Эйнштейн и Научное сообщество

А. ЭЙНШТЕЙН И НАУЧНОЕ СООБЩЕСТВО

А.Л. Шаляпин, В.И. Стукалов

Путь А. Эйнштейна в науке не был прямым и безоблачным, как это может показаться на основе многочисленных сообщений из средств массовой информации. Скорее наоборот, этот путь был полон драматизма и крутых поворотов.

Первый крупный успех пришел к Эйнштейну в 25 лет после опубликования им в 1905 г. работы «К электродинамике движущихся тел» [1], где были изложены основные положения и постулаты Специальной теории относительности (СТО). Все это произвело определенный «фурор» в научных кругах.

Здесь следует сразу оговориться, что эта статья не могла претендовать на фундамент теоретической физики. Даже, более того, предлагаемая Эйнштейном новая теория не была физикой в полном смысле этого слова, а скорее - очень удачной математической инженерной схемой для вычисления различных эффектов при взаимодействии полей и частиц на очень больших скоростях. В этих постулатах отсутствовал принцип причинности, а также хоть какое-нибудь указание на механизмы происходящих физических явлений, так необходимые фундаментальной физике. На эту тему написаны огромные горы литературы, но, к сожалению, без особого продвижения в понимании этих физических явлений.

Так, М. Планк отмечает [2]: «Из пионеров этой новой области (СТО) следует назвать, прежде всего, Гендрика Антона Лоренца, который открыл понятие относительности времени и ввел его в электродинамику, но не получил из него слишком радикальных выводов …». А надо ли было здесь делать скоропалительные радикальные выводы в то время, когда данная задача только-только начинала решаться? Лоренц своей фундаментальной электронной теорией как раз и старался в полной мере объяснить эти «чудеса природы». Пусть данная задача решалась у Лоренца и не очень быстро, но это, все-таки, гораздо лучше, чем получить в результате «кладбище погребенных надежд» (авт.). Перед этим в 1900 г. М. Планк также предложил математическую схему для вычисления спектра излучения абсолютно черного тела без достаточного физического обоснования своей теории («счастливо угаданная формула Планка»). В дальнейшем судьба сведет этих ученых в острейшей дискуссии на 1 Сольвеевском Конгрессе в 1911 г.

Принцип относительности до Эйнштейна был детально рассмотрен А. Пуанкаре и Х. Лоренцем [1]. Математическая схема расчетов этих явлений была также предложена Лоренцем и Пуанкаре и пришла к Эйнштейну уже в совершенно готовом виде. В отличие от Эйнштейна Лоренц заострил внимание на физике этих явлений, на основе разрабатываемой им фундаментальной электронной теории с указанием возможных причин и механизмов наблюдаемых эффектов в движущихся телах. Это, все же, больше уже походило на истинную физику, пусть даже еще и не очень совершенную.

В средствах массовой информации усиленно насаждается идея о том, что связь массы (инерции) тела с его энергией Е = m c 2 является исключительно заслугой Эйнштейна и следует из СТО. На самом деле все обстоит гораздо сложнее. Данная формула неоднократно обсуждалась в среде ведущих физиков (Дж.Дж. Томсон, О. Хэвисайд, Н.А. Умов и др.) до создания СТО. К примеру, Н.А. Умов еще в ХIХ веке видел происхождение такой зависимости из волновых процессов в упругих средах. Это, в конце концов, полностью подтвердилось, причем не из абстрактных искусственных постулатов, а из совершенно простых и очевидных упругих взаимодействий, а также из самой обычной Классической электродинамики и акустики физического вакуума-эфира [4].

А вот точка зрения М. Планка [3]: «Впрочем, то положение, что инертная масса тела не постоянна, а зависит, строго говоря, даже от температуры, следует, совершенно независимо от теории относительности, уже из того обстоятельства, что каждое тело заключает внутри себя определенное, зависящее от температуры количество лучистой теплоты (энергии), инертность которой была впервые определена Хазенэрлем». Поэтому в Германии происхождение формулы Е = m c 2 по этой причине больше связывают именно с Хазенэрлем.

На 1 Сольвеевском Конгрессе в 1911 г. Эйнштейн выступил вместе с другими ведущими физиками с довольно резкими нападками в отношении теории излучения Планка, обвиняя его в отсутствии достаточного физического обоснования этой теории. Участники Конгресса тогда не оставили на этой теории «живого места». А ведь первые абстрактные теории Эйнштейна грешили этим же самым – отсутствием достаточного физического и причинного обоснования. Во всех этих абстрактных теориях вообще отсутствовал хоть какой-нибудь намек на механизмы физических явлений.

Хотя частично Эйнштейн и следует квантовым постулатам (например, в отношении фотонов – еще одного «его детища»), но по-прежнему достаточно суров по отношению к квантовой теории, заявляя в 1912 г.: «чем больших успехов добивается квантовая теория, тем бестолковее она выглядит» [3].

В последующие годы Эйнштейн все больше и больше критикует Квантовую механику как «неполную» теорию, что приводит его к прямому столкновению с Н. Бором и В. Гейзенбергом. Поскольку критика квантовой механики со стороны Эйнштейна была достаточно «беззубой», то Бор и Гейзенберг попросту «упивались своей победой».

Отнюдь не легче складывается ситуация и в отношении эфира (или физического вакуума по-современному). Простыми словами это можно выразить так. При создании СТО Эйнштейн делает довольно пространное заявление о том, что его теория так хорошо работает, что никакой эфир ей не нужен, тем более что его никто не может даже и обнаружить. Научное сообщество все это воспринимает как «руководство к действию», навсегда отказываясь разрешать проблему эфира. Нет эфира – нет никаких проблем – к такому дружному соглашению пришло в те годы Мировое Научное сообщество.

Однако шли годы, накапливались довольно интересные экспериментальные данные, развивались и теории. Чтобы не выглядеть совсем глупо, Мировое Научное сообщество взамен эфира вводит новый термин «физический вакуум» как тоже материальную среду, но с весьма загадочными специфическими свойствами, исходя из существующих абстрактных теорий. Вместо четкого решения проблемы эфира появилось некоторое совершенно туманное представление, которое допускает весьма вольную трактовку.

К настоящему времени в отношении проблемы эфира в научных кругах среди физиков наметился явный раскол.

Что касается самого Эйнштейна, то он уже давным-давно еще в 1915 г. при создании ОТО вернулся вновь к этому же всемирному эфиру, поскольку «никакой серьезной физики без эфира не получалось», и продолжает вполне открыто работать по эфиру.

И к месту, и не к месту широко цитируются положения работы А. Эйнштейна “Принцип относительности и его следствия” (1910 г.) [1]: «Нельзя создать удовлетворительную теорию, не отказавшись от существования некоей среды, заполняющей все пространство», т.е. эфира. Однако уже в последующих работах А. Эйнштейн писал [5]: «Резюмируя, можно сказать, что общая теория относительности наделяет пространство физическими свойствами, таким образом, в этом смысле эфир существует. 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». (“Эфир и теория относительности”, 1920 г.). Или еще чуть-чуть позже [6]: «Мы не можем в теоретической физике обойтись без эфира, т.е. континуума, наделенного физическими свойствами, ибо общая теория относительности, основных идей которой физики, вероятно, будут придерживаться всегда (?!), исключает непосредственное дальнодействие, каждая же теория близкодействия предполагает наличие непрерывных полей, а следовательно, существование эфира». (“Об эфире”, 1924 г.).

По-видимому, в качестве наивысшего достижения А. Эйнштейна на нелегком поприще, когда приходилось трактовать физический смысл электромагнитных полей и эфира, остается рассматривать следующее признание [5]: «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…

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…

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».

Как известно, в свое время Эйнштейн сетовал, что отказ от эфира в какой-то мере мотивируется еще и тем, что уж к больно сложной механической модели в таком случае приходится прибегать. Можно подумать, что «…среда… лишенная всех механических и кинематических свойств, но в то же время определяющая механические (и электромагнитные) процессы» - это намного проще. Вот, например, реликтовое излучение, представляющее собой материальную среду и относительно которого можно определять абсолютную скорость, в достаточной мере лишено всех механических и кинематических свойств или нет? И вообще, не похоже ли это на красивую игру слов – эфир старый, эфир новый, физический вакуум, поле?

Вот уже даже и в телевизионных программах Александра Гордона на массовую аудиторию вещают ученые мужи. Игорь Дмитриевский из МИФИ: «Дело в том, что во всех физических теориях так или иначе присутствует понятие эфира… [Одно время] отказались от этого понятия и стали строить физику без эфира. Но эфир, который был изгнан за дверь, влезал в окно. Возникло понятие физического вакуума, который по существу заменяет эфирную гипотезу… Реликтовое излучение как раз может быть той средой, которая не учитывается в квантовой механике, делает ее неполной. При этом многие парадоксы квантовой механики могут быть решены с этой новой точки зрения».

Иногда стройный хор безальтернативной академической науки нарушается. Можно привести точку зрения нашего маститого теоретика Д.И. Блохинцева [7]: «… то, что мы считали пустотой, на самом деле является некоторой средой. Назовем ли мы ее по старому эфиром или более современным словом, вакуум, от этого суть дела не меняется».

Не менее авторитетный и еще менее боязливый академик А.А. Логунов [8]: «Гравитационное поле описывается симметрическим тензором и является реальным физическим полем, обладающим плотностью энергии-импульса.

Это положение возвращает гравитационному полю физическую реальность, поскольку его даже локально нельзя уничтожить выбором системы отсчета, следовательно, нет никакой (даже локальной) эквивалентности между гравитационным полем и силами инерции. Данное физическое требование в корне отличает РТГ от ОТО.

Эйнштейн в ОТО отождествил гравитацию с метрическим тензором риманова пространства, но этот путь привел к отказу от гравитационного поля как физического поля, а также к утрате фундаментальных законов сохранения. Именно поэтому от этого положения Эйнштейна нам необходимо полностью отказаться».

Если не стали «притчей во языцах» неоднозначные оценки А. Эйнштейна относительно природы эфира, то, по крайней мере, многие исследователи откровенно иронизируют по этому поводу. В частности, в своих публикациях О.И. Митрофанов отмечает [9]: «Фицджеральд выдвинул так называемую контракционную гипотезу – сокращение размеров тел в направлении движения, при этом все эффекты эфирного ветра исчезают, что было строго показано Лармором (1900), а затем Лоренцем (1904).

Проверкой и обсуждением, как самого опыта Майкельсона-Морли, так и его возможных толкований, жил в те годы научный мир.

Тут-то и «пришел Эйнштейн» со своими постулатами: эфира нет, но (следите за руками) тела сокращаются! Нормальные ученые полагали, что сокращение движущихся тел есть результат их взаимодействия с неподвижным эфиром, в то время как Эйнштейн ставит сокращение в зависимость от поведения какого-то постороннего наблюдателя. С этим не то, что спорить – на такое «даже смотреть глупо». Однако будем более объективными и подчеркнем: основой теории относительности служит утверждение – эфира нет. И сказать «Да» эфиру, значит сказать «Нет» релятивизму.

Впрочем, вряд ли это поможет. «Это для опровержения обычной теории достаточно единственного контрпримера или противоречия (парадокса). Но теория относительности полна парадоксов, а с нее как с гуся вода. Наоборот, релятивисты гордятся парадоксами и с упоением мазохистов выставляют их напоказ – вот, мол, чем приходится заниматься, что и понять-то толком никто не может. И если обстоятельства вынудят признать эфир, они не постесняются заявить: под термином «физический вакуум» мы всегда подразумевали материальную среду. Да и в работах Эйнштейна присутствуют оба утверждения: «эфира нет» и «мы не можем обойтись без эфира», - соломка предусмотрительно подстелена».

Научная общественность ждет ясности по эфиру, по гипотезе квантов, однако нередко получает туманные пассажи, которые можно трактовать как угодно. «Удивительно, как часто физики готовы были поверить, будто Эйнштейн отрекся от своей гипотезы…»[10]. Сам о себе Эйнштейн в декабре 1915 г. пишет с иронией: «Этот Эйнштейн вытворяет, что хочет. Каждый год он отрекается от того, что написал за год до этого…»

Уже, как бы вторя Эйнштейну, несколько позже, в пятидесятые годы, Л. Инфельд в своих воспоминаниях пишет [11]: «Мне было очень больно видеть обособленность Эйнштейна и то, что он стоит как бы вне потока физики. Часто этот величайший, вероятно, физик мира говорил мне в Принстоне: “Физики считают меня старым глупцом, но я убежден, что в будущем развитие физики пойдет в другом направлении, чем до сих пор”. Сегодня возражения Эйнштейна против квантовой механики нисколько не потеряли своей силы. Сегодня – мне кажется – он был бы менее одинок в своих воззрениях, чем в 1936 г.».

Далеко не каждый исследователь согласится с тем, что построенная на абстрактных гипотезах физика может претендовать на роль фундаментальной теоретической основы естествознания, поскольку все-таки достаточно много положений и законов в таком случае приходится постулировать, опираясь на экспериментальные данные. При таком формальном подходе к реальному физическому явлению трудно разграничить отдельные физические эффекты между собой или же выявить причинные связи между ними. Решение же большинства задач заканчивается, как правило, на стадии получения некоторых количественных характеристик рассматриваемых сложных систем, но не на глубоком анализе происходящих процессов.

Подобного же рода тревожные выводы мы можем обнаружить в «Замечаниях о новой постановке проблем в теоретической физике», предложенных еще в 1932 году А. Эйнштейном для широкой дискуссии [12]: «В последнее время перестройка всей системы теоретической физики в целом привела к тому, что признание умозрительного характера науки стало всеобщим достоянием. Мы не задаем более вопроса об «истинности» какой-нибудь теории, а спрашиваем лишь, насколько полезна теория и какие результаты можно получить с ее помощью. Если первоначально теорию мыслили как описание реальных предметов, то в более поздние времена ее рассматривали лишь как «модель» процессов, происходящих в природе. Что же касается новейшей фазы развития, то квантовая механика привела к частичному отказу даже от представления о модельном характере теории. Поскольку любое теоретическое исследование носит умозрительный характер, квантовая механика видит свою главную цель в достижении результатов с помощью минимума теоретических элементов. Ради этой цели квантовая механика охотно жертвует даже принципом строгой причинности».

И, наконец, как это нередко мы встречаем у Эйнштейна, великий теоретик, наделенный незаурядной интуицией, завершает свои «Замечания» на осторожной и пессимистичной ноте: «Особенно остро ощущается отсутствие логически удовлетворительного синтеза теории поля и квантовой механики. Все убеждены, что необходимые составные части будущей единой теории содержатся в обеих названных выше теориях. Но никто не может утверждать, что он работал с большим успехом и безграничным самопожертвованием. Ни у кого не порождают сомнения в успехе даже головоломные загадки, которые ставит перед нами природа; я все же думаю, что оптимизм нашего поколения основан отнюдь не на трезвой оценке трудности этой проблемы».

Относительно злободневных проблем, накопившихся в физике к середине XX столетия, достаточно откровенно высказывался Альберт Эйнштейн в своих письмах к Морису Соловину [13]: «Если во времена Маха огромный вред наносила господствовавшая тогда точка зрения догматического материализма, то в наши дни преобладают субъективная и позитивистская точка зрения. Сторонники этой точки зрения провозглашают, что рассмотрение природы как объективной реальности – это устаревший предрассудок. Именно это ставят себе в заслугу теоретики, занимающиеся квантовой механикой. Люди так же поддаются дрессировке, как и лошади, и в любую эпоху господствует какая-нибудь одна мода, причем бóльшая часть людей даже не замечает господствующего тирана.

Эйнштейн не очень доверял логическому мышлению, и эта мысль довольно часто посещает его при анализе физических теорий. А ведь, это – весьма странно для физика-теоретика, который хочет построить серьезную физическую теорию (авт.). По существу, он не доверял самому человеческому разуму, следуя строгой логической цепочке - выводить новые закономерности в области физических явлений! (авт.).

Так, Эйнштейн пишет [14]: «Чисто логическое мышление само по себе не может дать никаких знаний о мире фактов; все познание реального мира исходит из опыта и завершается им. Полученные чисто логическим путем положения ничего не говорят о действительности».

Многочисленные примеры из истории теоретической мысли, как раз, говорят об обратном. Ведь, если следовать Эйнштейну, то мы ничего не получим, кроме феноменологического описания физического явления, опираясь только на один опыт. Поэтому-то он и обставил свою теорию относительности со всех сторон линейками, часами и наблюдателями, без которых даже немыслимо говорить об этой теории, не говоря уже о причинности и механизмах физических явлений (авт.).

Далее Эйнштейн пишет: «Весь наш предшествующий опыт приводит к убеждению, что природа является осуществлением того, что математически проще всего представить. Я убежден, что чисто математическое построение позволяет найти те понятия и те закономерные связи между ними, которые дают ключ к пониманию явлений природы... Но собственно творческое начало относится к математике».

А ведь, Эйнштейн всю свою творческую жизнь стремился понять физическую реальность, но не ее математику…(авт.).

И чтобы окончательно поверить в искренние намерения А. Эйнштейна понять реальную природу, в качестве Заключения приведем высказывания Эйнштейна о своей работе, а также некоторые выводы его довольно близкого знакомого А. Пайса о научной деятельности Эйнштейна.

ЛИТЕРАТУРА

1. Принцип относительности. Сб. работ по специальной теории относительности/ Под. ред. А.А. Тяпкина. М.: Атомиздат, 1973. 332 с.

2. Планк М. Единство физической картины мира. М.: Наука, 1966. С. 66, 69.

3. Пайс А. Научная деятельность А. Эйнштейна. М.: Наука, 1989. С. 371.

4. Шаляпин А.Л., Стукалов В.И. Введение в классическую электродинамику и атомную физику. Второе издание, переработанное и дополненное. Екатеринбург, Изд-во: Учебно-метод. Центр УПИ, 2006, 490 с.

5. Эйнштейн А. Эфир и теория относительности. Собр. науч. трудов в 4-х томах. – М.: Наука, 1965. Т.1, с. 682-689.

6. Эйнштейн А. Об эфире. Собр. науч. трудов в 4-х томах. – М.: Наука, 1965. Т. 2, с. 154 – 160.

7. Блохинцев Д. И. Сборник «Философские вопросы современной физики». АН СССР, 1952. С. 393.

8. Логунов А. А. Лекции по теории относительности и гравитации: Современный анализ проблемы. – М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. – 272 с. С. 240.

9. Митрофанов О. И. Какого цвета скорость света? Журнал «Техника – молодежи», 2004, № 2, стр. 10 – 13.

10. Пайс А. Научная деятельность и жизнь Альберта Эйнштейна: Пер. с англ./Под ред. акад. А. А. Логунова. – М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1989. – 598 с. С. 367 – 368.

11. Кузнецов Б. Г. Эйнштейн. – М.: Наука, 1967. – 432 с. С. 315 – 326.

12. Эйнштейн А. Замечания о новой постановке проблем в теоретической физике. Собр. науч. трудов в 4-х томах. – М.: Наука, 1967. Т. 4, с. 167-169.

13. Эйнштейн А. Письма к Морису Соловину. Собр. науч. трудов в 4-х томах. – М.: Наука, 1967. Т. 4, с. 555.

14. А. Эйнштейн. Физика и реальность. М.: Наука, 1965г., с. 62-64.

За дополнительной информацией можно обратиться на сайты:

http://osh9.narod.ru http://s6767.narod.ru http://s1836.land.ru
http://s1836.narod.ru http://shal-14.boom.ru http://shal-14.narod.ru

§ 16. ФИЗИЧЕСКИЙ СМЫСЛ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ ЛОРЕНЦА
И ЧЕТЫРЕХВЕКТОРЫ
Полный текст - http://s1836.land.ru/cl/lor/lor.htm

О преобразованиях Лоренца в учебной и научной литературе написано очень много и в разных публикациях им придают неоднозначный смысл. В подходах Лоренца и Эйнштейна они также имеют совершенно разное содержание.
Естественно задать вопрос: так в чем же секрет и магическая сила этих преобразований координат и времени, которые, если можно так выразиться, перевернули наши представления об окружающем нас мире в ХХ веке?
На простейшем примере покажем, что понять физический смысл преобразований Лоренца не представляет большой сложности.
Пусть в направлении оси ОХ (рис.16.1) распространяется плоская волна В со скоростью с.


Рис.16.1. Движение наблюдателя Н и распространение плоской волны В вдоль оси OX.

Уравнение движения фронта этой волны в неподвижной системе координат, связанной со средой, имеет вид:

xв = c t. (16.1)

Наблюдатель Н движется в том же направлении со скоростью v. Уравнение движения наблюдателя такое

xн = v t. (16.2)

Уравнение (16.1) можно записать и в такой форме, сместив его по оси OX с целью перехода в подвижную систему координат,

xв - v t = c t - v t = c(t - b xв/c), (16.3)

где b = v/c. Чтобы уравнение (16.1) осталось в силе, мы просто вычли из правой и левой его части величину v t.

Такой простой прием преобразования уравнения (16.1) – это и есть уже начало преобразований Лоренца. Осталось только ввести в это уравнение справа и слева масштабный множитель g, который появился в запаздывающем потенциале (15.36).
Умножив обе части уравнения (16.3) на масштабный множитель g, мы получаем

g (xв – v t) = c g (t - b xв/c), (16.4)

или в сокращенной форме

x’в = c t’, (16.5)

где x’в = g (xв – v t) и t’ = g (t - b xв/c), (16.6)

Преобразования координат и времени (16.6) и есть настоящие преобразования Лоренца, которые были здесь получены так просто. При этом не будем забывать, что уравнение (16.5) – это то же самое уравнение (16.1) для распространения фронта волны, только записанное в новых штрихованных переменных.
Смысл этих операций свелся к тому, что, сместив уравнение (16.1) по оси OX , как бы переходя в подвижную систему координат наблюдателя, мы одновременно смещаем это уравнение и по оси времени, чтобы исходное уравнение (16.1) не нарушилось. Масштабный же множитель g введен только потому, что он появляется в силовых потенциалах для подвижных частиц при непосредственном их вычислении.
Во время этих преобразований по осям OY и OZ ничего не происходит, и эти переменные остаются без изменений.
Для плоской волны получилось все очень просто, однако в случае сферической волны ситуация чуть сложнее. Все дело в том, что электромагнитные поля, которые генерируются элементарными частицами, это - мир сферических волн, поскольку они всегда рождаются в некоторой малой области и распространяются со скоростью света в форме расширяющейся сферы. Уравнение распространения фронта сферической волны имеет вид

R = c t, (16.7)

где R - радиус расширяющейся сферы. Для сравнения полезно вспомнить уравнение (16.1), которое было записано для плоской волны. Возведем обе части уравнения (16.7) в квадрат

R2 = x 2 +y 2 +z 2 = c 2t2 . (16.8)

Теперь нетрудно догадаться, что если мы запишем уравнение (16.8) в форме

x' 2 +y 2 + z 2 = c 2t' , (16.9)

где x' и t' применены в соответствии с выражениями (16.6), то это будет то же самое уравнение (16.7) в тех же динамических переменных x, y, z, t, поскольку подобная замена переменных не нарушает исходного уравнения (16.7).

Проверим это в действии. Для этого возведем обе части уравнения (16.4) в квадрат

g 2(x 2 – 2 x v t + v 2t 2) = c 2g 2(t 2 - 2b x t/c + b 2x 2/c 2). (16.10)

После соответствующей перегруппировки слагаемых имеем

g 2x 2(1 - b 2) = c 2g 2t 2(1 - b 2) (16.11)

и окончательно после сокращения g 2 со скобкой получаем

x 2 = c 2 t 2, (16.12)

т.е. форма уравнения (16.1) полностью восстановилась. При этом заметим, что сокращение скобок в (16.11) произошло внутри каждой из частей, и поэтому не затрагивает масштабы по осям Х и Y, если эти переменные возникают в уравнении. Поэтому сохраняется и уравнение (16.7).
Другими словами, с использованием преобразований Лоренца мы добиваемся того, что сложная задача, связанная с перемещением объекта в поле сферических волн, переводится обратно в статику, и тем самым существенно упрощается ее решение. После замены переменных x, t на x', t' дальше мы поступаем с уравнениями так, как уже привыкли поступать в статике, где все было очень просто. Данная задача не является динамической, поскольку в формулах преобразований не содержится ни масс, ни сил, ни каких-либо полей. Это чисто кинематический эффект, поскольку вводится поправка на этот эффект, чтобы его скомпенсировать в уравнении распространения сферической волны. При этом вводится также понятие местного времени t’ в подвижной системе координат для полной компенсации введенных изменений по оси ОХ в данном уравнении.
Итак, мы установили, что преобразования Лоренца – это простая геометрическая поправка к картине волн на кинематический эффект, обусловленный перемещением объекта в среде.
В качестве примеров подобных поправок можно привести использование местного времени в различных городах мира для того, чтобы распорядок дня для людей, проживающих в разных городах, выглядел примерно одинаково. Здесь вводится кинематическая поправка, учитывающая вращение Земли. Аналогичная кинематическая поправка применяется в обсерваториях для телескопов, чтобы изображения планет, звезд или других наблюдаемых объектов оставались неподвижными за время наблюдения.
Поскольку человек сам создает эталоны длины и эталоны времени, то для перевода динамической задачи в статику несложно ввести новый эталон длины по оси ОХ и новый эталон времени, назвав его местным временем.
Если бы все частицы в эфире были неподвижны, то их силовые поля являлись бы сферически симметричными, и многие формулы имели простой вид, как закон Кулона или закон всемирного тяготения. Но все в мире движется, в результате чего силовые поля частиц за счет запаздывания рассеянных ими эфирных волн деформируются и создают большое многообразие различных по своей форме сил. Мы также живем в мире деформированных несферических полей ("кривых полей"), поскольку Солнечная система движется в эфире со скоростью около 300 км/c в направлении созвездия Льва.
В результате всех этих деформаций полей, обусловленных движением микрочастиц, электродинамика становится необычайно сложной и трудно поддающейся осмыслению частью физики, что порождает в свою очередь многочисленные мистификации в отношении пространственно-временных представлений.
Приведем еще один пример, где необходимо учитывать движение частицы в полях. Из теории поля хорошо известно, что полная производная по времени от некоторой полевой функции, вычисленная с учетом движения частицы в поле, не совпадает с частной производной от той же функции, вычисленной в неподвижной точке поля. Вычисляя полную производную по времени, мы переходим в систему координат, связанную с движущейся частицей, для которой полевые характеристики воспринимаются совсем по-иному, нежели для неподвижной частицы.
Образно говоря, движущаяся частица как бы выполняет своеобразную роль наблюдателя в подвижной системе координат и своим поведением сообщает нам, что процессы там происходят совсем не так, как у нас в неподвижной системе.
Когда мы переходим в подвижную систему координат, производя замену координаты Х и времени t в соответствии с преобразованиями Лоренца, то и функции, входящие в различные динамические уравнения, очевидно, также изменят свой вид, поскольку они могут зависеть от координаты Х и времени.
Представляет большой интерес найти некоторые общие правила, по которым можно было бы как по таблице производить преобразование различных функций, не повторяя кропотливых подстановок x' и t' в функции и уравнения. Оказывается, что такие правила удалось вывести, опираясь на те же самые преобразования Лоренца.
В работе [1] приводится пример прямого вывода преобразований Лоренца в применении к импульсу частицы р. При этом установлено, что величины (m c, p) ведут себя при переходе в подвижную систему координат точно так же, как и величины (c t, r) в формулах Лоренца (16.6).
Можно привести целый ряд других примеров, когда четыре функции, одна из которых скалярная, а три других - это проекции некоторого известного вектора в декартовых координатах, проявляют себя как аналоги величин (c t, x, y, z) при преобразованиях Лоренца [2, 3].
Если говорить точнее, то преобразования Лоренца касаются только скалярной функции и х - компоненты подходящего к этой скалярной функции вектора. Поэтому данные правила являются довольно простыми и не требуют разработки для этого какого-то специального математического аппарата или тензорного исчисления.
Можно подсказать небольшой секрет в подборе скалярной функции под соответствующий вектор. Поскольку преобразования Лоренца чаще всего используются в электродинамике, где участвуют волновые процессы со скоростью волн с, то скалярная функция, как правило, входит в эти преобразования в качестве временной компоненты в комбинации с константой с.
Поэтому в данном случае просто следует соблюдать размерность при подборе скалярной функции к вектору, т.е. скалярная функция должна иметь ту же самую размерность, что и вектор. Например вектору импульса р мы подбираем скаляр mc, волновому вектору k соответствует скаляр w/c, вектору плотности тока j = r v соответствует скаляр r c, векторному потенциалу А - скалярный потенциал j /c и так далее.
В этом случае преобразования Лоренца записываются в симметричной форме и имеют вид:

x' = g (x - b c t),

ct' = g (ct - b x). (16.13)

Несмотря на всю простоту данных преобразований, математики назвали рассматриваемую комбинацию из скалярной функции и вектора четырехвектором и разработали для таких четырехвекторов специальный четырехвекторный анализ. Он внешне очень напоминает обычный векторный анализ, но со своими специфическими свойствами, которые полностью определяются преобразованиями Лоренца [2].
Все же следует заметить, что скомбинировать две компоненты с помощью преобразований Лоренца, которые очень легко запомнить, может оказаться намного проще, чем путаться в громоздких и абстрактных тензорах и индексах, требующих специального изучения и запоминания, поскольку четырехвекторный анализ существенно отличается от обычного векторного анализа. За этими тензорами уже с трудом можно разглядеть реальные физические поля и уравнения движения материальных объектов.
Тензорный способ описания электромагнитных полей может оказаться удобным в целом ряде инженерных расчетов, например, при расчете ускорителя элементарных частиц или разнообразных реакций с участием этих частиц [2]. Но он не способствует пониманию физики процессов, как, к примеру, не помог в выводе уравнений Максвелла, выражения для силы Лоренца и калибровки Лоренца, не помог понять природу массы и заряда частиц, кулоновского поля и так далее. Об этих физических характеристиках мы продолжим разговор в следующих разделах.
Таким образом, единственной основой для всех преобразований функций и электромагнитных полей при переходе в подвижную систему координат являются обычные преобразования Лоренца. Их физический смысл и был детально рассмотрен нами выше, единственное назначение которых - это приведение сложной кинематической задачи к статике, где можно использовать привычные уравнения, полученные в статических условиях.
Поскольку все идеи, заложенные в преобразованиях Лоренца и четырехвекторах, возникли и развились в рамках обычных классических представлений, а также в классической электродинамике Максвелла - Лоренца, то можно сделать вывод, что они не имеют прямого отношения к специальной теории относительности (СТО).
Эйнштейном была выдвинута гипотеза о том, что все упомянутые выше преобразования могут быть получены только из принципа относительности и постулата об эквивалентности всех инерциальных систем отсчета. Исторически же преобразования Лоренца появились задолго до появления СТО и на основе совсем иных соображений.
Преобразования Лоренца возникли в рамках общих волновых представлений, которые носят универсальный характер, и поэтому не приходится сомневаться, что они будут справедливы для любых волновых процессов, в частности, в акустике движущейся среды [4]. Если преобразования Лоренца занимают центральное место в СТО, то в акустике эти преобразования используются на основе обычных волновых представлений, минуя принцип относительности.

ЛИТЕРАТУРА

1. Фейнман Р., Лэйтон Р., Сэндс М. Р. Фейнмановские лекции по физике. М.: Мир, 1977. Вып. 1,2. С. 306.
2. Фейнман Р., Лэйтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. Электродинамика. М.: Мир, 1977. Вып. 6. C.15-150, 244-321.
3. Фейнман Р., Лэйтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции пофизике. Электродинамика. М.: Мир, 1977. Вып.5. C. 9-11.
4. Блохинцев Д.И. Акустика неоднородной движущейся среды.М.: Наука, 1981. С. 37-99.
5. Шаляпин А.Л., Стукалов В.И. Введение в классическую электродинамику и атомную физику. Второе издание, переработанное и дополненное. Екатеринбург, Изд-во Учебно-метод. Центр УПИ, 2006, 490 с.

За дополнительной информацией можно обратиться на сайты:

http://osh9.narod.ru http://s6767.narod.ru http://s1836.land.ru
http://s1836.narod.ru http://shal-14.boom.ru http://shal-14.narod.ru

Здесь начинаются Основы Фундаментальной Физики.