Если спросить аудиторию в 50 человек: - Распространение света – это кинематика или динамика? – то 40 человек ответит: - Конечно, кинематика, т. к. свет распространяется в пустоте и имеет скорость, отношение метров к секундам! 10 человек вспомнят, что фотоны света, кроме наличия скорости, переносят ещё энергию и импульс, так что, кроме метров и секунд, здесь имеются и килограммы; а где есть килограммы со скоростью, то тут не вполне кинематика! Если проникать в природу света глубже, то окажется, что распространение света – вообще не кинематика, а сплошная динамика! Между тем, на кинематике распространения света выстроена целая фундаментальная релятивистская теория под коротким названием СТО (специальная теория относительности). Спекулятивная подмена динамики кинематикой – ахиллесова пята эйнштейновского релятивизма.
Что будет с нашим земным временем, если осевая скорость вращения Земли увеличится или уменьшится? Что будет с нашим земным временем, если Земля в своём осевом вращении начнёт вращаться в противоположную сторону? Ведь наше земное время – это не только скорость осевого вращения Земли, но и направление осевого вращения! Чудо кинематики в том, что можно ставить подобные спекулятивные вопросы, не заботясь о том – какие энергии и силы нужны, чтобы изменять скорость осевого вращения Земли или изменять направление осевого вращения нашей планеты! Находясь в парадигме спекулятивных умозрительных опытов, можно не ограничивать свою фантазию! Можно легко менять скорости частиц и тел, менять направления их движения! Можно даже заставить атомы или частицы излучать свет без всяких на то причин, не тратя никакой энергии! Мол, атомы сами, по своей воле, испускают фотоны света, и они с огромной скоростью распространяются в пустоте пространства! И при этом ещё доказывать, что испущенные атомом фотоны уносят часть массы тела, если, конечно, атомы принадлежат телу! Но атомы могут и не принадлежать телу, например, разогретый, ионизированный газ. В общем, чудеса кинематики безграничны!
Кинематику называют геометрией движения. Исходные понятия кинематики – пространство и время. Главная задача кинематики – математическое определение положения и характеристик движения точек или тел во времени. Любые движения в кинематике рассматриваются в определённой системе отсчёта. Кинематика занимается изучением составных движений (движений в двух взаимно перемещающихся системах отсчёта). В кинематике точки – скорость, ускорение, координаты всех точек считаются равными.
Чем отличается кинематика от динамики? Стандартный ответ: кинематика и динамика в механике отличаются тем, что кинематика изучает движение тел без учёта причин, вызывающих это движение, а динамика – движение тел под действием приложенных к ним сил. Со времён Аристотеля было известно, что тело не может двигаться с постоянной скоростью без постоянного воздействия внешней силы. Много позднее Г. Галилей, не имея на то достаточно оснований, допустил, что тело может двигаться равномерно и прямолинейно бесконечное время, если на него не действуют другие тела. И назвал этот вид движения – инерционным, сохраняющимся неизменным, постоянным. И. Ньютон утвердил подобный вид инерционного движения в первом законе механики. Представления об инерционности движения стали самодовлеющими в науке физике, заняв главенствующее место, потеснив здравый смысл и опыт! При этом почти никогда не поясняется, что подобное инерционное прямолинейное, равномерное движение тела неограниченное время возможно только при полном отсутствии силовых полей в космическом пространстве. Т. е. по сути – движение гипотетическое.
Как ни странно это звучит, но кинематика, как раздел механики, возникла позднее статики и динамики, – в первой половине 19-го века. Хотя три закона Кеплера, появившиеся в начале 17-го века, – чисто кинематические! Тут дело не касается причин движения планет, сил, вызывающих их движение, изменение скорости движения тел. За основу брались именно геометрия движения планет и изменение их скоростей движения без понимания причин. Успехи кинематики в деле изучения движения планет привели к неожиданному результату. Именно кинематика открыла пути для математических спекуляций в физике, отодвинув в тёмный угол причины движения тел, изменения их скорости.
Постулирование возможности галилеева равномерного, прямолинейного движения тела неограниченное время создало в физике рискованный и авантюрный прецедент. Но, как сказал выше, таких движений в природе нет и быть не может! Разве что вдали от силовых полей галактик, где пространство изотропно, однородно, даже имея энергию давления. Силу, силовое поле создаёт градиент энергии давления среды. А такой градиент давлений может создавать вокруг себя либо сверхмассивное тело, либо огромное скопление сверхмассивных тел (галактика), либо сильный магнит, либо искусственно созданная энергетическая установка.
Хочется напомнить в очередной раз. Все виды устойчивых движений тел и частиц, известные нам в макромире и в микромире, имеют периодический, циклический характер. Циклические, орбитальные движения планет вокруг Солнца в его силовом поле происходят инерционно, равноускоренно, с небольшими изменениями скорости по причине эллипсоидности, сплющенности орбит. Т. е. орбиты замкнуты в эллипс, так что орбитальное движение планет подобно гармоническому колебанию маятника с участием противоборствующих сил: силы гравитационного вакуумного давления и силы центробежного равноускоренного движения. Это на макроуровне. На микроуровне, на планковском масштабе, тоже есть колебательная динамика – взаимная колебательная динамика элементов среды квантового физического вакуума. Такая колебательная динамика лежит в основе частицы протон – колебательная динамика «дыхания вакуума». Проще говоря, инерционность циклического движения объектов всегда обусловлена противоборством двух и более сил. Лежащий на поверхности Земли камень постоянно находится под действием силы вакуумного гравитационного давления («тяготения») и силы упругости со стороны почвы. Убирай под камнем эту силу упругости почвы – камень устремится к центру Земли. А в центре Земли камень ждёт «сюрприз» – невесомость, где гравитационное давление вакуума со всех сторон одинаково. Как ни крути, но кинематика имеет чёткие пределы, за которыми кончается её власть и права; и далее – власть динамики, мир энергий и сил!
Если бы подобное понимание цикличности устойчивых динамик объектов имелось у учёных в конце 19-го и в начале 20-го века, то теоретическая физика, возможно, избежала бы катаклизмов со спекулятивным релятивизмом так называемой специальной теории относительности (СТО; 1905 г.). Абсолютизированные И. Ньютоном в 17-м веке, без веских на то причин, пространство и время, с гипотезой Г. Галилея об инерционном движении, стали той благодатной почвой, на которой произросла СТО. А. Эйнштейн в СТО вступил в борьбу с ньютоновскими абсолютами пространства и времени, как Дон Кихот – с ветряной мельницей! Одной из задач СТО – с помощью обычной кинематики объяснить странную асимметрию в электродинамике Максвелла, в частности, в явлении электромагнитной индукции, где движутся относительно друг друга магнит или проводник. Почему в одном случае – возникает вихревое электрическое поле, а в другом случае – вихревое электрическое поле не возникает, но результат получается один и тот же – появление ЭДС в проводнике. Эйнштейн давно озаботился этой проблемой и искал пути её решения. Но ещё Фарадей, открыватель явления электромагнитной индукции, не видел здесь никакой асимметрии. Главное, говорил он, не относительность движения магнита и проводника, а энергичное изменение силовых линий магнитного поля в пределах замкнутого проводника! По всей видимости, Эйнштейн имел в виду асимметрию в случае с униполярным генератором Фарадея. Но об этом скажу ниже.
Чтобы понять ход мысли Эйнштейна, интересно взглянуть на его «моргановскую рукопись» 1920 года, где автор излагает путь к общей теории относительности, говорит о «счастливейшей мысли» в его жизни. Вот что пишет Эйнштейн: «Существование гравитационного поля может считаться лишь относительным, точно так же, как существование электрического поля, наводимого в результате электромагнитной индукции. Это связано с тем, что для наблюдателя, свободно падающего с крыши, гравитационное поле, по крайней мере, в его ближайшем окружении, не существует». Т. е., по мысли Эйнштейна, существование электрического поля – относительно, и оно становится реальность лишь при взаимном относительном движении, и не важно – что покоится или, что движется относительно друг друга, магнит или проводник. Эйнштейн был убеждён в том, что не только в механике, но и в электродинамике никакие свойства явлений не соответствуют понятию абсолютного покоя. В явлении электромагнитной индукции, как физическом явлении, не должно быть асимметрии; покоя нет и там, что находится в состоянии относительного покоя, магнит или проводник. И это верная мысль. Эйнштейну не нравился нелогичный отрыв электричества от магнетизма и подобная асимметрия двух систем.
Решение проблемы в своей статье «К электродинамике движущихся тел» Эйнштейн начал с кинематической части, где показал относительность пространственных и временных отрезков при относительности движения инерциальных систем отсчёта (ИСО), т. е. систем, движущихся равномерно и прямолинейно. Для доказательства понадобились лишь два постулата: одинаковость законов физики во всех ИСО и независимость скорости света от движения источника или приёмника света. В кинематической части статьи на первый план вышла проблема измерений с помощью световых сигналов временных и пространственных отрезков при относительности движения. И как закономерный результат – в любой движущейся ИСО, с точки зрения покоящейся ИСО, временные и пространственные отрезки не абсолютны, изменчивы, в зависимости от скорости ИСО. Эту релятивность, относительность отрезков выражает «волшебный корень» Лоренца, где имеется отношение квадрата скорости ИСО к квадрату скорости света. Эйнштейн показал, что продольное сжатие электрона при его поступательном движении имеет не физическую причину, а кинематическую, мнимую, зависящую от относительности движения. К слову сказать, в первоначальном варианте статьи Эйнштейна сюда же входила и релятивность, относительность массы движущегося тела; мол, с ростом скорости тела растёт и масса тела. Но этот «кинематический казус» с массой тела вовремя заметили и избавились от него. Тут следовало бы говорить не о росте массы тела при увеличении его скорости, при ускорении, а о росте веса тела, т. к. имеем дело с силой, с давлением! Масса тела не может изменяться без прибавления к телу других масс.
Примечательностью кинематической части статьи Эйнштейна стало утверждение о том, что часы с балансиром (крутильным маятником) на экваторе Земли должны идти медленней, чем такие же часы на полюсе Земли. И это так. Но причина – вовсе не кинематическая, а динамическая! «Сила тяжести» Земли вызывает неравномерность частоты колебания балансира, влияет на вес балансира часов. Если под «силой тяжести» понимать величину вакуумного гравитационного давления, то на экваторе Земли эта сила компенсируется частично силой центробежного осевого вращения Земли (маховик). Здесь вес балансира часов несколько меньше. На экваторе эта центробежная сила больше, чем на полюсе Земли, потому что на экваторе линейная скорость вращения Земли больше. Отсюда – замедление хода балансирных часов на экваторе.
В электродинамической части своей статьи «К электродинамике движущихся тел» Эйнштейн говорит о природе электродвижущих сил, возникающих при движении в магнитном поле. Берётся уравнение электромагнитной индукции Максвелла-Герца для пустого пространства с тремя векторами напряжённости электрического и магнитного поля (всего шесть уравнений). Эти уравнения сначала рассматриваются для покоящейся системы координат, а потом – для движущейся. Исходя из принципа относительности, эти уравнения должны быть совершенно подобны, тождественны. Но, что может различать уравнения для магнитной напряжённости поля и электрической напряжённости поля для обеих систем координат? Оказывается, направление вектора скорости поля, связанной с соответствующей движущейся координатной системой (v и – v)! Из соображений симметрии! В электромагнитной волне, по существующим представлениям, вектор колебания электрической напряжённости поля перпендикулярен вектору колебания магнитной напряжённости. Эйнштейн подобным шагом решил подчеркнуть, что других различий между напряжённостью поля магнитной составляющей и электрической составляющей – нет!
В финале первой электродинамической части статьи Эйнштейн даёт очень невнятное заключение своих изысканий: «Если единичный точечный заряд движется в электромагнитном поле, то действующая на него сила равна напряженности электрического поля в месте нахождения этого заряда, получающейся в результате преобразования поля к координатной системе, покоящейся относительно этого заряда». Откуда и почему тут взялось электромагнитное поле?! В строгом смысле, электромагнитное поле – это излучение огромного спектра частот! Электромагнитное поле может только раскачивать, колебать заряд. Но притягивать прямолинейно заряд или отталкивать такое переменное поле не может. И как сила напряжённости электрического поля, действующая на заряд, может возникать при преобразовании поля к координатной системе, покоящейся относительно этого заряда? Автор сам-то понял – что сказал?! Если изложить упрощённо, то, по Эйнштейну, заряды могут взаимодействовать и создавать поля – лишь находясь в относительном движении. Отчасти это верно. Но тут и требуется пояснить – в каком движении? Природа частицы-заряда такова, что она всегда находится в движении и никогда – в покое, и движение это – циклическое, замкнутое, с названием – спин! Чего Эйнштейн тогда, конечно, не знал. В 1905 году Эйнштейн, когда готовил свою статью «К электродинамике движущихся тел», многого не знал о мире частиц и атомов, а то, что знал, – было не всегда верно. Ведь не было даже представлений о спине частицы, основы знаний о частице, что уж говорить о другом! Так что Эйнштейну пришлось сильно изловчиться, чтобы свести концы с концами! Но ясной и понятной картины всё равно не получилось, оставался большой простор для различных толкований и спекуляций.
Сегодня понятно, что все частицы имеют спин, кольцевое вращение, а со спином – постоянное дипольное вихревое магнитное поле в среде физ. вакуума. Именно этими дипольными магнитными полями взаимодействуют частицы, находясь в телах или в свободном состоянии. А где есть взаимодействие силовых полей – там кончается кинематика и начинается динамика! Что и имеет место в явлении электромагнитной индукции Фарадея, где, внешней силой, энергичное пересечение замкнутой рамки проводника магнитного поля постоянного магнита приводит к эффекту разделения зарядов в теле проводника и рождению импульсов тока переменного направления. Энергично изменяющееся магнитное поле так раскачивает и переворачивает спины неспаренных частиц-зарядов в проводнике, что те переворачиваются на 180 градусов, рождая фотоны ультракороткой длины волны, а те, в сильных магнитных полях атомных ядер, распадаются на электроны левого и правого спина, противоположные заряды. Причиной явления электромагнитной индукции Фарадея можно назвать «трение» дипольных магнитных вихревых полей, полей частиц постоянного магнита и частиц проводника, абсолютно динамическое явление! Тогда как в униполярном генераторе Фарадея (вращающийся медный диск в магнитном поле) причина разделения зарядов и появление тока – совсем другая, а именно – трение скользящих контактов на оси диска и на краю диска. То, что энергичным стеганием металлом по металлу можно получить разделение зарядов, проходят ещё в школе. А постоянный магнит в униполярном генераторе Фарадея, можно предположить, лишь разводит по сторонам наведённые заряды. Можно вообще здесь отказаться от медного диска, и вращать на оси лишь неодимовый кольцевой магнит с хромовым покрытием. Хромовое покрытие магнита выполняет роль медной пластины. При трении щёток о хромовое покрытие вращающегося магнита по центру и на краю магнита, можно получать постоянный ток. При изменении направления вращения магнита – направление тока изменится на противоположное. С ферритовым кольцевым магнитом без хромового покрытия тока не будет. Так что у любого явления разделения зарядов и появления тока – основа не кинематическая, а динамическая, энергичное взаимодействие полей частиц-зарядов!
И ещё важно отметить. Магнитное поле нельзя обнулить иной точкой зрения, взглядом из иной системы отсчёта. Магнитное поле – это изменённое состояние среды физ. вакуума вокруг частицы-заряда, представляющее собой дипольное вихревое поле вращения. При интерференции, при наложении однонаправленных вращений магнитных полей – происходит усиление динамики полей, что уменьшает плотность и давление среды физ. вакуума в области наложения полей. При интерференции разнонаправленных вихревых магнитных полей происходит «погашение» динамики полей, при этом плотность и давление среды физ. вакуума в области наложения увеличиваются. В этом – коренное отличие от взаимодействия гравитационных полей больших масс. При наложении гравитационных полей больших масс, в области наложения – плотность и давление среды физ. вакуума всегда только уменьшаются. И гравитационной поле тоже нельзя обнулить взглядом из иной системы отсчёта, потому что гравитационное поле – тоже изменённое состояние среды физ. вакуума вокруг массивного тела.
Непринятие великим Анри Пуанкаре эйнштейновского релятивизма в парадигме кинематики объясняется очень просто. Пуанкаре видел тупиковость этого пути, потому что, как математик и физик, он был на голову выше Эйнштейна. И подмена динамики кинематикой превращала физику, науку о природе и силах природы, в математические спекуляции, в игру с умозрительными опытами и формулами. Не зря одна из важнейших работ Пуанкаре по теме релятивизма называлась «О динамике электрона» (1905 г.)! Когда Эйнштейн в 1907-11 годах попытался вписать в свою релятивистскую кинематику природу гравитации, то со временем осознал, что это невозможно, ускорение свободного падения – вовсе не кинематическое явление! Для ускорения тела нужна сила, а это – динамика! Но и тут Эйнштейн изловчился постулировать ускоренную систему отсчёта, но как локальную, постулировал эквивалентность инерциальных и ускоренных систем отсчёта. В общей теории относительности (теории гравитации) Эйнштейн предположил, что гравитационные поля и силы носят относительный характер, поскольку могут быть обращены в нуль (правда, только локально) путём перехода в ускоренную локально инерциальную систему отсчёта. И лишь незадолго до смерти Эйнштейн осознал свою ошибку с кинематическим релятивизмом, и, возможно, понял, что Пуанкаре был прав…