На фото - люстра-маятник в Пизанском соборе
Речь пойдёт о двух невольных ошибках отцов-основателей классической физики, Г. Галилея и И. Ньютона. В сущности, ошибка-то одна, но, как медаль, имеет две стороны (абсолютизация времени и пространства, абсолютизация движения). Первая ошибка – безосновательная абсолютизация времени и пространства. Вторая ошибка – безосновательное постулирование существования в природе инерциальных систем отсчёта, систем, движущихся равномерно и прямолинейно (абсолютизация движения). Эти ошибки в классической физике просуществовали очень долго, пока развитие знаний о свете и рождение электродинамики не выявили зримые противоречия в основах наших представлений. Работы М. Фарадея и Дж. Максвелла показали, что теория дальнодействия не имеет будущего, и лишь представления о реальных физических полях и об ограниченности скорости взаимодействий объектов в электродинамике приближают нас к истине. В конце 19-го века А. Пуанкаре и Г. А. Лоренц яснее других осознали противоречия в основах физики, и наметили выход из сложного положения через отрицание абсолютности времени, пространства, движения через представления об относительности скоростей, относительности всякого движения. Вот тогда и появились концепция релятивизма (относительности скоростей) и преобразования Лоренца. В начале 20-го века А. Эйнштейн лишь поспешил обобщить эти принципы релятивизма Пуанкаре и Лоренца на всю физику, включая гравитацию. Но, торопясь, Эйнштейн наделал своих ошибок, которые сегодня не дают соединить в одну теорию квантовую теорию и гравитацию. Но так или иначе, невольные ошибки Галилея и Ньютона были частично изжиты. Полное изживание этих ошибок и приведёт физику к единству.
А теперь кратко о том, как были совершены подобные ошибки. Г. Галилей был первым из учёных, кто на опытных фактах стал рассматривать связь скорости и времени. В 1583 году, в Пизанском соборе, Галилей обнаружил, что колебание маятника-люстры имеет постоянный период, который не зависит от амплитуды, сравнивая колебание маятника со своим пульсом. Период колебания не зависит и от массы груза маятника, а лишь от длины подвеса. Много позднее Галилей использовал водяные часы для измерения времени, необходимого бронзовому шару, чтобы проехать известное расстояние по наклонной плоскости. Водяные часы представляли собой «…большой сосуд с водой, установленный на возвышении. Ко дну этого сосуда была припаяна трубка небольшого диаметра, выпускающая тонкую струю воды, которая собиралась в маленький стакан во время каждого спуска, будь то по всей длине канала или по части его длины. Собранная таким образом вода взвешивалась после каждого спуска на очень точных весах; различия и соотношения этих весов давали различия и соотношения времен, и это с такой точностью, что, хотя операция повторялась много-много раз, заметного расхождения не было в результатах».
А теперь вопрос: изменились бы результаты этих же опытов Галилея, если он провёл их теперь не на уровне моря, а на высоте, допустим, четырёх тысяч метров над уровнем моря? Ответ однозначный: да, изменились! Как изменился бы период колебания маятника в Пизанском соборе, если маятник перенести на четыре тысячи метров над уровнем моря. Количество водички в стакане натекло несколько больше, чем в опытах на уровне моря. Оказалось бы, что время – не абсолютная величина, и зависит от условий проведения опытов. Если дело касается скорости, то тут не абсолютно не только время, но и пространство, путь. Но Галилей таких опытов не проводил, и по результатам только проведённых совершил совершенно безосновательную абсолютизацию времени и пространства. Галилей создал свою теорию относительности движения, где время течёт одинаково для всех систем отсчёта, и пространство неизменно в любых направлениях и при любых поворотах (преобразования Галилея).
Отсюда же Галилей сделал вывод о возможности существования инерциальных систем отсчёта, движущихся равномерно и прямолинейно, для которых справедливы преобразования Галилея. Но тут тоже встаёт вопрос: где могут существовать такие инерциальные системы отсчёта? Учёный понимал, что на нашей планете вряд ли могут, ведь если продлить плоскость, по которой катится шар без трения, неограниченно, то она выйдет за пределы нашей планеты, пойдёт в космос; так что шар без затраты энергии дальше двигаться не сможет. Вероятно, Галилей предполагал, что такие инерциальные системы отсчёта могут существовать вдали от планет, от действия сил «притяжения»…
Абсолютизацию времени и пространства, а также существование инерциальных систем отсчёта (абсолютизация движения), без должного анализа и критики, поддержал И. Ньютон. И не только поддержал, но и «освятил» своим авторитетом. В «Математических началах…» Ньютон пишет: «Абсолютное, истинное и математическое время само по себе и в силу своей собственной природы течёт равномерно, независимо от чего-либо внешнего, и по-другому называется длительностью: относительное, кажущееся и обычное время – это некоторая осязаемая и внешняя (точная или неодинаковая) мера продолжительности с помощью движения, которая обычно используется вместо истинного времени; например, час, день, месяц, год». А допущение Галилея о существовании инерциальных систем отсчёта стало первым законом Ньютона, законом инерции: тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если на тело не действуют другие дополнительные силы или действие сил уравновешено.
Если что и можно назвать абсолютом в физике, так это скорость света. Именно вокруг постоянства и величины скорости света и начались события в конце 19-го – начале 20-го века. Классическая физика связывала величину и постоянство скорости света с характеристиками материальной среды эфира. Ещё в опытах Фарадея и Вебера была найдена константа магнитной проницаемости эфира, а через неё получена константа электрической проницаемости эфира. Эти константы оказались связаны между собой через квадрат некой величины с размерностью скорости. Подобная величина в точности совпадала с величиной скорости света в эфире. Максвелл создал систему уравнений, которые объединяли основные явления электромагнетизма. Тогда же Максвелл показал инвариантность этих уравнений относительно преобразований Галилея, т. е. в законе электромагнитной индукции неважно – что движется относительно чего, имеет значение лишь скорость изменения линий магнитной индукции. Как сказал выше, удар по абсолютизму времени, пространства и движения был нанесён Пуанкаре и Лоренцом, с рождением преобразований Лоренца, где имеется отношение квадрата скорости объекта к квадрату скорости света (отношение скоростей). С точки зрения «покоящегося наблюдателя», в любой движущейся инерциальной системе отсчёта и часы идут медленней, и размеры в направлении движение уменьшаются, иначе, скорости процессов замедляются. Ещё проще: у каждой инерциальной системы отсчёта, движущейся со своей скоростью, должны быть свои часы и свои линейки; нет единого абсолюта, эталона длительности отрезков времени и пространства. Это, что называется, со строго математической точки зрения, очень даже нефизичной…
Но в реальном физическом мире нет и не может быть инерциальных систем отсчёта (ИСО), движущихся равномерно и прямолинейно, с неизменной скоростью! Равномерность и прямолинейность движения объекта возможна лишь на небольшой промежуток времени в идеальных условиях пути. В реальном физическом мире существуют инерциальные системы отсчёта, движущиеся с изменяющейся скоростью и криволинейно, т. к. движутся в силовых полях. Однако, несмотря на такое обстоятельство, основой Специальной теории относительности (СТО, 1905 г.), претендующей на физическую теорию, была взята инерциальная система отсчёта галилеева образца, иначе, абсолютизм движения и абсолютизм скорости света. И вот из этого «царства абсолютов» выводился абсолютизм относительности времени, пространства, движения. А точнее, абсолютизм относительности скоростей! Постулировав существование ИСО и постоянство скорости света, независящей от источника света, автор теории относительности сообщил о ненужности представлений об эфире, мол, все движения и взаимодействия происходят в пустоте. В сущности, произошел отказ от материальности физического пространства (эфира). У электрических зарядов (плюса и минуса) – свои поля, у магнита – своё поле, у электромагнитной волны – своё поле. Вот такое получилось разделение, если нет единой материальной среды! Если бы она была, то все физические поля можно было бы объяснить разными формами динамик единой среды. Но в кинематике СТО этого не надо, и без того в уравнениях всё хорошо клеится!.. Кроме того, в кинематике СТО нет проблем с энергиями движения, т. к. величина скорости света постулируется (неважно – какая энергия затрачена для этого), а скорости ИСО задаются такие, какие хотите, хоть 120 км в час, хоть 120 тысяч км в секунду. В кинематике неважны причины и источники энергии движения объектов, кинематика как бы вне физической реальности.
Однако в реальном физическом мире мы имеем дело только с динамикой, где нельзя рассматривать движение объектов в отрыве от силы, от энергии; вольности и абсолютизация тут недопустимы. Это касается и макромира и микромира. В реальном мире существование полей и сил не может зависеть от свободного выбора точки зрения или системы отсчёта. Здесь соблюдается причинность – строгое чередование причин и следствий (хотя соблюдение причинности не всегда очевидно и бывает весьма запутанным). Устойчивые динамики, как правило, имеют колебательную, периодическую природу, математически выражаются нелинейными уравнениями. Как сказал выше, Г. Галилей был первым из учёных, кто стал рассматривать связь скорости и времени на примере маятника в Пизанском соборе. Если бы эта тема колебаний была развита в верном направлении и не ушла в абсолютизацию инерционного равномерного прямолинейного движения, времени и пространства, то, возможно, физика могла пойти по другому пути. И участие материальной среды эфира своим давлением в колебательной динамике маятников и во вращении планет по эллиптическим орбитам вокруг Солнца – стало бы почти очевидным! Даже на осевом вращении планет можно показать относительность времени и пространства, не прибегая к чересчур надуманным умозрительным опытам с движущимися поездами и световыми сигналами в СТО. Ведь, например, если бы наша Земля вращалась вокруг своей оси с бОльшей или меньшей скоростью, то длительность секунды и размер метра, принятые сегодня, как абсолют, стандарт, были бы другими…
В СТО Эйнштейн сказал о ненужности эфира, но когда пришла пора включить в парадигму релятивизма гравитацию, то встал вопрос: как массивное тело создаёт гравитационное поле, и из чего? Пришлось кривить пустое пространство, другого под рукой ничего не было. Эйнштейна вдохновила идея тождественности, равенства тяжелой и инерционной массы. Если в СТО исходным пунктом стала абсолютизированная инерциальная система отсчёта, то в ОТО (теории гравитации) стала ускоренная система отсчёта (УСО). Существование УСО было просто постулировано, а откуда здесь бралась энергия для ускорения свободно падающих тел в гравитационном поле – осталось за рамками. Художника ничто не может ограничивать в его творчестве. Но у учёного несколько иные задачи, здесь полёт мысли ограничивается опытом, экспериментом. А опыт ясно показывает, что гравитационное поле – не фикция, которую можно устранить выбором иной системы отсчёта или другой точкой зрения. Что хорошо проходило в СТО – тут не прокатывает. Источником силы не могут быть нематериальные взаимодействия, без массы и энергии движения! Даже по второму закону Ньютона, чтобы ускорить массивное тело – нужна реальная сила. Сила, а не риманова кривизна пространства, сугубо геометрическое понятие. Защитников ОТО оскорбит такое утверждение, мол, ты ничего не понимаешь в теории… Как раз понимаю, и хочу показать другим – что заставляет массивное тело изменять вокруг себя энергию среды физического вакуума, создавать силовое поле, а на языке ОТО – создавать «кривизну пространства-времени»! Что?! А маятники Галилея! Вернее, маятнички, которые колеблются в каждой точке среды физического вакуума, создавая колоссальное давление этой среды. В этих колебаниях элементов среды присутствует «святая троица» физики – масса, энергия движения, инерция. Без этого ничего колебаться не может! Частица протон – такая же система колебания, только радиальная, «дыхание вакуума». И вот когда такие частицы собираются в массу, то создают вокруг себя градиент давлений и плотностей среды, иначе, градиент скоростей вакуумных колебаний. Чем ближе к телу, тем плотность скоростей выше, а значит давление и плотность среды меньше, куда и стремятся с ускорением свободно падающие тела… В 1583 году Г. Галилей наблюдал колебание маятника в Пизанском соборе, обнаружив неизменность периода колебаний от амплитуды, ища связь скорости со временем. В 1983 году, ровно через 400 лет, мне удалось установить, что колебательная динамика – всеобщий принцип движения в физическом мире, он справедлив как в большой, так и в малом…