Взгляд на СТО и ОТО

Постулаты  специальной теории относительности  (СТО):

1. Принцип относительности – эквивалентность (неразличимость) инерциальных систем отсчета (ИСО) для физических процессов.  Следствие  – абсолютная ИСО исключена.

2. Скорость света – константа, одинакова во всех ИСО, является предельной  для взаимодействий.

3. Пространство и время – изотропны.

На основе постулатов выводятся релятивистские формулы-преобразования Лоренца для перерасчета времени и координат частицы в разных ИСО, а также формулы для вычисления энергии и импульса частицы.  Преобразования Лоренца, предложенные ранее для объяснения результатов эксперимента Майкельсона, обеспечивают инвариантность уравнений Максвелла при переходе из одной ИСО в другую.

Общепринятые обозначения

Примечание: β  ≈ 1   и   γ  >>  1   – при скоростях, близких к скорости света.


Аргумент 1

Формула для вычисления импульса релятивистской частицы 

Формулу для энергии релятивистской частицы можно упростить

,  получим 

Преобразуем формулу для  γ 2 

Примечание: – при скоростях, близких к скорости света.


Аргумент 2

Картинки электрического поля движущего заряда (v = 0.7·c), полученные разным способом.  Слева – методом запаздывающих потенциалов Лиенара-Вихерта, введенным в практику экспериментаторов еще до открытия СТО.  Справа – согласно преобразований Лоренца.


Аргумент 3

22.08.2016 г. в ИЛФ СО РАН на 7-й Международном симпозиуме «Современные проблемы лазерной физики» Герхард Лёйкс  прочитал доклад «Квантовый вакуум как диэлектрик»:

G.Leuchs1,2,3, M.Hawton4, and L.L.Sanchez-Soto2,5,  1Department Physik, Universität Erlangen-Nürnberg, Erlangen, Germany;   2Max Planck Institut for the Science of Light, Erlangen, Germany;   3Department of Physics, University of Ottawa, Ottawa, Canada;   4Department of Physics, Lakehead University, Thunder Bay, Canada;   5Departamento de Óptica, Facultad de Física, Universidad Complutense, Madrid, Spain

The quantum vacuum as a dielectric. The nonlinear optical properties of the vacuum are well accepted. To understand the underlying linear response, we treat the vacuum as a dielectric of virtual and polarizable particle–anti-particle pairs. This provides a relation between classical optics and particle physics and gives valuable insight into zero-point energy and the fine-structure constant.

Т.е. в современной физике вакуум рассматривается как диэлектрик виртуальных и поляризуемых пар частица-античастица.


Как можно объяснить все эти аргументы ?

По мере движения заряда в вакууме-диэлектрике, спереди заряда происходит поляризация новых элементов вакуума, а позади происходит затухание поляризации.  Оба процесса — заряд и разряд емкости вакуума-диэлектрика (емкость характеризуется электрической проницаемостью ε0) может происходить только под действием токов смещения Максвелла.  Эти токи смещения и определяют релятивистскую инерционную массу.

Формула (1) показывает:  передняя 1/2 часть заряда заряжает увеличенные элементы емкости диэлектрика, так как  ε0  пропорциональна , задняя 1/2 часть заряда разряжает уменьшенные элементы емкости диэлектрика, так как  ε0  пропорциональна

Другими словами.  В вершине конуса, непосредственно перед зарядом, пространство-вакуум уплотняется (параметры  ε0, μ0 и плотность тока смещения увеличиваются, скорость света уменьшается).  В конусе за телом пространство-вакуум разуплотняется (параметры  ε0, μ0 и плотность тока смещения уменьшаются, скорость света увеличивается). Это аналогично полету пули в воздухе.

Примечание:   Так как частица в среднем находится в условии повышенных значений локальных параметров вакуума  ε0  и  μ0 (средние значения пропорциональны γ 2),   то все локальные процессы внутри частицы затормаживаются, а продольные размеры частицы сокращаются.  Это и есть Лоренцевские сокращения размеров и времени.


Аргумент 4.    Синхротронное излучение

Движение заряда прибавляет к инерционной массе электрона релятивистский довесок, который сосредоточен спереди частицы, предваряет ее и связан с ней только толкающей силой.  Внешнее магнитное поле взаимодействует с самим зарядом (отклоняет его), и не взаимодействует с довеском частицы – током смещения.    Поэтому в зонах действия поворотных магнитов, при изменении направления полета заряда, внешняя боковая часть довеска спереди частицы не может перестроиться, теряет связь с частицей и продолжает самостоятельное движение по касательной к движению частицы.  Наследовав от частицы вращательный момент, этот сгусток токов смещения образует кольца фотонов излучения.  Подобно излучению колец радио-фотонов электрическим диполем в опытах Генриха Герца.

Г.Герц, «Силы электрических колебаний, рассматриваемые с точки зрения теории Максвелла», 1889.


Выводы:  преобразования Лоренца и другие следствия СТО математически верны, но постулаты СТО в ближней зоне заряда физически не выполняются.  Это говорит, что к следствиям СТО надо подходить осторожно, СТО можно рационально использовать, но не абсолютизировать.  Можно допустить, что абсолютная ИСО существует, но скрыта от прямого распознавания хитрым физическим механизмом (детали этого механизма автор доложит позднее).  А известные парадоксы СТО эфемерны.  Фантомы СТО «близнецы» могут быть целыми и невредимыми  (а не распасться на атомы) только вблизи абсолютной ИСО.  И никакая математика без физики не поможет им остаться живыми.


Общая теория относительности (ОТО)

ОТО отстраняется от физического механизма гравитации и утверждает, что гравитирующее тело искривляет окружающее 4х-мерное пространство (4-я координата – время), так, что свет, двигаясь с постоянной скоростью (c) в этом пространстве по кратчайшему пути (по геодезическим линиям), в 3х-мерном пространстве изменяет направление движения около этого гравитирующего тела.  Система уравнений ОТО записана для краткости в тензорном виде, что придает ей дополнительный вес.


Можно к этой задаче подойти как к простому математическому приему.

Когда решается какая-либо система алгебраических или дифференциальных уравнений часто  желательно перейти в другую систему условных координат. Это может упростить путь к решению задачи. После найденного решения в условных координатах можно перейти обратно в исходную систему координат.  Это стандартный прием для решения задач.  Для автора таким же приемом является ОТО,  ровно такой же случай.  4х-мерное пространство Минковского – это система условных координат.


В настоящее время развитых вычислительных инструментов не составит больших проблем вернуться в Эвклидово пространство и все вычисления производить прямо в нем.  Рассчитать с любой точностью потоки гратонов в окружении спутников, планет, звезд.  Запрограммировать изменение параметров физического вакуума от гравитирующих тел.  Определить в любой точке пространства эти параметры – электрическую проницаемость ε0, магнитную проницаемость μ0, локальную скорость света . Обратная к скорости света величина – коэффициент преломления объяснит законами геометрической оптики эффект линзирования света около Солнца.  Увеличенные параметры  ε0  и  μ0   объяснят смещение перигелия Меркурия, замедление темпа локальных физических и биологических процессов и субъективное ощущение времени.

Главное – мы останемся в нашем привычном мире, с сохранением энергии, с нормальными причинно-следственными связями, избавившись от многих парадоксов.  Сможем организовать локальное абсолютное пространство и референтное время вблизи Земли  с помощью систем  GPS, Глонасс и BeiDou.  Когда-нибудь такое абсолютное пространство-время (А-ИСО) мы построим во всей Солнечной системе.  Потом в Галактике…


При всем уважении к гению Альберта Эйнштейна, автор просит не пугаться нарушения СТО и ОТО.  Теории относительности в среднем на Земле выполняются, и будут применяться в дальнейшем.  А как индуктивный метод получения новых знаний, такой прием  игры ума теоретика  допустим, и не раз применялся в истории науки.  Это связано с тем, что для описания огромного физического многообразия необходимо счетное количество основных математических уравнений и приемов и всего несколько истинно независимых физических констант. Можно восхититься математическим совершенством Природы: постулировав кажущееся (не проверенное до конца) постоянство скорости света, можно получить новые знания.

В 20 веке было важно как можно быстрее угадать математику явления и приспособить какую-либо квази-физическую модель с похожей математикой.  А потом убедить себя и других, что модель более чем реальна.  Один из многих примеров – механизм обменных виртуальных частиц.

Иногда кажется, что некоторые парадоксы  СТО и ОТО  распространяются в обществе с ненаучными целями.  Вот что утверждает нобелевский лауреат 1998 года Роберт Лафлин:  «Теория Большого взрыва всего лишь маркетинг«.