене есть интересный ресурс по данной тематике – «Блокнот математика». Правда, у автора ресурса имеется два недостатка, IMHО: во-первых, автор бывает излишне эмоционален и вступает в перепалку с гостями ресурса, во-вторых, автор является безусловным почитателем СТО и ОТО и не воспринимает критики в их адрес, считая всяческую критику СТО и ОТО признаком слабоумия. А в остальном ресурс хороший, интересный.