Найти в Дзене
Виктор Рязанцев

Вес комара равен весу слона. Математический фокус и теория относительности, что общего?

При обсуждении теории относительности (ТО) популяризаторы часто приводят самые экзотические её следствия, наподобие «слетать по кротовой норе за пару минут в туманность Андромеды» или изобразить Вселенную в виде замысловатой фигуры. В то же время, эти авторы как-то тускнеют при обосновании исходных положений этой теории. Между тем, в этих обоснованиях есть любопытные манипуляции получше «кротовых нор». Для начала приведём для тех, кто не знает, старый математический фокус: «Вес комара равен весу слона». Пусть х – вес комара, у – вес слона, 2b –суммарный вес слона и комара. Можем записать равенство 1) x + у = 2b, откуда получаем 2) x - 2b = - y, 3) x = - y + 2b. Перемножим почленно равенства 2) и 3). 4) x² - 2bх = у² - 2 by, Прибавим к обеим частям равенства b². 5) x² - 2bх + b²= у² - 2 by + b². По формуле квадрата разности имеем 6) (х - b)² = (у - b)², откуда 7) x - b = у - b, 8) x = у. Вес комара равен весу слона!!! Что и требовалось доказать. Для тех, кто не знает, мы покажем, где на

При обсуждении теории относительности (ТО) популяризаторы часто приводят самые экзотические её следствия, наподобие «слетать по кротовой норе за пару минут в туманность Андромеды» или изобразить Вселенную в виде замысловатой фигуры. В то же время, эти авторы как-то тускнеют при обосновании исходных положений этой теории.

Между тем, в этих обоснованиях есть любопытные манипуляции получше «кротовых нор». Для начала приведём для тех, кто не знает, старый математический фокус: «Вес комара равен весу слона».

Пусть х – вес комара, у – вес слона, 2b –суммарный вес слона и комара.

Можем записать равенство

1) x + у = 2b,

откуда получаем

2) x - 2b = - y,

3) x = - y + 2b.

Перемножим почленно равенства 2) и 3).

4) x² - 2bх = у² - 2 by,

Прибавим к обеим частям равенства b².

5) x² - 2bх + b²= у² - 2 by + b².

По формуле квадрата разности имеем

6) (х - b)² = (у - b)²,

откуда

7) x - b = у - b,

8) x = у.

Вес комара равен весу слона!!!

Что и требовалось доказать.

Для тех, кто не знает, мы покажем, где нас окончательно обманули, а сейчас обратим внимание на строку #4).

При перемножении –y*(–y) = y² мы потеряли информацию — знак минус.

Посмотрим теперь, что делает Эйнштейн в своей пионерской работе по ТО 1905 года: «К электродинамике движущихся тел».

Сначала он получает (или переписывает у Лоренца — неважно) формулу зависимости показаний часов t' инерционной системы отсчёта 2 (ИСО2), от показаний часов t1 ИСО1, синхронизированных с последними в момент времени t'= t1 = 0

-2

где v21 – скорость часов2 относительно ИСО1;

c – скорость света.

Затем он ищет конкретную величину изменения показаний часов, размещённых в точке x' = 0 через какое-то время ∆t1 (по часам ИСО1). Учитывая, что ∆x/∆t = v21, ∆x = v21* ∆t1 получаем:

-3

Перемножаем:

-4

Ничего не напоминает?

Правильно, при перемножении мы потеряли знак — получилось, что при любом изменении скорости, хоть влево, хоть вправо, время замедляется!!!

Смотрим ещё внимательнее. Дело в последней операции?

Оказывается — нет, последняя операция не причём: переносом начала координат мы получим (2э) для любой точки x рассматриваемой системы движущихся часов.

Значит, дело в самой формуле (1). Если мы проанализируем вывод этой формулы у Эйнштейна, то возникнут новые вопросы. Они рассмотрены в статье «Границы относительности…», ссылка на которую содержится также в конце статьи.

Но почему такая же формула появилась у Лоренца?

Оказывается он принял её, грубо говоря, волюнтаристски: иначе у него не получалось привести формулы электродинамики подвижной системы к тому же виду, что и неподвижной.

Зачем вообще были все эти мороки?

Для понимания мы должны вернуться на 200 лет назад к 20-м годам 19-го века.

Ампер открывает, что однонаправленные токи притягиваются друг к другу.

Андре Мари Ампер
Андре Мари Ампер

Тогда получается, что, если два одноимённо заряженных тела мы начнём двигать, то между ними изменится сила взаимодействия: вместе с электростатическими силами отталкивания будут действовать магнитные силы притяжения.

То есть, мы приходим к выводу, что в электродинамике принцип относительности Галилея не действует!

Возник и 2-й вопрос: если, предположим, существует такая система, в которой магнитные силы отсутствуют, то что это за система? Загадочно получалось, что это лабораторная система, система Земли, хотя уже был неоспоримым факт движения Земли в космосе. Ответ на этот вопрос вы найдёте в статье «Почему система отсчёта центра Земли является привилегированной…».

В то же время, физики понимали — обратите внимание! — что если система движется, то прибавление или убавление скорости приведёт к РАЗНЫМ результатам! То есть, движущаяся и неподвижная системы — принципиально неприводимы друг к другу.

К сожалению, это понимание в дальнейшем как-то исчезло, возможно, из-за опытов Майкельсона-Морли.

Первым, кто это осознал, вероятней всего, был Пуанкаре. В 1911 г. на Сольвеевском конгрессе в Брюсселе он задал Эйнштейну вопрос: «Ну, и каков, по-Вашему, механизм всего этого?».

Анри Пуанкаре
Анри Пуанкаре

Сразу после этой встречи Эйнштейн пишет своему другу Цангеру: «Пуанкаре отвергал всё начисто и показал, при всей своей тонкости мысли, слабое понимание ситуации». Эйнштейн, видимо, даже не понял вопроса.

Пуанкаре придерживался в своих работах представления об абсолютном пространстве, независимо от того, доступно оно для наблюдения или нет, см. Голдберг С. Молчание Пуанкаре и теория относительности Эйнштейна. Роль теории и эксперимента в физике Пуанкаре. Эйнштейновский сборник 1972. М.: Наука, 1974. 341-358 C. http://alexandr4784.narod.ru/goldberg.htm.

Но вернёмся к статье Эйнштейна 1905 года. Итак, он получил, что независимо от того, в какую сторону мы будем двигать ИСО2, время в ней будет замедляться согласно

-7

Не забываем, что ИСО1 и ИСО2 у него — произвольные.

У всех читателей сразу возникает вопрос — а если мы через некоторое время начнём двигать ИСО2 в другую сторону, так, что в конце концов скорость v21 станет равной нулю, то как изменится скорость хода часов? По логике ход часов ИСО2 должен вернуться к прежнему темпу, а если следовать формуле Эйнштейна (4э) — замедление в любую сторону — то получится, что время опять замедлится.

На этот случай в СТО придуманы так называемые обратные преобразования

-8

Обратим внимание - теперь, в отличие от (4э), мы делим на корень Лоренца, хотя СТО нас уверяет, что все ИСО у неё равноправные.

Здесь появляются новые вопросы. Представим их в форме небольшого рассказа.

2-й пилот космического корабля-тарелки изменил скорость и посчитал, что темп хода часов изменился согласно формуле (4э).

1-й пилот при приёмке вахты заметил, что вчера он уже менял скорость и, следовательно, часы уже изменили ход по формуле (4э), а 2-й пилот менял скорость в другую сторону, и часы, согласно обратному преобразованию Лоренца, просто вернулись к прежнему ходу.

2-й пилот возразил:

— Все ИСО равноправны, и где это написано, что действия 1-го пилота более приоритетны? А позавчера командир корабля тоже менял скорость, и это ты должен был применить обратное преобразование, а я делал всё правильно.

1-й пилот воскликнул:

— Это что же, мы уже 20 раз меняли скорость, и СТО должна всё это помнить? Надо ориентироваться, что скажет ЦУП.

— Ну да, вот ещё! А ЦУП, что, стоит на месте?! Тогда уж, по-твоему, мы должны отследить изменения прямо от сотворения мира. Эйнштейн сказал, что все ИСО равноправны!

— Тогда зачем нужны обратные преобразования Лоренца, и когда их применять?

Так, кто же из них прав? Или неправы оба, и в СТО эти вопросы, вообще, неразрешимы?

Заметим, что в теории с абсолютной системой отсчёта (АСО Пуанкаре) таких вопросов не возникает.

Все эти проблемы, повторим ещё раз возникают из-за неучёта элементарного факта:

Прибавление или убавление скорости в уже движущейся физической системе приводит к РАЗНЫМ результатам даже в той же СТО! Движущаяся и неподвижная системы — принципиально неприводимы друг к другу.

В ответ на это сторонники СТО достают из рукава главный, по их мнению, козырь: «а всё равно природа подчиняется ТО». По большому счёту, мы должны спросить: «А что это меняет? Что, от этого изменится логика?», но Вы смело можете заявить: «Ваша карта бита! Крести были в прошлый раз! Полно фактов, опровергающих СТО, причём эти факты приводят сами релятивисты. Они либо совсем разучились думать, либо нас держат за идиотов. Хафеле и Китинг показали, что изменение хода часов зависит от направления передвижения — запад или восток, причём разумный результат получался, если отсчёт вести от часов оси Земли, а не от часов начала движения, как это утверждал Эйнштейн. Искусственные спутники движутся относительно друг друга, но, если они на одной высоте, то их часы идут одинаково, независимо от того, с какого космодрома они запущены».

Но мы отвлеклись от главного вопроса: так равен вес комара весу слона, или нет?

Штирлиц знал, что из разговора запоминаются последние слова…

После строки #5 мы получили по формуле квадрата разности:

6) (х - b)² = (у - b)².

И здесь математики настойчиво требуют от нас:

1. Учитывать все имеющиеся решения.

2. Выбирать те решения, которые соответствуют физическому смыслу задачи.

Из имеющихся решений только 2 независимых. На одно из них подталкивает изложенный фокус, 2-е выглядит так:

x – b = – y + b

или

x + y = 2b,

x = 2b – y,

как и следовало ожидать.

В СТО таким решением будет:

-9

гдe ∆t10/∆t0 отношение темпа часов движущейся (ИСО1) и неподвижной относительно АСО систем отсчёта,

v10 — скорость ИСО1 в АСО.

Темп хода часов зависит от величины скорости этих часов в абсолютной системе координат.

Слетать на завтрак в туманность Андромеды не получится: там уже тарелки помыли, так что радуйтесь тому, что у Вас есть, тому, что нам посылает Господь Бог здесь и сейчас.

Смотрите также:

Границы относительности…

Почему система отсчёта центра Земли является привилегированной…