Предыдущая часть:
Таким образом, если мы внимательно и вдумчиво проанализируем суть СТО, то напрашивается вывод, что пространство-время обладает волновыми свойствами. И что именно эти волны пространства-времени физически задают в нашей Вселенной масштаб времени (через частоту волны) и масштаб расстояний (через длину волны), а постоянство скорости в любой ИСО объясняется тем, что свет движется в пространстве-времени не как в чем-то внешнем для себя (как движутся точечные ИСО), а как в некоей физической среде.
Споры об эфире
Здесь, конечно, сразу же вспоминаются споры об эфире, которые разгорелись между физиками в начале 20 века, после появления СТО Эйнштейна. И, надо заметить, что сам Эйнштейн вовсе не был так категоричен в отрицании существования эфира, как многие современные физики. Почему?
Потому, что после появления СТО эфир, как показалось Эйнштейну, уже вроде бы был не нужен. Однако после появления ОТО Эйнштейну стало ясно, что "пустое пространство" - это не просто некая среда, обладающая исключительно геометрическими (математическими) свойствами: пространство явно обладает еще и некими физическими свойствами. То есть действует на вещество (материю) подобно тому, как действовал эфир Лоренца.
Приведу несколько высказываний Эйнштейна на сей счет из его речи, произнесенной им 5 мая 1920 года в Лейденском университете по поводу избрания Эйнштейна почетным профессором этого университета:
«Между тем ближайшее рассмотрение показывает, что специальная теория относительности не требует безусловного отрицания эфира. Можно принять существование эфира; не следует только заботиться о том, чтобы приписывать ему определенное состояние движения; иначе говоря, абстрагируясь, нужно отнять у него последний механический признак, который ему еще оставил Лоренц. Позднее мы увидим, что общая теория относительности оправдывает такое представление…».
«Путем расширения понятия физического объекта можно представить себе такие объекты, к которым нельзя применить понятие движения. Эти объекты нельзя мыслить состоящими из частиц, поведение каждой из которых поддается исследованию во времени. На языке Минковского надо сказать так: не всякое образование, заполняющее четырехмерное пространство, можно представить себе состоящим из мировых линий. Специальная теория относительности запрещает считать эфир состоящим из частиц, поведение которых во времени можно наблюдать, но гипотеза о существовании эфира не противоречит специальной теории относительности. Не следует только приписывать эфиру состояние движения».
«С другой стороны, можно привести некоторый важный аргумент в пользу гипотезы об эфире. Отрицать эфир - это в конечном счете значит принимать, что пустое пространство не имеет никаких физических свойств. С таким воззрением не согласуются основные факты механики».
«Согласно этой теории (ОТО), метрические свойства пространственно-временного континуума в окрестности отдельных пространственно-временных точек различны и зависят от распределения материи вне рассматриваемой области. Представление о физически пустом пространстве окончательно устраняется такой пространственно-временной изменяемостью масштабов и часов; соответственно, признание того факта, что «пустое пространство» в физическом отношении не является однородным и изотропным, вынуждает нас описывать его состояние с помощью десяти функций - гравитационных потенциалов g. Но, таким образом, и понятие эфира снова приобретает определенное содержание, которое совершенно отлично от содержания понятия эфира механической теории света. Эфир общей теории относительности есть среда, сама по себе лишенная всех механических и кинематических свойств, но в то же время определяющая механические (и электромагнитные) процессы».
«Эфир общей теории относительности принципиально отличается от эфира Лоренца тем, что его состояние в любом месте динамически определяется с помощью дифференциальных уравнений материей и состоянием эфира в соседних точках, в то время как состояние эфира Лоренца в случае отсутствия электромагнитных полей ни от чего, кроме самого эфира, не зависит и всюду одно и то же».
«Мысленно можно превратить эфир общей теории относительности в эфир Лоренца, если заменить все описывающие его функции пространственных координат постоянными и не обращать внимания на причины, обусловливающие его состояние. Можно сказать еще и так: эфир общей теории относительности мы получаем из эфира Лоренца, релятивируя последний».
«Нам пока еще не ясно, какую роль новый эфир призван играть в картине мира будущего. Мы знаем, что он определяет метрические соотношения в пространственно-временном континууме, например, возможные конфигурации твердых тел или различные гравитационные поля, но мы не знаем, участвует ли он в построении элементарных электрических частиц, образующих материю».
«Согласно общей теории относительности, пространство немыслимо без эфира; действительно, в таком пространстве не только было бы невозможно распространение света, но не могли бы существовать масштабы и часы и не было бы никаких пространственно-временных расстояний в физическом смысле слова. Однако этот эфир нельзя представить себе состоящим из прослеживаемых во времени частей; таким свойством обладает только весомая материя; точно так же к нему нельзя применять понятие движения».
Как мы видим, к 1920 году Эйнштейн от отрицания эфира пришел к выводу, что "согласно общей теории относительности, пространство немыслимо без эфира".
Как физически задается масштаб времени и расстояний?
Последняя цитата для нас особенно важна, так как в ней Эйнштейн высказал очень простую, но глубокую мысль: в любой неподвижной ИСО ход времени (масштаб времени) и масштаб расстояний одинаковый. И тогда возникает вопрос: каким же образом во всей Вселенной, для любой неподвижной ИСО, физически задан один и тот же масштаб времени и масштаб расстояний? Как во Вселенной происходит такая синхронизация хода времени и масштаба расстояний для любой неподвижной ИСО?
Эйнштейн прекрасно понимал, что в физическом мире время и расстояния - это не просто величины чисто математические (геометрические). Это величины физические, и поэтому они должны каким-то образом задаваться в нашей Вселенной физически. И поскольку вещество (частицы, тела), очевидно, задавать масштаб времени и расстояния не могут, отсюда напрашивается вывод, что само пространство-время физично, то есть пространство обладает некими физическими свойствами, является физической реальностью. И масштаб времени и расстояния задаются физическим способом - в форме какого-то физического процесса.
Но это ясно не только из ОТО - в сущности, как мы видели, этот вывод напрашивается уже при более внимательном и вдумчивом анализе СТО. Если скорость света одинакова во всех ИСО, и если масштаб времени и расстояния для любой неподвижной ИСО (то есть в ее собственной системе отсчета) для всех ИСО, в любой точке Вселенной, также одинаковы - то отсюда напрашивается вывод, что "пустое пространство" - вовсе не пустое, а обладает некими физическими свойствами, и именно эти физические свойства пространства и задают масштаб времени и расстояний для всех ИСО и для всякого вещества и физических процессов.
Но как они задаются? Мое предположение состоит в том, что с помощью некоего колебательного процесса, с помощью некоей волны пространства-времени, которая порождается любой ИСО. И именно частота и длина такой волны и задает физически масштаб времени и расстояния для любой ИСО - всегда одинаковые для любой неподвижной ИСО. То есть масштаб времени и расстояния физически задаются с помощью колебаний того, что тогда называли эфиром.
Отличие эфира Эйнштейна от эфира Лоренца
Но Эйнштейн очень четко обозначил и отличие того эфира, о котором он говорил, от эфира Лоренца.
У Лоренца понятие эфира, в сущности, очень близко к понятию абсолютного пространства Ньютона. Есть некое пустое абсолютное пространство, всегда неподвижное, в котором (и относительно которого) движутся ИСО. И если мы мысленно "заполним" это неподвижное абсолютное пространство Ньютона эфиром, некоей вещественной средой - мы получим эфир Лоренца. Это можно изобразить примерно такой схемой.
Однако из СТО и ОТО, а также некоторых экспериментов, следовало, что такой эфир Лоренца невозможен - то есть он не существует. И эфир Эйнштейна действует совсем иначе: он является неподвижным для любой неподвижной ИСО (в ее собственной системе отсчета). То есть каждая ИСО выступает в роли локальной абсолютной системы отсчета, в которой масштаб времени, масштаб расстояния и скорость света - всегда одинаковы (то есть являются абсолютными величинами). А пространство, которое мы видим и наблюдаем, как бы возникает из взаимного расположения и движения ИСО относительно друг друга - как реляционное (относительное) пространство. Это можно примерно изобразить с помощью такой схемы.
А масштаб времени и расстояния (всегда одинаковый) задается для каждой ИСО через волну пространства-времени, частота и длина которой одинакова в любой неподвижной ИСО.
И тогда отсюда становится понятной суть релятивистских эффектов. Поскольку они связаны с изменением масштаба времени и расстояния в движущейся системе отсчета для неподвижного наблюдателя (для неподвижной ИСО), то суть релятивистских эффектов следует трактовать как изменение фазы этой волны пространства-времени для неподвижного наблюдателя.
Продолжение: