Анализ на статията “За електродинамиката на движещите се тела”

Резюме

Тази уеб страница представя анализ на статията “За електродинамиката на движещите се тела”, където Айнщайн представя специалната теория на относителността. Анализът се основава на класическата механика и Галилеевата относителност, които са валидни в нашия локален време-пространствен домейн “на повърхността на Земята”. Показва се точно къде и как се прилага погрешното твърдение „скоростта на светлината е еднаква във всички инерционни отправни системи”. Тук е доказано също, че абсурдното заключение на Айнщайн, че „не можем да придадем абсолютно абсолютно значение на концепцията за едновременност“, се основава единствено на постулата – че „измерената скорост на светлината е еднаква във всички инерционни отправни системи“. Това твърдение обаче, както се вижда от анализите на експериментите, е експериментално доказано, че е невярно.

Специалната теория на относителността е публикувана в статията „За електродинамиката на движещите се тела“ в 1905 год., в научното списание Annalen der Physik (Einstein, 1905а).

Настоящият анализ на статията „За електродинамиката на движещите се тела“ , е направен на базата на класическата механика и относителността на Галилей, които са в сила в нашата физическа реалност – областта с еднаква и непроменяща се гравитация „близо до повърхността на Земяра“. Този анализ е класически, и защото се анализира доколко представената хипотеза в статията съответства на физическата действителност.

———————————

Рeмарк: За да има дадена теория във физиката научна стойност, тя трябва да отговаря на физическата действителност. Ето защо, при анализа на статията ще разглеждаме доколко използваните мисловни експерименти и направените изводи отговарят на физическата действителност.

Трите определящи характеристики на нашата време-пространствена област „близо до земната повърхност“, имащи отношение към обсъжданата тема са:

● интензитетът на гравитационното поле е практически еднакъв;

● дефинираните от нас единици за измерване за дължина и време не се променят ‒ това са най-първичните константи, които ние сами сме определили;

● скоростта на електромагнитното лъчение (на светлината във вакуум) е постоянна (както и всички физически константи в област с непроменлив интензитет на гравитационното поле).

Както беше отбелязано, Земята се върти около оста си в стационарното пространство, а деформацията „самата изкривеност“ на пространството се движи заедно със Земята по орбитата ѝ около Слънцето и заедно със Слънчевата система в Млечния път.

1. Начало на анализа.

В началото Айнщайн се позовава на електромагнитната теория на Максуел (Maxwell’s Theory of Electrodynamics), след което дава една първоначална формулировка на двата постулата, на основата на които е развита специалната теория на относителността.

Формулировката на първият постулат, който Айнщайн нарича „принцип на относителността“, се отнася до природните закони – че законите на електродинамиката и оптиката са валидни във всички инерционни отправни системи, където са валидни законите на механиката:

„едни и същи закони на електродинамика и оптика са валидни за всички отправни системи, в които са в сила уравненията на механиката.“

Вторият постулат, „който само привидно е несъвместим с първия“, Айнщайн формулира по следния начин:

„че светлината винаги се разпространява в празното пространство с постоянна скорост c, която е независима от състоянието на движение на излъчващото тяло.“

Прилагайки „научния метод“, всеки учен може да анализира:

Отговаря ли тази формулировка на нашата физическа действителност?

Първият постулат е формулиран толкова общо, че не може да бъде приет без подробен анализ!

Първо, на каква основа е зависимостта и аналогията между законите на електродинамиката и оптиката с уравненията на механиката? Въз основа на такова неразумно твърдение за аналогия (между електромагнитни вълни и механични вълни) се дължи втората голяма грешка във физиката на 20-ти век относно „ускоряващото се разширяване на Вселената“. Уравненията на механиката се отнасят за движението на материалните тела в неподвижното пространство. За уравненията, описващи движението на материални тела в движещи се системи с различни скорости в неподвижно пространство, са в сила Галилееви трансформации. Принципът на относителността на Галилей гласи, че законите на движението (законите на движението на Нютон) са еднакви във всички инерционни отправни системи и следователно:

Невъзможно е чрез какъвто и да било механичен експеримент, проведен в която и да е инерционна система, да се определи дали дадената инерционна система е в покой или се движи равномерно и праволинейно в неподвижното пространство.

Това означава, че няма зависимост на скоростта на тяло с маса m (в такава инерционна отправна система) от посоката на движение на тялото в отправната система (т.е. няма анизотропия на скоростта, ако скоростта се измерва в самата инерционна отправна система)! Но ако системата се движи с постоянна скорост, но не праволинейно, това може да се установи чрез механичен експеримент (махалото на Фуко). Така че не е научно приемливо да се твърди “за всички отправни системи”, което означава, че няма значение дали отправните системи са инерционни, (какви), или не. С други думи, това твърдение не може да се приеме, без да се анализират подробно резултатите от експериментите и без да се обсъдят разликите. Много от експериментите обаче се обясняват от съвременната физика въз основа на нереалистичните резултати от специалната теория на относителността (вижте тази страница), което всъщност е неприемлива логическа кръгова препратка.

Вторият постулат, който според думите на Айнщайн „е само привидно несъвместим с първия“, е:

„че светлината винаги се разпространява в празното пространство с определена скорост c, която не зависи от състоянието на движение на излъчващото тяло.“

Да, светлината се разпространява в „празното пространство“ (във вакуум), с постоянна скорост, но само в области с еднакъв интензитет на гравитационното поле, каквато област е областта „близо до земната повърхност“. Скоростта на светлината във вакуум обаче не е една и съща за всички области на Вселената – скоростта на светлината във вакуум зависи от интензитета на гравитационното поле и се променя в областите, през които светлината преминава. Доказателствата за това бяха посочени по-горе (като експериментът на д-р Шапиро (Shapiro, 1964) , потвърден и от експериментите извършени с помощта на контролирани транспондери на борда на космическите кораби „Маринър-6“ и „Маринър-7“, при обикалянето им около планетата Марс .

Да, скоростта на светлината във вакуум не зависи от състоянието на движение на излъчващото тяло, защото излъчването става на квантово ниво – като кванти с дискретна енергия, освободена при прехода между две енергийни състояния на атоми, намиращи се в съответна област със съответната напрегнатост на гравитационното поле.

Айнщайн обаче не твърди и не споменава никъде в статията, че скоростта на светлината е еднаква за всички инерциални отправни системи (въпреки че, както ще видим, той я е използвал в статията си). Може би затова Айнщайн никога не е обсъждал експеримента, извършен през 1912 г. от френския физик Жорж Саняк, защото не само този експеримент потвърждава валидността на Галилеевата теория на относителността в нашия локален време-пространствен регион. Освен това не е взета предвид и следната важна разлика – че докато движението на материалните тела е в стационарното пространство, електромагнитните вълни всъщност са вибрации на самото стационарно пространство (от гледна точка на вълновата теория), или като поток от кванти, разпространяващ се радиално от излъчващото тяло, като скоростта им на разпространение е винаги една и съща във време-пространствена област с еднакъв интензитет на гравитационното поле.

И така, въпреки че е невъзможно чрез някакъв механичен експеримент, проведен в инерционна отправна система, да се определи дали дадената система е в покой или се движи равномерно и праволинейно в неподвижното пространство – чрез измерване на скоростта на светлината в движеща се инерционна отправна система, задачата „да се определи скоростта на инерционната отправна система в „празното пространство“ е елементарна! Трябва да изясним, че става дума за локално стационарно „празно пространство“ в област с еднакъв интензитет на гравитационното поле – като област „близо до повърхността на Земята“. Тази задача е демонстрирана с „експеримента на Микелсън-Гейл-Пиърсън“, но може да бъде демонстрирана и с експерименти на различни географски ширини, където линейната скорост на земната повърхност е различна!

След всички тези пояснения читателят може да прецени не само доколко вторият постулат е съвместим с първия постулат, но и до каква степен тези постулати са валидни!

Следват анализ на първата част „I.КИНЕМАТИЧЕСКА ЧАСТ“, след това – и на втората част на статията „II. ЕЛЕКТРОПДИНАМИЧЕСКА ЧАСТ“.

2. Анализ на „I. КИНЕМАТИЧЕСКА ЧАСТ. § 1. Определение на едновременност“

Айнщайн започва изложението на логиката си, като представя стационарна координатна система:

„Нека вземем система от координати в която уравненията на Нютоновата механика са в сила. За да бъде презентацията по-прецизна, и за да се разграничи вербално тази система от други, които ще бъдат представени по-нататък, ние ще я наречем „стационарна система“.“

Нека се върнем към гореспоменатото изискване (виж Ремарк ), отнасящо се до научната стойност на статията. Следователно възниква въпросът:

Какво е съответствието на разглежданата „стационарна система“ с нашата физическа действителност?

Отговорът е:

● Да ‒ уравненията на Нютоновата механика и относителността на Галилей са в сила в нашата физическа действителност.

● Очевидно така наречената „стационарна система“ е отправна система, свързана със самото стационарно пространство (а не свързана с движещата се земна повърхност). Това става ясно от дефинирания по-долу „критерий за синхронизация на два часовника“ в стационарната система.

● Разглежданата „стационарна система“ притежава определящите характеристики на нашата физическа действителност: в нея единиците за измерване са непроменливи – „rigid standards of measurement“. Избраната от Айнщайн мерна единица за дължина е „твърда неогъваема измервателна пръчка“ – (в измервателната система СИ сме избрали това да е единицата за дължина „метър“). За измерване на времето Айнщайн използва еднакви часовници, които „във всяко отношение си приличат“, отмерващи еднакви по продължителност интервали от време – (в измервателната система СИ сме дефинирали единицата за време с продължителност „секунда“ чрез честотата на точно определено електромагнитно лъчение).

Така позицията на намираща се в покой материална точка в пространството в тази (всъщност стационарна Декартова система) се определя „чрез използването на твърди (непроменливи единици за измерване и методите на Евклидовата геометрия“, и може да бъде представена в „картезиански координати“ (Renatus Cartesius е латинското име на René Descartes). Фактически, понятието „пространство“ свързваме с понятието „положение на намираща се в покой материална точка“.

Обаче, ако говорим за „движение“, то трябва да включим и величината „време“:

„Ако искаме да опишем движението на дадена материална точка, ние даваме стойностите на нейните координати като функции на времето.“

Айнщайн логически ни показва, че понятието „време“ е неразривно свързано с понятието „едновременност“. Наистина, когато говорим за „точка във времето“ – имаме предвид едновременността на най-малко две събития: „моментът на всяко едно събитие“ и „определено положение на стрелките на часовника“.

Ето защо, относно дефинирането на понятието „време“: Айнщайн предлага то да се замести с „позицията на стрелките на часовник“:

„Възможно е да се преодолеят всички трудности, свързани с дефиницията на „време“, като „времето“ се замести с „позицията на малката стрелка на моя часовник“.“

Но това е приемливо, продължава Айнщайн, само ако наблюдателят е на мястото, където е разположен часовника. Ако наблюдателят е отдалечен от часовника, то е необходим допълнителен интервал от време за преноса на информацията (показанието) на отдалечения часовник до наблюдателя. В разглеждания случай трябва да си представим наблюдател с часовник, позициониран в началото на координатната система, който определя (оценява) времето на настъпване на събития в различни точки от системата, чрез получаване на светлинни сигнали от мястото на настъпване на съответното събитие. Айнщайн говори за недостатъците на такава координация:

„Но тази координация има недостатъка, че тя не е независима от гледната точка на наблюдателя с ръчния часовник или часовник, както знаем от опита.“

Всъщност недостатъкът е, че при синхронизацията на часовници намиращи се на различни места, се изисква различна поправка за времето на получаване на информацията.

В действителност, Айнщайн разглежда една стационарната система, в която времето е еднакво и го нарича „време на стационарната система“. Разбира се, трябва да приемем някакво начално събитие за начало на отмерване на времето, както и точка, от която времето във всички останали точки да се синхронизира…

В статията следва дефинирането на „критерия за синхронизация на два часовника в разглежданата стационарна система“. За целта, Айнщайн разглежда две точки (т. А и т. В) в стационарната координатна система, където са установени еднакви часовници: позициониран е „друг часовник (в В), във всяко отношение, наподобяващ този в А“. Както отбелязахме, часовниците във всяко отношение „си приличат“ един на друг. Това всъщност означава, че двата часовника отмерват еднакво интервалите от време (т.е. продължителността на отмерваните „секунди“ е една и съща за двата часовника). Т.е., в разглежданата стационарна координатна система – единицата за измерване на дължина и единицата за измерване на време са константни. Другото условие е, че часовниците в т. А и т. В са синхронизирани (показанията им са еднакви), но с обозначение съответно „А време“ и „B време“.

Ето и мисловният експеримент:

„Нека лъч светлина да стартира в „А време“ в момент t_A от A към B, и нека той в „B време“ в момент t_B да бъде отразен от B в посока A и да пристигне отново в A в „А време“ в момент t́_А.“

Даденият критерий, според който два стационарни часовника са синхронизирани в разглежданата стационарна координатна система (където светлината се разпространява в пространството с постоянна скорост), е:

„В съответствие с определението за синхронизирани два часовника:

, където t_A и t΄_A са показанията на часовника в точка А, а t_В е показанието на часовника в точка В. Това уравнение (44) показва, че два отдалечени стационарни часовника в стационарна система са синхронизирани, когато показанията на тези два часовника за времевите интервали в двете посоки на пътуване на светлината, са равни.

Айнщайн нарича това уравнение (44) „критерий за синхронизация на два часовника“. Обаче трябва отново да подчертаем, че тези часовници Айнщайн е приел да са в покой в стационарна система. Ако направим отнасяне към (виж Ремарк),то:

Формулата е вярна за нашата физическа реалност, но при условие, че разглежданата от Айнщайн стационарна система отговаря на отправна система, свързана със самото пространството – където скоростта на светлината е константна и спрямо която отправна система земната повърхност се движи.

С други думи, тази формула като „критерий за синхронизирането на два часовника“ е вярна, когато т. А и т. В са стационарни в неподвижното „празното пространство“, където скоростта на светлината е константа. Обаче формулата не е вярна, когато т. А и т. В са фиксирани неподвижно към земната повърхност, която се движи в стационарното пространство. Когато разглежданите обстоятелства не се съпоставят с физическата реалност, се създава предпоставка за противоречие – като уравнението (45):

„В съответствие с опита ние по-нататък приемаме величината

да бъде универсална константа – скоростта на светлината в празното пространство.“

Това уравнение е вярно, защото включва изминатия път на светлина в двете посоки – и следователно, получената скорост на светлината е осреднената за двете посоки и ще е винаги равна на с (както е при „двупосочното измерване на скоростта на светлината“ – случаят на експеримента на Майкелсън-Морли)! Това уравнение обаче е подвеждащо, защото е вярно не само за отправната система свързана със стационарното „празно пространство“, но то е вярно и за отправната система свързана с движещата се земна повърхност. А реалността (този път наистина в съответствие с опитите) е, че ако разгледаната координатна система е свързана с движещата се земна повърхност (т. А и т.В са фиксирани на земната повърхност), и т. В се намира на изток от т. А, то:

Както видяхме при анализа на експериментите “Еднопосочно измерване на скоростта на светлина”, когато отправната система е свързана със земната повърхност – разликата във времето (46) в различните посоки ще зависи от линейната скорост на земната повърхност на съответната географска ширина. Обаче, сумарният интервал от време на движението на светлинния лъч в двете посоки, ще е винаги константен (t^΄_A – t_A = const), както е и при интерферометрите на Майкелсън. Така и уравнението (45) ще бъде вярно и за свързаната със земната повърхност отправна система.

Резюме за раздел § 1 от статията: Факт е, че не е опредено съответствието на разглежданата „стационарна система“ с нашата физическа действителност. Тя е наречена стационарна само „за да разграничи устно (вербално) тази координатна система от другите, които ще бъдат въведени оттук нататък“. Тази неточност създава условия за противоречие, което всъщност се развива още в следващия раздел.

3. Анализ на „I. КИНЕМАТИЧЕСКА ЧАСТ. § 2. За относителността на дължината (пространството) и времето“

В началото на този параграф, Айнщайн дефинира двата постулата, на които се основава специалната теория на относителността, по следния начин:

„Следващите разсъждения се основават на принципа на относителността и на принципа за постоянството на скоростта на светлината. Тези два принципа ние дефинираме, както следва:

1. Законите, по които се променят състоянията на физическите системи остават едни и същи, независимо дали тези промени се отнасят към едната или другата от двете координатни (отправни) системи, движещи се успоредно и праволинейно.

2. Всеки лъч светлина се движи в „стационарната“ система от координати с определена (фиксирана) скорост „c“, независимо дали лъчът се излъчва от стационарно или от движещо се тяло. Следователно:

където трябва да се вземе интервала от време по смисъла на определението в §1.“

Можем да сравним тази дефиниция на „постулата за постоянството на скоростта“ с дефиницията, дадена в началото на статията:

„Светлината винаги се разпространява в празно пространство с фиксирана скорост c, която е независима от състоянието на движение на излъчващото тяло.“

Всъщност, живеейки във време-пространствената област „близо до повърхността на Земята“: докъде читателят трябва да се съгласи с тези дефиниции на постулатите?

● Наистина, физическите закони в инерционните отправни системи са еднакви (защото всъщност процесите се извършват в общото за всички системи стационарно пространство).

● Наистина, скоростта на светлината е постоянна в „празното пространство / във вакуум“ – т.е. в отправната система свързана със стационарното пространство.

● Наистина, няма значение дали „фотоните се излъчват от стационарно или от движещо се тяло“ – тяхната скорост във вакуум е една и съща, защото емисията на фотоните става на квантово ниво.

● Обаче никъде Айнщайн не обсъжда факта, че измерената скорост на светлината зависи от движението на наблюдателя спрямо стационарната система на празното пространство – това би означавало, че измерената скорост на светлината зависи от движението на отправната система на наблюдателя в стационарното пространство. Всъщност това би означавало, че твърдението „измерваната скорост на светлината е една и съща за всички инерционни отправни системи“ не е вярно! Айнщайн не постулира това твърдение директно, но както ще видим по-долу, то се използва при получаването на резултатите на специалната теория на относителността… Фразата „за всички отправни системи“ (for all frames of reference), съществува само на едно място в статията, и то е:

Но нека продължим с проследяването на логиката на разсъждения на Айнщайн – с разглеждането на стационарен твърд (с константна непроменлива дължина) прът:

„Нека да е даден неподвижен твърд прът; и нека дължината му да се измерва с измервателна пръчка, която също е неподвижна. Сега ние си представяме оста на пръта, лежаща по оста на х на стационарната система от координати, и че на пръта му се задава равномерно праволинейно движение със скорост v , успоредно по оста х, и в посока на нарастване на x.“

Относно дължината на движещия се прът – посочват се следните два начина (метода) посредством които може да се определи дължината на пръта:

(а) Наблюдателят върху движещия се прът (в движещата се отправна система), измерва дължината на движещия се прът с помощта на измервателната пръчка-еталон, наслагвайки го по начин, сякаш всички са в покой. Така измерената дължина на пръта АВ, Айнщайн нарича „дължина на пръта в движещата се система“ (the length of the rod in the moving system) и че – „трябва да бъде равна на дължината на пръта l измерена в стационарната система”.

(b) Посредством стационарни часовници, установени в стационарната система и синхронизирани „по начина в § 1“, наблюдателят констатира в кои точки в стационарната система се намират краищата А и В на пръта в определен момент. Разстоянието между тези две точки, измерени със същата измервателна пръчка-еталон, но в покой, може също да се нарече „дължина на пръта“.

Тук трябва да подчертаем, че използваната единица за измерване на дължина „пръчката-еталон“ е една и съща за стационарната и за движещата се системи. Използваните часовници в движещата се отправна система са синхронизирани със стационарните часовници и отмерват еднакви интервали от време – следователно, една и съща единица за измерване на време се използва. Според Айнщайн, използва се измерената дължина на пръта в движещата се отправна система (по метода (а)), ще се различава от измерената дължина на пръта в стационарната отправна система (по метода (b)):

„Дължината, която трябва да бъде определена от операцията (b), ще наричаме „дължината на (движещия се) прът в стационарната система“. Това ще определим въз основа на нашите два принципа и ще открием, че тя се различава от l.“

Очевидно това не е вярно, но нека първо отново да отговорим на въпроса:

Каква е аналогията на разглеждания експеримент с нашата физическа действителност?

В нашата реална време-пространствена област „близо до повърхността на Земята“:

● аналогът на разглежданата „стационарна система“ е „Земно-центрираната инерционна координатна система“, която се явява като неподвижна по отношение на околното пространство в конкретния случай – отправна система, свързана със самото стационарно пространство;

● аналогът на движещата се отправна система „движещ се прът“ е прът (ориентиран „запад-изток“), твърдо фиксиран върху движещата се земната повърхност в стационарното пространство.

● В тази (нашата) реална област, единиците за измерване на дължина и време са константни, времето тече по един и същи начин, и скоростта на светлината е постоянна в стационарния вакуум – т.е. в „Земно-центрираната инерционна координатна система“.

Нека продължим с описанието на измерването на дължината на пръта по метода (b):

„Представяме си, че в двата края А и В на пръта са поставени часовници, които се синхронизират с часовниците на стационарната система, т.е. че техните индикации отговарят във всеки миг на „времето на стационарното система“ в местата, където те преминават. Ето защо тези часовници (движещите се), са следователно „синхронни в стационарната система“.

Представяме си още, че с всеки часовник има движещ се наблюдател, и че тези наблюдатели прилагат към двата часовника критерия, установен в § 1 за синхронизация на два часовника.“

Нека анализираме как Айнщайн е представил разглеждания случай:

• имаме синхронизирани часовници в „стационарната система“ – т.е. показанията на всички часовници в стационарната система са еднакви.

Да си припомним, че установихме, че „критерият за синхронизация“ (виж уравнение (44)), е валиден за система свързана със стационарното празно пространство, където скоростта на светлината е постоянна във всички посоки.

• в статията е указано, че показанията на движещите се часовници в „движещата се система“ (в двата края А и В на пръта), съответстват във всеки един момент на показанията на часовниците в съответното място в „стационарната система“, покрай които прътът преминава (а тези часовници в стационарната система са синхронизирани)!

Това всъщност означава, че Айнщайн задава като начално условие на мисловния експеримент, че и в „стационарната система“, и в отправната „система на движещия се прът“, часовниците са синхронизирани – т.е. показанията на часовниците са еднакви и времето тече по един и същи начин и в двете системи!

Това Айнщайн още веднъж изрично подчертава и в бележка под линия:

„Време“ тук означава „време на стационарната система“, а също и „позицията на стрелките на движещия се часовник, разположен на съответното място“.

Както ще видим, приетото начално условие за синхронност на всички часовници след това се оказва невярно, поради необявеното директно приемане, че „скоростта на светлината е една и съща и за двете разглеждани системи“!

Същността на експеримента:

Нека във време t_A (което е всъщност времето и в стационарната система и в движещата се система), стартира светлинен лъч от т. А, който се отразява в т. В в момент t_B , и достига отново т. А в момент t΄_A.

За наблюдателите, намиращи се в движещата се система, Айнщайн констатира:

„Вземайки под внимание принципа за постоянството на скоростта на светлината, ние намираме, че

, където с r_AB е обозначена дължината на движещия се прът – измерен в стационарната система. Наблюдателите, движещи се заедно с пръта, ще установят, че двата часовника не са синхронизирани, докато наблюдателите в стационарната система ще заявят, че часовниците са синхронизирани.“

В тези уравнения, c е скоростта на светлината в стационарното „празно пространство“ (общото пространство за стационарната отправна система и за отправната система на движещия се прът), и v е скоростта на пръта (относителната скорост между двете инерционни отправни системи).

Нека се върнем към дефиницията на принципа за постоянството на скоростта на светлината, където е записано уравнение (47):

т.е.

Следователно, ако за наблюдателите в движещата се система интервалите от време (t_B – t_A) и (t`_A – t_B) са различни, а дължините на пътя на светлинния лъч в двете посоки са еднакви и равни на дължината на пръта r_AB(„light path“ = r_AB), то следва, че скоростта на светлината в движещата се система в едната посока е (c-v), а в другата посока е (c+v)… т.е. за наблюдателите в движещата се система, скоростта на светлината за двете посоки е различна от с! Оказва се в действителност, че наблюдателите в движещата се система нямат основание да мислят, че часовниците им не са синхронизирани…

Но това е и същността на въпроса:

Очевидно, че тук е ключовото място в специалната теория на относителността! Тук именно се прилага твърдението, че „скоростта на светлината е една и съща за всички инерционни отправни системи“.

Т.е., условието за да е валиден постулатът – “скоростта на светлината да е една и съща и в двете отправни системи” е, че трябва да се приеме, че часовниците не са синхронизирани.

Обаче, съгласно началното условие на мисловния експеримент приложен от Айнщайн ‒ часовниците са синхронизирани? … Това очевидно е недопустимо противоречие!

Всъщност реалният факт, който не се приема от съвременната физика (въпреки че отдавна това е експериментално доказано) е, че измерената „скорост на светлината“ е различна за двете посоки в движеща се отправна система. Вместо това се приема, че тя винаги е равна на „скоростта на светлината във вакуум“. Фактът, че в движещата се отправна система скоростта в едната посока е (c+v), а в другата посока (c-v), се приписва на часовниците, … което не съответства на зададеното първоначално условие (те да са синхронизирани) – а се заключава, че те не са синхронизирани …

„Наблюдателите, движещи се заедно с пръта, ще установят, че двата часовника не са синхронизирани.“

… и затова движещите се часовници показват, че:

Последствието от тази неоснователна „липса на синхронизация“ – е погрешното заключение за абсурдното твърдение за липса на едновременност на събитията:

„Така че ние виждаме, че не можем да придадем никакво абсолютно значение на концепцията за едновременност, но че две събития, които, разглеждани от една система от координати, са едновременни, вече не могат да се разглеждат като едновременни събития, когато се разглеждат от система, която се движи
относително на тази система.“

… т.е. няма едновременност на събитията (защото причината за това е приемането, че скоростта на светлината и в двете посоки в движещата се отправна система трябва да е еднаква), т.е., че: „скоростта на светлината да е една и съща за всички инерционни отправни системи“!!!

Като следствие от този извод, нормално е да се зададе въпроса:

Ако няма едновременност на събитията (например „старт на събитие“ и съответното „придвижване на стрелките на часовник“), то не е възможно да определим и какъвто и да е интервал от време (като единицата за време “секунда”).

Всеки знае, че всяко уравнение на теоретичната физика съществува на базата на най-първичните физически константи – мерните единици, които ние определяме!

Тогава всички уравнения, където участва физичната величина „време“ (включително и уравненията на чиято основа се прави извода за липса на едновременност) … уравнения ли са?

Всъщност, това е една абсурдна логическа кръгова препратка!

Но ако се върнем към реалността, в отправната система свързана с движещата се земна повърхност (както е установено от експериментите „Еднопосочно измерване на скоростта на светлината“ ) – измерената скорост на електромагнитните сигнали в посоката на движение на земната повърхност „от запад към изток“ е (c-v), а в посока „от изток към запад“ е (c+v) ! И този факт в днешни дни е експериментално установен с помощта на GPS.

Реално, уравненията (48) и (49) могат да бъдат наречени „критерий за синхронизация на движещи се в стационарното пространство два часовника с фиксирано разстояние между тях“.

Очевидно, че ако (v = 0), то имаме уравнение (44) – т.е. „критерият за синхронизация на два часовника“, които са стационарни в „стационарна система“.

Всъщност, може се направи извода, доколко в представената в статията логическа последователност относно „липсата на синхронизация на часовниците в движещата се отправна система“ няма противоречие…

Анализ на едновременността на събитията за двете отправни системи в мисловния експеримент

Много лесно може да се докаже, че на базата на физическата реалност, едновременността на събитията е налице. Ето я и действителността:

Събитията в мисловния експеримент са три:

„Събитие 1“: „светлинният лъч тръгва от точка А“,

„Събитие 2“: „светлинният лъч се отразява в точка В“,

„Събитие 3“:„отразеният лъч пристига обратно в точка А“.

Нека приемем за начален момент събитието „придаването на движение на пръта“, което да съвпада със „Събитие 1“ (светлинният лъч тръгва от точка А).

Доказателството, че е налице „едновременност за събитията за двете отправни системи“ е:

че интервалите от време между трите събития са съответно равни и за двете отправни системи

• Интервалите от време между трите събития в движещата се отправна система.

Както видяхме, интервалите от време за наблюдателите в движещата се система са уравненията (48) и (49):

, където според споменатия по-горе мисловен експеримент на Айнщайн:

„Нека светлинен лъч тръгне в „времето A“ t_A от A към B, нека във „времето B“t_B се отрази в B по посока на A и да стигне отново до A в момента t΄A“

, а дължината на движещия се прът е r_AB.

• Интервалите от време между трите събития в стационарната отправна система.

За наблюдател в стационарната отправна система, точките А и В (началото и края на пръта) се движат със скоростта v на пръта. Скоростта на светлинния лъч в стационарната система е с, но изминатият път от светлинния лъч в двете посоки е различен. Ако точка А на пръта е по-близката до началото на координатната система и прътът се движи по оста х в посока увеличение на х, то лъчът стартирал от точка А към точка В ще измине по-дълго разстояние от r_AB. Това е така, защото за времето на пътуване на лъча, точка В се е отдалечила. И обратно, отразеният лъч от точка В обратно към точка А ще измине по-кратък път, защото по времето на пътуване на лъча, точка А се е приближила. Следователно, в стационарната отправна система измерените интервали от време между събитията са съответно:

, където ∆_AB е разстоянието, което точката B преминава по време на времевия интервал (t_B-t_A)^st със скоростта на пръта v;

и ∆_BA е разстоянието, което точка А преминава по време времевия интервал (t’_A-t_B)^st със скоростта на пръта v.

Следва доказателството:

• Нека разгледаме в двете отправни системи интервалите от време между двете събития „Събитие 1“ и „Събитие 2“ – т.е., дали (t_B– t_A) = (t_B– t_A)^st :

Тъй като в стационарната отправна система ∆_AB в уравнение (52) е разстоянието с което точка В се е отдалечила по време на пътуването на светлинния лъч от т. А до т. В, то ако заменим ∆_AB със (v (t_B – t_A)^st ), получаваме:

и, както следва след преобразуването на уравнение (54) – оказва се, че това е същият интервал от време (t_B – t_A) както в уравнението (48) в движещата се отправна система:

• Нека разгледаме в двете отправни системи интервалите от време между другите две събития: „Събитие 2“ и „Събитие 3“ – т.е., дали (t’_A– t_B) = (t’_A– t_B)^st:

За стационарната отправна система ∆_BA в уравнение (53) е разстоянието, с което точка А се е приближила по време на пътуването на светлинния лъч от точка В до точка А. Тогава, ако заменим ∆_BA в уравнението (53) със (v (t’_A – t_B)^st ), аналогично получаваме същия интервал от време за движещата се отправна система – (равен на (r_AB / (c+v) от уравнение (49)). Т.е.:

С други думи, и интервалът от време между „Събитие 2“ и „Събитие 3“ в двете отправни системи се оказва че е един и същ.

Следователно, едновременността на събитията за двете отправни системи е неоспоримо доказана!

Резюме за параграф § 2 от анализираната статия:
Заключението на Айнщайн, че „не можем да придадем абсолютна значимост на понятието едновременност“, се основава на погрешното твърдение, че „скоростта на светлината е една и съща за всички инерционни отправни системи“. Това твърдение е доказано, че не съответства на физическата действителност – не само в днешни дни посредством съвременните технологии, а от времето на експеримента на Sagnac (1913) и експеримента “Michelson-Gale-Pearson”(1925).

ПОГРЕШНОТО ЗАКЛЮЧЕНИЕ за липсата на едновременност на събитията, обаче, служи за основа на следващата стъпка на теорията… т.е., то се задълбочава в следващия параграф от анализираната статия.

4. Анализ на „I. КИНЕМАТИЧЕСКА ЧАСТ.
§ 3. Теория на трансформацията на координатите и времето от стационарна система към друга система в равномерно праволинейно движение спрямо първата“

В предходния раздел, Айнщайн разглежда стационарна координатна система и движещ се прът (движеща се отправна система) по оста х. Трябва да припомним, че и в двете системи бе прието „времето“ да е еднакво. Анализирано бе как е направено погрешното заключение, че в общото пространство: „две събития, които спрямо една система от координати са едновременни, вече не могат да се разглеждат като едновременни събития, ако се разглеждат от система, която е в движение спрямо тази система.“.

В настоящия раздел „мисловният експеримент“ е модификация на предишния – разглеждат се две координатни системи в пространството, което Айнщайн нарича „стационарно пространство“. Едната координатна система е наречена „стационарна“ и е обозначена „К“ система, а другата, „движещата“ се координатна система е с обозначение „к“ система. Всяка координатна система е декартова, с три твърди, неогъваеми, непроменливи материални оси, перпендикулярни една спрямо друга и пресичащи се в една точка (началото за всяка координатна система). Обозначенията на координатите и времето в двете системи са различни. Пространствените координати и времето в стационарната система „К“ са обозначени със [(x, y, z); t], а в движещата се система „к“ – със [(ξ, η, ς); τ].

Осите x на двете системи съвпадат, а движението на системата „к“ е с постоянна скорост v в посока на увеличение по оста x на стационарната система. Осите η и ς на движещата се система са съответно успоредни на осите y и z на стационарната система и остават успоредни, когато системата се движи.

Целта е да се изведе желаната връзка (трансформация) на пространствените координати и времето между тях (които се оказва да са Лоренцовите трансформации)…, но на основата на твърдението, че „скоростта на светлината е една и съща във всички инерционни отправни системи“.

Относно описанието на приетите мерни единиците за дължина и време:

Като начално условие на мисловния експеримент се приема, че приетата мерна единица за дължина е „твърда измервателна пръчка“, а приетата мерна единица за време е отмерваната от „подобни във всяко отношение“ еднакви часовници. Така, както четем, мерните единици са еднакви в двете системи:

„Нека всяка система да бъде снабдена с твърда измервателна пръчка и няколко часовника и нека двете измервателни пръчки и също така всички часовници в двете системи, във всяко отношение да са еднакви.“

От представеното условие за измервателните единици е очевидно, че те са дефинирани когато движещата се система „к“ е в покой – защото крайният резултат от специалната теория на относителността е, че единиците и за време и за дължина (в посока на движението) се променят при движение на едната инерционна система спрямо другата.

При Галилеевите трансформации единиците за време и дължина не се променят – само имаме преизчисление на пространствените координати в зависимост от относителната скорост между двете инерционни системи. Времето тече по един и същи начин – показанията на часовниците и за двете системи са едни и същи. Следователно, Галилеевите трансформации са в съответствие с нашата физическа действителност. Наблюдател, намиращ се в началото на стационарната система, може да определи локалния момент на настъпване на събитие в определена материална точка на движещата се система. За целта, той трябва да направи корекция на показанието на часовника си, с интервала от време, за който той получава информацията за това събитие.

Относно приложената схема на мисления експеримент в този параграф на статията.

Приложената схема на мисления експеримент е еднаква с тази от предходния параграф. На стартовата позиция тя е:

● Единиците за измерване и в двете отправни системи са еднакви и са дефинирани когато и движещата се система е в покой.

● С еднаквите единици за измерване се определят пространствените координати и моментите във времето на събитията – [(x, y, z); t] и [(ξ, η, ς); τ] относно двете отправни системи.

Но нека следваме мисления експеримент:

„Ако положим (x΄ = x – vt), то е ясно, че точка в покой за системата „k“ трябва да има система от стойности [x΄, y, z], независима от времето.“

Тъй като точка в покой за системата „k“ е с координати (ξ, η, ς), то гореспоменатите стойности (x΄= x-vt; y; z) са всъщност приложените Галилеевите трансформации между двете системи – (ξ=x-vt; η=y; ς=z).

За да намери връзката (трансформацията) между пространствените координати и времето на двете системи, Айнщайн представя времето τ в движещата се система чрез пространствените координати и времето от стационарната система (x΄, y, z; t):

„От началото на системата k нека е излъчен лъч в момент τ₀ по оста X до хʹ, и в момент τ₁ бива отразен оттам към началото на координатите, където пристига в момент τ₂ ; тогава ние трябва да имаме:

или чрез вмъкване на аргументите на функцията τ и прилагане на принципа на постоянството на скоростта на светлината в стационарната система:

Обаче уравнение (57) е следствие от уравнение (44): (t_B– t_A= t́_A – t_B), което е вярно, но за случая, когато отправната система е „стационарна“ по отношение на стационарното пространство (където светлината се разпространява с постоянна скорост). Но в случая, наблюдателят е в движещата се в стационарното пространство система. Разликата с уравнение (44) е само в обозначението (времето е изписано с τ).

Тук трябва отново да подчертаем, че уравнение (57) би било вярно, ако скоростта на светлината е една и съща в двете посоки в движещата се система – всъщност, ако „скоростта на светлината е една и съща във всички инерционни отправни системи“.

Айнщайн дефинира постулата за постоянството на скоростта на светлината: „че светлината винаги се разпространява в „празното пространство“ с постоянна скорост c“. Това е вярно в нашата време-пространствена област (нашата реалност), където интензитетът на гравитационното поле е еднакъв. Обаче твърдението, че „скоростта на светлината е една и съща във всички инерционни отправни системи“ означава нещо съвсем различно. Фактически, условията, при които това твърдение е вярно в представения „мисловен експеримент“ са противоречиви:

● от една страна, самото „празно пространство“ трябва да е неподвижно за „стационарната система (K)“, и

● от друга страна, „празното пространство“ трябва да се движи заедно с „движещата се система (k)“ – (т. е. „празното пространство“ да не бъде неподвижно)!

Това не е нищо друго освен логическо противоречие…

Физическата реалност обаче е следната: стационарната система „К“ е стационарна в „стационарното” пространство, и системата „к“ се движи спрямо стационарната система „К“ (т.е. в стационарното пространство) в посока увеличение на оста х, и следователно:

, защото в движещата се отправната система, интервалът от време необходим на светлинният лъч да измине разстоянието в стационарното пространство в посока на движението на отправната система (в случая (τ₁– τ₀), е по-голям от интервала от време (τ₂– τ₁), необходим на светлинният лъч да измине по-късото разстоянието в стационарното пространство обратно на движението на отправната система.

Както видяхме в предишния раздел книгата – според уравнения (48) и (49) за движещата се система:

Това е същото, но записано с новото обозначение на времето в движещата се система „k“:

, което се преобразува в:

, а това означава, че уравнение (57) не съответства на физическата действителност, както и твърдението, че „скоростта на светлината е една и съща за всички инерционни отправни системи“.

По този начин, въз основа на уравненията (57) и (58), които са несъвместими с физическата действителност, са изведени Лоренцовите трансформации. Самите Лоренцови трансформации не са неправилни – те имат своята математическа стойност. Трансформациите на Лоренц показват как трябва да се преобразуват пространствените координати и времето между две движещи се една спрямо друга инерционни координатни системи, така че, измерената стойност за скоростта на светлината да е една и съща.

Всъщност, Лоренцовите трансформации дават решение на следната математическата задача:

„Как трябва да се променят мерните единици за дължина и време в една движеща се отправна система (в зависимост от скоростта ѝ) спрямо единиците в стационарна система, така че резултатът (числената стойност), получен при измерване на скоростта на светлината и в двете отправни системи да е един и същ.“

Освен Лоренцовите трансформации съществуват и други математически решения на тази задача. Едно такова решение е дадено в раздел 19 на монографията. Макар че тези решения да имат математическа стойност – те не могат да се прилагат в нашата физическа реалност за трансформация на координатите между две инерционни отправни системи, движещи се с постоянна скорост една спрямо друга, защото се основават на несъществуващо във физическата реалност твърдение – че „скоростта на светлината е една и съща във всички инерционни отправни системи“!

Следователно, несъответствието с физическата действителност се отнася и за всички резултати от специалната теория на относителността, защото те са последица и произтичат от последователните некоректни стъпки, описани до тук.

Както самият Айнщайн заявява, че ако се докаже, че някоя стъпка в логическата структура на теорията не е вярна, то и цялата теория на относителност не е вярна. Точно това Айнщайн казва, когато обяснява теорията на относителността за читателите на „London Times“:

„Основната привлекателност на теорията се крие в нейната логическа пълнота. Ако едно от заключенията, направени в нея, се окаже погрешно, то това ще е нейното опровержение; да я променяме, без да унищожаваме цялата структура, изглежда невъзможно.“

…, така че, с тази декларация, Айнщайн всъщност сам декларира невалидността на специалната теория за относителността!

Могат да се посочат и други изявления на Айнщайн, чрез които се декларира невалидността на теорията на относителността. Такава декларация е публикувана в „Моята теория и експериментите на Милър“ (Einstein, 1926 – see page 2), след широко дискутираната публикация на Дейтън Милър „Значението на движението на етера при експериментите от 1925 в Маунт Уилсън“ (Miller, 1926):

„Ако резултатите от експериментите на Милър бъдат потвърдени, тогава теорията на относителността не може да се поддържа, тъй като експериментите ще докажат, че спрямо координатните системи на съответното състояние на движение (на Земята), скоростта на светлината във вакуум ще зависи от посоката на движение. С това, принципът на постоянството на скоростта на светлината, който е един от двата фундаментални стълба, на който се основава теорията, ще бъде опроверган.“ (Einstein, 1926).

В това твърдение обаче Айнщайн сменя фокуса! Скоростта на светлината във вакуум е една и съща, но измерената скорост на светлината в движеща се система не е същата! Това всъщност означава, че измерената скорост на светлината не е еднаква за всички референтни системи!

Т.е., и според тази декларация на Айнщайн „теорията на относителността не може да бъде поддържана“…защото, както видяхме при анализите на експериментите “Еднопосочно измерване на скоростта на светлина”, на експеримента на Sagnac, на експеримента “Michelson-Gale-Pearson”:

Експериментите доказват, че в координатната система (в отправната система) свързана с движещата се земна повърхност, скоростта на светлината зависи от посоката при нейното измерване (макар че скоростта на светлината във вакуум в района в близост до повърхността на Земята е постоянна).

5. Анализ на „II. ЕЛЕКТРОДИНАМИЧНА ЧАСТ“

Тази част на анализираната статия съдържа параграфите „§ 6. Трансформация на уравненията на Максуел-Херц за празно пространство“; „§ 7. Теория на принципа на Доплер и на аберацията“; „§ 8. Трансформация на енергията на светлинните лъчи“; „§ 9. Трансформация на уравненията на Максуел-Херц при отчитане на конвекционните токове“; и „§ 10. Динамиката на бавно ускорения електрон“. Разсъжденията и всички изводи в тези раздели са основани на некоректните резултати от част II, които от своя страна са получени на основата на твърдението, че скоростта на светлината е една и съща за всички инерционни отправни системи. Не напразно в статията „Инерцията на тялото зависи ли от енергийното му съдържание?“, където е изведена формулата за еквивалентността на маса и енергия E=mc² , Айнщайн се позовава на постулата за постоянството на скоростта на светлината, както и на резултатите, които е извел, както казва „наред с другото“, в параграф „§8. Трансформация на енергията на светлинните лъчи“ на анализираната статия.

Знае се, че прочутото уравнение E=mc² , е било предложено преди това от Olinto De Pretto, италиански индустриалец и учен. Той изказва предположение, че радиоактивният разпад на урана и тория е пример за трансформиране на маса в енергия.

Това уравнение обаче се приписва на Алберт Айнщайн. Добре известно е, че статията на Айнщайн за E=mc², публикувана в Annalen der Physik през 1905 г., (Einstein, 1905b) е проблематична, тъй като страда от грешката на „кръговото аргументиране“ (кръговата препратка/ circular reference).

Този недостатък на статията е отбелязан от много учени, сред които Макс Планк, Хърбърт Ивс, Макс Джамър, както и от биографи на Айнщайн, като Джералд Холтън и Артър И. Милър. Списъкът с авторитетни фигури свързани с възраженията срещу тази статия на Айнщайн, започва с Макс Планк, бащата на квантовата теория. Неговата критика към работата на Айнщайн се съдържа в една важна статия от 1907, която някои смятат, че съдържа първото правилно извеждане на уравнението E=mc² .

Трябва да отбележим и факта, че нито в статията „За електродинамиката на движещи се тела“ (Einstein, 1905a), нито в статията „Зависи ли инерцията на тялото от енергийното му съдържание?“ (Einstein, 1905b), се съдържат понятията „гравитационна маса“ или „инерционна маса“. Въпреки това, в началото на „§ 2. On the Gravitation of Energy“на статията „On the Inluence of Gravitation on the Propagation of Light“ (Einstein, 1911), четем:

„Теорията на относителността показва, че инерционната маса на тялото се увеличава с енергията, която съдържа; Ако увеличението на енергията е равно на E, увеличението на инерционната маса е равно на E/c², където със „c“ е означена скоростта на светлината.“ (Einstein, 1911).

Разликата в масите, установена при радиоактивния разпад на уран и торий, е в основата на уравнението E=mc², предложено от Olinto De Pretto за трансформацията на „маса-енергия“. Всъщност, установената разлика в масите е енергията, която се освобождава при радиоактивен разпад във време-пространствена област, където скоростта на всяко електромагнитно лъчение във вакуум е равна на с (скорост, съответстваща на интензитета на гравитационното поле в този време-пространствен домейн). Следователно, освободената енергия ще бъде различна в области с различен интензитет на гравитационното поле. Разликата в масата на участващите атоми преди радиоактивния разпад и масата на получените атоми след разпада, е равна на освободената при разпада енергия съгласно формулата E=Δm.c² . Ето защо законът за запазване на масата не е валиден при отчитане на масите на атомите, участващи активно в ядрените реактори, в ускорителите на частици и в термоядрените реакции на слънцето и звездите. Обаче това няма нищо общо с движението на инерционните отправни системи, които специалната теория на относителността разглежда – с „надлъжната маса“ и „напречната маса“, които във физическата действителност не може да съществуват.

Ако съществува зависимост на масата, например на масата на нашата планета, от скоростта на планетата, то тя трябва да бъде едновременно толкова различна, колкото е различна нейната относителна скорост спрямо всички други небесни тела във Вселената (още една нелепост)…

6. Изводи и заключение за специалната теория на относителността

Експерименталните и логически доказателства, представени в тази книга, разкриват същността на специалната теория на относителността:

Специалната теория на относителността се оказва, че е само една хипотеза, която може да съществува само в полето на математиката. Тя се основава на твърдението, че „скоростта на светлината е една и съща за всички инерционни отправни системи“, което всъщност експериментално е доказано, че не съответства на физическата реалност – т.е., че това твърдение не е вярно!

Затова е заблуда в областта на физиката.

Основните причини за тази заблуда са:

● „Експериментът на Микелсън-Морли“, по-скоро неподходящият концептуален дизайн на конструкцията на интерферометъра на Майкелсън всъщност е основната причина за заблудата, че „скоростта на светлината е еднаква за всички инерционни отправни системи“, което е ядрото на специалната теория на относителността.

● Понякога убеждение, което е оцеляло в продължение на много години, е заобиколено от ореола на абсолютната истина. Обаче, с развитието на новите технологии, учените несъмнено виждат, че съществуващата физическа реалност е различна. Експериментите с „еднопосочно измерване на скоростта на светлината“, извършени с помощта на GPS, са пример за това. Съществуващите „парадокси” се оказаха всъщност неуспешни опити за неправилно обяснение на физическата реалност.

Колкото и невероятно да звучи, експериментът Майкелсън-Морли (макар и с погрешно конструиран интерферометър) и специалната теория на относителността (макар и да не отговаря на физическата реалност) – изиграха положителна роля в развитието на физиката! Въпреки че са грешни стъпки, те изиграха ролята на трамплин за гигантския скок на човечеството – да бъде разбито възприятието за абсолютността на времето и пространството!

Тук е мястото да отдадем почит на гения на Алберт Айнщайн. Въпреки че специалната теория на относителността не съответства на физическата реалност, въпреки че уравненията на полето на Айнщайн в общата теория на относителността не са правилни от гледна точка на физиката:

Общата теория на относителността е брилянтна идея на гений, която нарушава нашето възприятие за абсолютността на времето и пространството!

=> към изходната страница “ПРОБЛЕМ 2: Специалната теория на относителността“

=> към главната страница, съдържаща съдържанието на целия сайт на български език

Както е показано в раздел “19. Thought experiment revealing the essence of Lorentz transformations and the special theory of relativity” на книгата “The Special Theory of Relativity – the Biggest Blunder in Physics of the 20th Century”,

че всеки произволен обект може да бъде използван (било фотон или топка)… и можем да изберем всякаква скорост, която да сме постулирали да е една и съща за всички инерционни отправни системи. Следователно,

могат да бъдат създадени много „специални теории на относителността“…

и като заключение относно демонстрирания мисловен експеримент може да се каже, че това е илюстрация, която показва

как научната представа за съществуващата физическа реалност може да бъде изкривена…

Въз основа на всички представени доказателства, логично е да се направи заключението, че

Специалната теория на относителността е една заблуда в полето на физиката!