В предыдущих статьях, рассматривая некоторые мысленные эксперименты Эйнштейна, возник вопрос:- насколько обоснован приём используемый Эйнштейном с его "наблюдателями". В статье от 1905 года никаких " наблюдателей" нет. Эйнштейн просто формулирует своё понимание относительности. "Наблюдатель" появляется ( он сам) в рассуждениях о том, что будет, если двигаться со скоростью фотона. Хочу вернуться к мысленному эксперименту Эйнштейна, где он рассматривает поведение объекта в неподвижном и движущемся с ускорением лифтом в гравитационном поле и при отсутствии внешнего гравитационного поля.
ЛИФТ В ПОЛЕ ГРАВИТАЦИИ
Во всех рассматриваемых случаях в лифте находится наблюдатель, который имеет контакт с лифтом( это важно, когда будем расссматривать случай отсутствия внешнего гравитационного поля).
1. Пусть лифт находится в гравитационном поле Земли. Он может находиться на поверхности Земли или не иметь контакта с ней, не важно.
Лифт неподвижен, наблюдатель стоит на полу лифта и держит объект в руке( пусть это будет небольшой шар, материал не важен). Наблюдатель отпускает шар. Шар взаимодействует с Землёй и начинает движение к Земле с ускорением. Так как Земля на много порядков, по массе, превосходит шар, то она остаётся неподвижной ( в силу свойства инерции), а шар движется к Земле. Наблюдатель воспринимает данный процесс, как падение шара на пол лифта. Ничего необчного.
Лифт начинает движение вверх (по отношению к поверхностиЗемли)с ускорением( или равномерно перемещается вверх, не имеет значения. Правда наблюдатель в ускоряющемся лифте, будет чувствовать себя не комфортно. Например при G=5?) Наблюдатель выпускает шар из руки. Так как контакт шара с лифтом( через наблюдателя ) прекращается, то шар , под воздействием притяжения Земли, начинает двигаться с ускорением к Земле. Наблюдатель воспринимает это движение как падение шара на пол лифта. Ничего не обычного.
ЛИФТ ПРИ ОТСУТСВИИ ВНЕШНИХ ПОЛЕЙ ГРАВИТАЦИИ.
В своем мысленном эксперименте Эйнштейн рассматривает случай, когда лифт находится вдали от гравитирующих масс, то есть предполагает, что гравитацией в данной точке пространства можно пренебречь( взаимодействия с внешними объектами нет). Единственное взаимодействие которое присутствует при данных условиях(гравитационное), это взаимодействие между объектами( лифт, шар и наблюдатель). Но данные взаимодействия очень малы. Больше никаких сил, при заданных условиях, не наблюдается.
1. Лифт неподвижен( только не надо вопросов, что это значит. Можно сказать, что его координаты по отношению к удалённым объектам не изменяются). Если наблюдатель отпустит мяч, что он увидит? В настоящее время это знает любой ребёнок. Шар будет неподвижно " висеть" в той точке внутреннего пространства лифта, в которой его отпустит наблюдатель. Внешнего воздействия на шар нет. Всё, вольше ничего происходить не будет, что очевидно.
2. Шар неподвижно висит( пусть наблюдатель поместил его в геометрический центр лифта, который фактически совпадает с гравитационным центром). Лифт начинает равномерное движение( период ускорения очень мал). Что увидит наблюдатель? Так как лифт перемещается " вверх", а на шар никакие силы не действуют и он сохраняет неподвижность, то очевидно, что наблюдатель воспримет данный процесс, как движение шара к полу лифта. Но это чистая иллюзия. Можно ли при данных условиях опираться на мнение наблюдателя и утверждать, что шар " падает на пол? А за счёт каких сил( воздействий)? Значит в данных услловиях наблюдатель ошибается?
3. Пусть лифт начинает равномерноускоренное движение "вверх", при условиях предыдущего эксперимента. Эйнштейн утверждает, что наблюдатель "увидит" ( или ему покажется?)движение шара к полу лифта, такое же, как и в случае, когда лифт находился во внешнем гравитационном поле. Но когда у нас есть внешний объект(Земля), то шар взаимодействуя с Землей ДЕЙСТВИТЕЛЬНО двигается к Земле ( и лифт здесь не причём). А если Земля отсутствует? Какая сила действует на шар в лифте? Пока шар не имеет контакта с корпусом лифта, никакие силы на него не действуют( гравитационным взаимодействием между объектами пренебрегаем). Следовательно шар сохраняет неподвижность, пока пол лифта не придёт в соприкосновение с ним. То же самое будет происходить, если наблюдатель выпустит шар из рук, когда лифт будет двигаться в "вверх" с ускорением. Как только наблюдатель выпустит шар, воздействие движения лифта на него прекратится. Но лифт продолжит своё движение 'вверх" с ускорением, поэтому наблюдателю ПОКАЖЕТСЯ, что шар движется к полу лифта( как и в случае с внешним гравитационным полем). Именно покажется ( иллюзия). Воздействуют какие-либо силы в этот момент на шар? Нет, просто никаких сил нет. Но Эйнштейн, на основании восприятия процесса наблюдателем, делает вывод о ЭКВИВАЛЕНТНОСТИ ускорения движения лифта и гравитационного поля внешнего объекта( Земли) на движение объекта в лифте. Иллюзию приравнивает к действительности? И на основании ээтого говорит о наличии поля инерционных сил, сходного по действию с полем гравитации? Каких сил инерции? Силы инерции проявят себя, когда лифт ( пол лифта) придёт в соприкосновение с шаром. До этого момента никаких сил инерции не наблюдается( гравитационное взаимодействие между объектами мало). О каком поле инерции говорит Эйнштейн? Иллюзорном?
3. Если при данных условиях лифт остановится до достижения шаром пола лифта(мгновенно):
1а. Если шар, как утверждает наблюдатель, действительно двигается к полу лифта, то в силу свойства инерции он должен продолжить движение к полу лифта? Сомнительно.
2а. Пусть лифт начнёт равноускоренно двигаться " вниз".. Так как наблюдатель не меняет свое положение в лифте, то он " увидит", что шар начал двигаться равноускоренно вверх( к потолку лифта)? Какой вывод он сделает? А что будет при этих условиях во внешнем гравитационном поле? Шар начнёт движение к потолку лифта?
3. Я обращал внимание, что наблюдатель имеет контакт с корпусом лифта. А если он вместе с объектом будет " висеть" в объёме лифта, ведь внешнее гравитационное поле отсутствует? Лифт начинает с ускорением движение "вверх". Наблюдателю ПОКАЖЕТСЯ, что он вместе с объектом движется к полу лифта. Почему покажется? Потому что при истинном движении, так как наблюдатель имеет такую характеристику как масса, он должен почувствовать то, что мы ощущаем когда , например автомобиль, набирает скорость или тормозит. Сомнительно, что такие ощущения у него будут.
Если есть возражения что время " движения" шара ( наблюдателя) к полу лифта мало, ничего не мешает нам увеличить линейный размер( высоту), ведь эксперимент мысленный, а ещё лучше заменить лифт обычной ракетой, что будет более наглядным. Можно привести и другие аргументы. Например ввести в эксперимент внешний объект, такой же как и шар внутри лифта и дать возможность наблюдателю следить и за внешним объектом. Если в начале движения лифта внутренний и внешний объекты будут находиться друг напротив друга, то что увидит наблюдатель, когда лифт начнёт равноускоренное движение " вверх"? Сами представьте, не буду описывать.
Исходя из вышеизложенного, что можно сказать о эквивалентности ускорения полю гравитации. И что из себя представляет поле инерции?
А теперь рассмотрим следующий пример, Л. Купер:
Обращаю внимание: Купер пишет что наблюдателю будет КАЗАТЬСЯ. То есть и Купер, как физик, и Эйнштейн понимали, что происходит на самом деле. Движется лифт, а не объект. Но в таком случае принцип эквивалентности относится только к иллюзии движения объекте в лифте двигающимся с ускорением в условиях отсутствия гравитационного поля. Но это означает, что никакого поля сил инерции нет. Рассмотрим "детские" примеры:
1. У нас есть ж.д. платформа и на ней находится наблюдатель с дроном(бпла). Он запускает дрон с неподвижной платформы и тот зависает над платформой. Платформа начинает движение с ускорением. Что произойдет? Платформа с наблюдателем уезжает, а дрон остаётся "висеть" в пространстве. Есть другие мнения?
2. На платформе установлен обычный ж.д. контейнер. В нем находится наблюдатель и дрон. Наблюдатель запускает дрон и дрон зависает неподвижно внутри контейнера. Так как притяжение Земли скомпенсировано работой винтов дрона, то можно считать данный случай аналогом шара в лифте в отсутствии гравитации. Платформа с контейнером начинает ускоренное движение. Что увидит наблюдатель в контейнере? Ему покажется, что дрон двигается к стенке контейнера противоположной движению. На самом же деле, стенка ( то есть контейнер) "перемещается к дрону, а дрон неподвижно висит внутри контейнера. Полная аналогия с лифтом. А где же поле инерционных сил, по действию аналогичное гравитационному полю? В том то и дело, что считать, что когда лифт движется вверх с ускорением, что объект в лифте перемещается аналогично случаю движения лифта в гравитационном поле это одно( просто иллюзия со стороны наблюдателя) и распространять это на наличие реальных физических сил( силы инерции, поле сил инерции) КК2. На платформе установлен обычный ж.д. контейнер. В нем находится наблюдатель и дрон. Наблюдатель запускает дрон и дрон зависает неподвижно внутри контейнера. Так как притяжение Земли скомпенсировано работой винтов дрона, то можно считать данный случай аналогом шара в лифте в отсутствии гравитации. Платформа с контейнером начинает ускоренное движение. Что увидит наблюдатель в контейнере? Ему покажется, что дрон двигается к стенке контейнера противоположной движению. На самом же деле, стенка ( то есть контейнер) "перемещается к дрону, а дрон неподвижно висит внутри контейнера. Полная аналогия с лифтом. А где же поле инерционных сил, по действию аналогичное гравитационному полю? В том то и дело, что считать, что когда лифт движется вверх с ускорением, что объект в лифте перемещается аналогично случаю движения лифта в гравитационном поле это одно( просто иллюзия со стороны наблюдателя) и распространять это на наличие реальных физических сил( силы инерции, поле сил инерции) не корректно. Ещё один скриншот из книги Купера:
Возникает вопрос, за счёт чего будет изгибаться луч света в лифте двигающемся с ускорением в отсутствии гравитации? Никакого поля сил инерции, по действию аналогичному гравитационному полю, нет. Световой луч имеет массу? Обладает инерционными свойствами? Но это ладно. Обращаю внимание на следующее:
Световой луч отклоняется в сторону противоположную движению лифта. Это связано с равноускоренным движением лифта? А если лифт равномерно движется отклонения не будет? А если лифт движется вниз, то луч будет отклоняться вверх? А в каком направлении отклоняется луч света в другом мысленном эксперименте: диагональное движение светового импулься в движущейся системе, если направление движения системы и светового импульса взаимно перпендикулярны? Выходит, что если система будет двигаться с ускорением, то световой импульс будет двигаться по траектории с наклоном в противоположную сторону движению системы? Странно получается. Различные траектории движения светового луча на взгляд наблюдателя. Если лифт движется вверх с ускорением, то луч отклоняется вниз. Если лифт движется без ускорения, то или параллелен полу лифта, или имеет наклон в сторону движения( согласно другого мысленного эксперимента). А если лифт с ускорением движется вниз, то луч отклоняется вверх? Не слишком ли замысловато?
Но если, при данных условиях эксперимента, никакого поля сил инерции не существует, то возникают вопросы к обоснованию дальнейших выводов Эйнштейна, касающихся деформации пространства.