Рекомендуется для людей обладающих логикой,
знающих математику в объёме средней школы
и знающих основы теории относительности.
Не рекомендуется отъявленным релятивистам,
кабы не травмировать чувства верующих.
Математическим обоснованием теории относительности Эйнштейна являются преобразования Лоренца.
Многим известно, что преобразования Лоренца можно вывести из классических представлений, где скорость света складывается со скоростью источника. И всё бы ничего, если бы они не были подогнаны под преобразования Галилея.
В преобразованиях Лоренца и Галилея учёные пытаются перейти из системы отсчёта наблюдателя в систему отсчёта связанную с движущимся источником для того чтобы преобразовывать пространственно-временные координаты событий. Хочется задать научный вопрос: "На хрена?... Какая такая необходимость?"
А, ответ простой : "А, потому что!"
Нет логического объяснения этой процедуре.
В механике всегда стоял вопрос, где находится объект в то или иное время. На границе 19 - 20 веков, появилась необходимость учитывать скорость распространения сигнала. Самым быстрым сигналом был свет (электромагнитные волны). Встал вопрос , как им воспользоваться? Как выглядели бы преобразования Галилея в этом случае, т.е. необходимо было заменить вещественные эталоны на эталоны связанные с движением света. Т.е. за какое время проходит свет то или иное расстояние свет в зависимости от скорости источника. Напомню, как выглядят так называемые преобразования Галилея:
x` = x0 + v*t
Мы знаем начальное положение источника x0 и нам необходимо найти положение источника через время t на момент прихода сигнала. Мы не будем заниматься переходами из одной системы в другую, потому что это бессмысленное занятие. Кто желает, может считать это переходом, формулы то одни. Замена вещественных эталонов влечёт за собой изменения в понятиях, теперь x0 - это не отметка на шкале x, а путь пройденный светом за время t до наблюдателя. За это время источник переместится на расстояние равное v*t. В данном случае источник удаляется. Из классических соображений, т.е. скорость света складывается со скоростью источника преобразования
с учётом замены вещественных эталонов, преобразования будут выглядеть:
x` = c*t - v*t + c*t = c*t (1)
Вычислить положение источника в классической физике на момент приёма сигнала можно не зная о скорости источника.
Т.е. достаточно умножить время прохождения сигнала на скорость света и вы получите положение источника на момент приёма сигнала. Вот откуда растут ноги "независимости" скорости света.
Лирические отступления:
1) Задайте вопрос тем, кто занимается расчётами положения спутников:
почему умножая задержку сигнала от спутника на скорость света, получается расстояние до спутника на момент получения сигнала?
2) В формуле Максвелла скорость света выступает, как некая постоянная величина. По той же причине.
Конец лирическому отступлению.
Время прохода сигнала до наблюдателя от источника в этом случае определиться:
t = x0 / (c -v)
x0 = t *(c -v)
Если известно начальное положение и скорость источника, то преобразования Галилея:
x` = c* x0/(c -v) - v*x0/ (c-v) + x0*v/ (c -v) =
= c* x0/(c -v) (2)
В преобразованиях Лоренца пытались решить две задачи:
1) Сделать так, что при любой скорости источника скорость света для наблюдателя была постоянной.
2) Объяснить математически сокращение размеров при движении.
Ответ на 1 вопрос:
Лоренц (Эйнштейн) постулировал, что скорость света постоянная величина, тогда преобразования выглядели бы:
т.е. x0 / c = t.
x`` = x0 + v*t` = c * t` + v*t`
Но они отличаются от Галилея (истинных, а иначе, зачем было подгонять под классику) в k - раз:
Ответ на 2 вопрос:
Как объяснить, почему световые волны двигаясь в перпендикулярных направления в опыте Майкельсона-Морли при повороте, не сдвигали интерференционные полосы. Был придуман выход, сжатие объектов по ходу движения источника света.
Эта запись означает, что большее расстояние в L раз свет потратит в L раз большее время. Но можно это интерпретировать , как увеличение или уменьшение размеров и замедлением времени. Допустим,
Первый столбец источник приближается, второй - удаляется.
Кратко про эксперименты.
1) Эксперимент Майкельсона- Морли.
Было "доподлинно" известно, что свет это волна, а раз волна, то распространяется в среде, названной эфиром. Но эфир не обнаружили, однако от идеи эфира не отказались, переименовав его в электромагнитное поле, изменив свойства пространства времени. Хотя, логично бы принять версию, что свет это частица, а поскольку в ходе эксперимента все зеркала находятся относительно друг друга в покое и каждое является источником, то нет причин меняться картинке. Если свет волна, то при отражении ,вследствие, того что зеркало движется относительно эфира, должна меняться частота излучения, а этого не было. Так называемые эффекты первого порядка, наивно надеяться, что будут проявляться эффекты второго порядка, как в опыте М-М.
2) Эксперимент Фуко. Свет проходил в движущейся воде и у Фуко не складывались скорости света с движущейся средой классическим образом. А, ларчик просто открывался! Он забыл учесть, что в движущейся среде меняется показатель преломления. И классика хорошо работает. ( отдельное видео)
3) Современные способы проверок на ускорителях по типу , разгоняют электроны до сверхсветовых скоростей в среде и меряют скорость света. Хотя из школы известно, что электроны не излучают, а это более сложный процесс. Даже заморачиваться на такие эксперименты не хочу.
4. По эфиру. Моё мнение, отклонения, которые были получены в экспериментах типа М-М связаны не со средой , а с разной скоростью распространения света от действия градиента гравитации. Луна, Солнце и всё такое.
Вывод: Специальная теория относительности – это классическая физика с казуистической интерпретацией явлений. Кое-что посчитать можно, формулы то подогнаны под классику, но суть явлений истолковывают, мягко скажем, извращённо. То же самое, что оперироваться гланды не через рот.