Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay
Общество → Наука → Новости науки

Клуб любителей космоса 751

Открытая группа
4590 участников
Администратор Adm-X
Администратор vladmiza

Важные темы:

Последние откомментированные темы:

20240426230443

←  Предыдущая тема Все темы Следующая тема →
OldProger
2программист пишет:

Об уточнении философского смысла некоторых аспектов теории относительности

Похоже, что некоторые философские аспекты теории относительности, как специальной, так и общей, в последнее время пересматриваются. Это совершенно никак не влияет на физические результаты теории, все ее формулы работают, и работают правильно, давая результаты, полностью соответствующие практике. Это касается как специальной, так и общей теории относительности. Мне кажется интересным пересмотр философского смысла двух популярных аспектов ТО.

--1. Зависимость массы от скорости в СТО. Во многих учебниках приводится известная формула такой зависимости:

 

откуда делается вывод, что скорости света достичь нельзя, потому что при неограниченном приближении к ней масса неограниченно возрастает, а для ускорения такой массы требуется неограниченно большая сила, что принципиально невозможно.

Однако, такая зависимость имеет подводные камни. Например, возрастающая инертная масса должна вызывать тождественное увеличение массы гравитационной, а значит, оказывать соответствующее влияние на метрику пространства-времени, то есть, искривлять его, причем, степень искривления должна зависеть от скорости. А это явно не так. В чем же дело?

В свое время при изучении СТО по «Теории поля» Ландау [2] я обратил мимолетное внимание на то, что выводя релятивистские законы механики Ландау нигде не разделяет массу покоя m0 и массу движущегося объекта m. Везде используется масса m, и нигде не говорится о ее релятивистском увеличении. Как получаются формулы ТО, из которых следует формула (1), и действительно ли она из них следует?

В релятивистской механике из принципа наименьшего действия выводится уравнение Лагранжа, из которого следует зависимость от скорости не массы объекта, а его импульса. Если кто-то помнит, то импульсом объекта в механике, как классической, так и релятивистской, называется частная производная по скорости от функции Лагранжа:

p=∂L/∂v

Здесь p и v – векторы. Из принципа наименьшего действия в релятивистском случае функция Лагранжа равна (вывод не привожу):

        

откуда дифференцированием получается значение импульса:

                 

Из этой формулы следует, что от скорости зависит не масса, а импульс! Зависимость же массы от скорости не следует ниоткуда. Из релятивистской формулы для импульса легко получается знаменитое эйнштейновское E=mc2. Та же песня возникает и при использовании гамильтонова формализма.

Примечание: лагранжев формализм – построение механики на переменных (x,v), гамильтонов формализм – на переменных (x,p). Это – курс теормеханики, в детали не углубляемся.

В свете сказанного должен нашему клубу принести первое извинение: я ранее где-то утверждал о зависимости именно массы от скорости. Извините, господа, я разобрался, я был неправ! От скорости зависит не масса, а импульс! Не судите строго, таким образом заблуждался не только я.

А что говорит по этому поводу папа Эйнштейн [1]?

Раньше я почему-то не обращал внимания на то, что релятивистские формулы для импульса и энергии не содержатся в его пионерской работе 1905 года «К электродинамике движущихся тел», первой из его работ по СТО. В ее механической части содержится только кинематика, преобразования координат и скоростей. Динамическая часть проработана в работе уже 1907 года «О принципе относительности и его следствиях», почему-то о ней почти не говорят, хотя именно здесь наиболее глубоко прорабатывается СТО. Именно в этой статье появляется E=mc2. Именно в этой статье Эйнштейн впервые говорит об огромных энергетических возможностях радиоактивного преобразования веществ.

Собственно, я хотел сказать, что и у Эйнштейна в [1] выводится релятивистская формула зависимости от скорости не массы, а количества движения, импульса.

По всей видимости трактовка зависимости массы от скорости происходит от вида формулы для импульса (2). Все знают, что в классической физике импульс выражается как p=mv, и сравнивая эту формулу с (2) сама собой напрашивается зависимость массы от скорости по формуле (1). Однако так сравнивать нельзя, потому что в СТО соотношение p=mv несправедливо.

 

--2. Об относительности систем отсчает. При некотором изучении вопроса и здесь все не так просто.

Об эквивалентности всех инерциальных систем отсчета говорится в СТО. Напомню, что инерциальными называют системы отсчета, связанные с объектами, движущимися равномерно и прямолинейно. В связи с этим после опубликования СТО известным физиком Полем Ланжевеном еще в 1911 году был сформулирован «парадокс близнецов», или «парадокс часов». Он заключался в том, что если считать все инерциальные системы отсчета равноправными, то нельзя сказать, какой из близнецов постареет больше – тот, который полетал в космосе на быстрой ракете, или тот, который все это время находился на Земле – из-за равноправности систему отсчета любого из братьев можно считать движущейся, а вторую – неподвижной.

Дело в том, что СТО – механика инерциальных систем, а таковые являются абстракцией, и в природе не существуют. Парадокс близнецов в рамках СТО рассматривать нельзя, так как брат-путешественник совершает свой путь с ускорениями разного знака и величины, и по криволинейной траектории. Рассмотрению его в рамках ОТО посвящен ряд работ, в том числе работа одного из крупнейших физиков Макса Борна [3]. Аз многогрешный тоже малость наследил этим в нашем КЛК [4]. Пытаясь доказать «на пальцах» эквивалентность систем отсчета обоих близнецов, мне удалось показать скорее то, что брат-путешественник совершает реальное движение, а брат-домосед реально сидит дома.

Однако следует отметить, что в отличие от СТО, основным постулатом в ОТО является не эквивалентность систем отсчета, а постулат об эквивалентности гравитационной и инертной масс. Именно на этом постулате строится теория. И в последнее время все чаще появляются утверждения, что все же возможно каким-то образом определить, действительно ли движется объект. Для этого нужно выделить какую-то систему отсчета, которую следует считать неподвижной, а движение в какой-то другой – истинным движением, если эти системы не совпадают. В связи с последними открытиями такой неподвижной системой можно считать систему, связанную с реликтовым излучением. Реликтовое излучение – уникальный объект, заполняющий всю Вселенную. Наряду с рядом замечательных свойств, он обладает свойством практически идеальной изотропности, нарушаемой только небольшими воздействиями элементов Вселенной. Относительная величина флуктуаций его изотропности составляет всего около 10–5 от основного значения, например, температуры. Можно считать, что реликтовое излучение жестко связано со Вселенной, и движение в нем означает движение во Вселенной.

Это позволило осуществить давнюю цель физиков – определить скорость движения Земли в пространстве. Попытки этого нисходят к временам эксперимента Майкельсона–Морли, которые пытались, но не смогли измерить скорость «эфирного ветра», потому что, как оказалось, «светоносный эфир» (не путать с физическим вакуумом!) вообще не существует. «Реликтовый ветер» оказался реальностью, обнаруживаемой при движении Земли сквозь реликтовое излучение путем измерения возникающей анизотропии, вызванной этим движением. При движении объекта в этом поле фотоны в направлении движения будут чуть более «синими», с чуть более высокой температурой, а с противоположной стороны – чуть более «красными», с более низкой температурой, что объясняется эффектом Доплера. Такая анизотропия позволила определить не только скорость движения Земли вокруг Солнца, но и скорость движения Солнца вокруг центра Галактики. Объект, для которого температура реликтового излучения одинакова со всех сторон, можно считать неподвижным, покоящимся во Вселенной.

Так можно определить истинно неподвижную относительно Вселенной систему отсчета, связанную с реальным объектом, для всех же остальных можно определить скорость движения относительно нее, а значит, относительно Вселенной. Тот близнец, который движется сквозь реликтовое излучение и наблюдает его синее смещение по направлению движения, совершает истинное движение. Поэтому именно он, в соответствии с законами ТО, за время путешествия постареет меньше, чем его брат, оставшийся на Земле. В принципе, теоретики уже давно пользуются похожей, подобной системой – я имею в виду так называемую «связанную систему координат» [5].

«Парадокс близнецов» исчезает. Всегда можно определить взаимное движение систем отсчета и их движение относительно истинно неподвижной системы.

Выводы. 

(1). Современные философские представления о динамике СТО говорят о зависимости от скорости не массы движущегося тела, а его импульса.

(2). Во Вселенной можно выделить систему отсчета, жестко с ней связанную. Эту систему можно считать неподвижной. Она связана с реликтовым излучением.

Литература.

  1. Альберт Эйнштейн. Собрание научных трудов. Том I. Работы по теории относительности 1905–1920. М., Наука, 1965.
  2. Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. Курс теоретической физики. Том II. Теория поля. М., ФИЗМАТЛИТ, 2003. Изд. 8-е.
  3. Макс Борн. Космические путешествия и парадокс часов. УФН, т.LXIX, вып. 1, сентябрь 1959, стр.105–110.
  4. Парадокс близнецов в теории относительности. (Блог автора).
  5. Расширение пространства в ньютоновской физике.

Вступите в группу, и вы сможете просматривать изображения в полном размере
Это интересно
+1

OldProger
2программист 23.05.2020
Пожаловаться Просмотров: 339  
Комментарии 2
←  Предыдущая тема Все темы Следующая тема →


Комментарии временно отключены