В данной статье нет ничего абсолютно нового, что ещё не было бы опубликовано ранее в том или ином виде. У изложенного здесь уже более ста лет много как сторонников, так и противников, споры между которыми не утихают до сих пор. Одни из них полны ярости и сарказма, другие равнодушны к аргументам оппонентов, считая истину уже достигнутой. Было время, когда я был за новых, а за тем обратился к изучению старых. И вот, я решился разобраться с предметом, приглушив в себе страстность насколько смог. Для этого я, начитавшись за десять последних лет классиков физики и всяческих современных публикаций, оставив в стороне школьные рассказы, попытался самостоятельно повторно изучить давно интересующие меня некоторые фундаментальные вопросы физики.
В статье рассматриваются преобразования координат и времени при переходе от одной системы отсчёта к другой, называемые ещё преобразованиями пространства и времени — Галилея, Лоренца, Фогта и др. Преобразования Галилея лежат в основе классической механики движения тел, а преобразования типа Лоренца — в основе теории относительности, как будто обобщающей классическую механику до электродинамики и движения тел со субсветовыми скоростями.
Преобразования Лоренца здесь выводятся как поэтапная модификация преобразований Галилея, приводящая к желаемой многими цели — постоянству скорости света в любой инерциальной системе отсчёта. Сейчас существуют несколько вариантов математически изящного вывода преобразований Лоренца из нескольких аксиом, в которых промежуточные этапы имеют лишь формальный смысл. При этом у обывателей создаётся впечатление: коль скорость света одна и та же во всех инерциальных системах отсчёта (как якобы доказано физическим опытом), то строго математически (то есть научно) доказано, что переход между системами отсчёта обязан описываться формулами Лоренца. В настоящей статье рассматривается “примитивный” вывод преобразований Лоренца, при котором можно интерпретировать каждый его этап, понимая, зачем появляются те или иные элементы окончательных формул. Мне кажется, что это лучше, нежели угадывать происхождение и физический смысл элементов уже готовых математических формул, пристально разглядывая их и опираясь на свой прежний опыт.
На рассматриваемом в настоящей статье пути построения преобразований, обеспечивающих постоянство скорости света во всех инерциальных системах отсчёта, встречается развилка: можно свернуть налево в сторону к заданной цели (скорость света одна и та же во всех инерциальных системах отсчёта) и получить формулы Лоренца и Фогта, а можно свернуть направо и получить классические формулы для эффекта Доплера. Интересно, что реализация выбранного пути с математической точки зрения определяется лишь способом эквивалентных подстановок в формулы (можно и так, и эдак). Одни подстановки ведут нас к формулам Лоренца, а другие — к формулам эффекта Доплера. Возможно, это обстоятельство породило мысль, что преобразования Лоренца и Доплера как-то связаны друг с другом, или одни ущербны за счёт других, или же они неправильно согласованы.
В настоящей статье формулы Доплера выводятся в наиболее общей, векторной форме. Полагаю, что именно так это и надо было делать, а не приспосабливать частные формулы к обстоятельствам реальных наблюдений, используя проекции векторов на интересующие экспериментаторов направления. Полагаю, что многие недоразумения в прочтении и понимании формул Доплера обусловлены тем, что формулы, обычно приводимые в справочниках, являются приблизительными или упрощёнными, из-за чего в них , в частности, теряется поперечный эффект Доплера, обнаружение которого обычно ставят в заслугу теории относительности.
При выводе классических формул Доплера можно исходить из двух начал. Одно из них — допущение, что свет распространяется с некоторой постоянной скоростью относительно точки пространства, где он возник, и независимо от движения источника. Альтернативное исходное допущение — свет распространяется с постоянной скоростью относительно своего источника, независимо от движения последнего. В данной статье первая модель рассматривается как основная, а вторая — в сопутствующих примечаниях. Хотя альтернативная модель кажется наиболее согласованной с многими нашими предубеждениями, в итоге она оказывается, по большому счёту, несостоятельной, как это будет показано в настоящей статье.
Формулы Доплера в классической модели движения различаются для двух ситуаций — когда движется источник света (или других колебаний) относительно пространства, в котором приёмник неподвижен, и когда движется приёмник при неподвижном источнике. Различие этих формул указывает на то, что принципиально можно обнаружить, что именно движется, источник излучения или его приёмник. Иначе говоря, движение оказывается абсолютным, даже если оно происходит с постоянной скоростью, то есть инерционно.
В заключение объясняется так называемый “нулевой” результат эксперимента Майкельсона. При этом показывается, что именно такой результат и следовало ожидать ещё до проведения опыта, если допустить, что свет распространяется с постоянной скоростью относительно той точки однородного и изотропного пространства, в которой он возник, и независимо от движения источника. Таким образом, нулевой результат, во-первых, опровергает альтернативную гипотезу, согласно которой свет распространяется с постоянной скоростью относительно своего источника и, во-вторых, побуждает нас признать, что опыты Майкельсона, Морли, Миллера и др. не следует рассматривать в качестве экспериментального основания специальной теории относительности.
Полный текст статьи с формулами и иллюстрациями:
http://dunaevv1.narod.ru/other/space_time.pdf
Оглавление статьи:
1 Преобразование Галилея
2 Преобразование Лоренца
3 Преобразование Фогта
4 Преобразование Доплера
4.1 Источник движется, а наблюдатель покоится
4.2 Наблюдатель движется, а источник покоится
4.3 Движутся источник и наблюдатель
4.4 Домыслы
4.5 Большая скорость (v/c>1)
4.6 Мигающий источник, опыт Рёмера
5 О “нулевом” результате опыта Майкельсона
5.1 Продольное плечо
5.2 Поперечное плечо
5.3 Общий и предельные случаи
Анимация эффекта Доплера: http://dunaevv1.narod.ru/other/dopler.htm