Карпенко Владимир Никитович


О чистоте релятивистского физического эксперимента

Доклад на VIII Международной научной конференции «Пространство, время, тяготение»
(16-20 августа 2004г. C-Петербург, Россия)

Физика, как наука, не была бы физикой,
если бы в ней не использовались
самосогласованные системы единиц
измерения физических величин.

В ряде работ автора показана несостоятельность теории относительности А.Эйнштейна, ее неадекватность физической реальности! Использование ее ошибочных формул для предварительной теоретической обработки результатов релятивистского физического эксперимента является в этой связи субъективным фактором, влияющим на чистоту эксперимента. Свидетельство тому - угрожающий рост числа различных элементарных частиц «открываемых», благодаря использованию такой «обработки».

Как известно, критерием любой физической теории является экспериментальное подтверждение ее следствий, выводов, предсказаний. Этим и определяется главенствующая роль эксперимента в науке, в ее развитии. Не всегда просто поставить нужный эксперимент в окружающем нас физическом мире. Нужно выявить или искусственно создать условия, при которых наиболее полно протекает изучаемое явление. Нужно оградить его от помех и побочных влияний, а там, где это не удается - учесть их при обработке результатов эксперимента, используя апробированные на опыте методы. Т.е. экспериментатор стремится к максимальной чистоте своего эксперимента. Только так можно получить адекватные физической природе явления данные. Они-то и лягут в основу дальнейших оценок проверяемой теории.

Вышесказанное настолько тривиально, настолько и обязательно для науки, в чем можно убедиться на примере классической физики. Но мы не сказали еще об одной существенной помехе - субъективном факторе, существенно влияющем на чистоту эксперимента, а следовательно и на развитие науки в целом. Однако этот фактор рано или поздно преодолевается благодаря публичности науки путем научной аргументации (конференции, публикации) и новых экспериментальных данных.

Тем не менее, субъективный фактор хотя и преодолим, но не так безобиден. Обобщенно проявлением этого фактора можно считать три ситуации:

1. Ошибочные (неадекватные) представления об изучаемом явлении отдельных ученых или экспериментаторов.

2. Неадекватная теория явления, выдвинутая ученым-авторитетом (естественно, в свое время заслуженным), удерживающаяся только на этом авторитете, несмотря на появляющиеся все новые экспериментальные ее опровержения.

3. Неадекватная теория, превратившаяся затем в догму (и, по сути - табу!) не столько ее создателем, сколько его сторонниками, последователями и т.д.

Первые две ситуации сравнительно легко преодолеваются научной общественностью с неизбежными издержками для науки.

Третья ситуация касается теории относительности А.Эйнштейна в целом и является уникальной, мало изученной. Тем не менее, насчет ее неадекватности физической реальности имеется довольно обширная библиография, в том числе ряд публикаций автора, например [1].

Чтобы не быть голословным приведу несколько аргументов.

Как известно, опыт Майкельсона (ОМ) 1881 г. по определению эфирного ветра при движении Земли был поставлен как решающий. Он не подтвердил волновую теорию света, зато подтвердил корпускулярную теорию света, имеющую также своих сторонников в то время (Ритца и др.). Более того, позже стали появляться все новые и новые экспериментальные подтверждения корпускулярной теории. И, наконец, самое неотразимое открытие Планка - кванты света! Казалось бы, все усилия ученых надо было направить на развитие электродинамики, в первую очередь на совершенствования теорий Максвелла, Лоренца. Однако ряд видных ученых принялись буквально спасать волновую теорию излучения, в том числе света, самыми невероятными гипотезами объясняя результаты ОМ. Основные из этих гипотез и вобрала в себя обнародованная в 1905 г. специальная теория относительности (СТО), легшая затем в основу общей теории относительности (ОТО) А.Эйнштейна.

Согласно СТО свет распространяется с определенной скоростью, причем эта скорость не зависит от движения источника[2]. В пустоте эта скорость считается предельной и провозглашается как физическая константа.

Как известно, скорость волн в среде не зависит от движения их источника. Значит Эйнштейн фактически “узаконил” в своей теории существование волн излучения Максвелла (каковым считается и свет) в нематериальном вакууме (пустоте). Ведь он к тому же отбросил и эфир, лишив классическую электродинамику основы, на которой она была создана.

Однако с учетом вышесказанного и принципа относительности, СТО так и осталась бы гипотезой в ряду ей подобных, если бы не еще один беспрецедентный принцип. Это принцип относительности одновременности А.Эйнштейна, который противоречит классической физике, повседневному опыту, здравому смыслу наконец. Одновременность событий определяется с помощью световых сигналов [2], т.е. это тоже очередная гипотеза, каковых в СТО и ОТО множество. А набор гипотез никогда сразу, без подтверждения опытом, не может стать теорией, что и показано в работе [1].

Благодаря принципу относительности одновременности и появляется знаменитый радикал в теории относительности (ТО), приведший к таким экзотическим следствиям из ТО, как изменение течения времени и масштабов длин в движущихся системах отсчета. Некорректным путем Эйнштейну удалось провести этот радикал [1,2] даже в динамику материальных тел и, как следствие, провозглашению зависимости массы тела от его скорости..

Таким образом построения Эйнштейна в виде ТО привели к тому, что даже experimentum crucis (ОМ) не поколебал устои волновой теории света и электромагнитного излучения в целом, а это было заблуждением века [1].

Последствия этого заблуждения для науки, которые ощущаются все больше и больше, еще предстоит оценить. Здесь же, в этой работе, рассматриваются лишь его влияния на релятивистские эксперименты. Показывается, что субъективный фактор может стать такой же помехой в эксперименте, как и физические помехи и напрямую влияет на его чистоту. Причем это относится и к стадиям подготовки и оценки его результатов.

Чтобы еще раз показать, что ТО построена, образно говоря, на песке, приведу еще один аргумент из [3].

Согласно СТО все инерциальные системы отсчета (ИСО) равноправны. Рассмотрим две ИСО, из которых одна покоится, а другая движется со скоростью v. Тогда в движущейся системе время t¢ будет изменяться по закону


, (1)

где t - время в покоящейся системе. Если принять за неподвижную другую систему, а за подвижную ранее покоящуюся, то согласно принципу о равноправности ИСО время t в ней будет определяться таким же законом, как и в (1):

 


, (2)

 

Разделив (2) на (1), получим

 

,

откуда

t2 = (t¢)2,

 

или t = t¢ (3)

На основании (3) видим, что никакого декларированного в ТО изменения времени в движущейся ИСО нет. И это в полном соответствии с принципом относительности Галилея. То же можно показать и в отношении масштабов длин в движущихся ИСО. Значит ТО Эйнштейна несостоятельна.

Таким образом, с созданием СТО наука впервые столкнулась с проблемой чистоты физического эксперимента с учетом субъективного фактора. Именно с проблемой, а не с отдельной ситуацией. Ведь именно субъективный фактор оставил без последствий для волновой теории электромагнитного излучение отрицательный результат ОМ.

В результате классическая электродинамика едва возникнув, так и осталась недоразвитой. Ибо даже после открытия М.Планком квантов (корпускул) света, хоть и стала называться квантовой (КЭД), по сути осталась волновой. Самые обычные эксперименты по рассеянию частиц (например, электронов) на кристаллах и других объектах с периодической структурой, рассматриваются как свидетельство дифракции элементарных частиц. Причем волновые свойства приписываются именно отдельным частицам, а не их коллективам.

И совсем неудивительно, что в многочисленных теориях сильного, слабого и даже гравитационного взаимодействия мы, как правило, узнаем копии-близнецы все с той же КЭД. А вот терминология, например, в области элементарных частиц постоянно расширяется. И не только за счет научной, но и за счет своего рода антропоморфизма. Здесь вы узнаете о существовании в природе очарованных, красивых, прелестных элементарных частиц. В некоторых научных кругах с нетерпением ждут открытия предсказанного одной из многочисленных современных теорий (опять же, скорее всего, гипотез) некоего мезона со скрытым очарованием.

Как и люди, элементарные частицы бывают странными (есть и такой класс частиц!). Однако проблематика и все увеличивающееся число элементарных частиц свидетельствует о том, что эта "странность" постепенно становится свойственной всем им по одной простой причине - отсутствия адекватной физической теории элементарных частиц. И тут на первый план выходит не только эксперимент, но и его чистота в контексте данной статьи. В этой области удельный вес релятивистских экспериментов очень велик. А их значение для развития физики трудно переоценить.

Главными моментами влияния субъективного фактора здесь являются следующие.

1. Категорическое утверждение ТО о постоянстве скорости света и независимости ее от движения источника. Это утверждение постулировано и не опирается на эволюцию научных представлений о природе света, а потому не является бесспорным.

То же можно сказать и о невозможности превышения скорости света. То, что это следует из ТО, также не бесспорно.

Что касается утверждения ТО о том, что скорость света является вообще предельной в природе, то оно попросту антинаучно.

2. Вывод в ТО о зависимости массы частицы от ее скорости (точнее, так называемых поперечной и продольной масс):

 

, (4)

 

где m0 - масса покоя частицы, является неубедительным, вернее, некорректным [1]. Причем, в рамках самой ТО допускается путаница в конкретных применениях формул поперечной (4) и продольной (9) масс, о чем будет сказано ниже.

3. Утверждение ТО об эквивалентности массы и энергии на основании соотношения

 

(5)

 

после принятия в рамках ТО безразмерной скорости света с = const = 1 превратилось в утверждение о равенстве массы и энергии, что является попросту некорректным. Об этом сказано в [6] и еще раз показано ниже.

К этому тоже надо добавить путаницу с применением формул поперечной и продольной масс, приведшей в конце концов к появлению в рамках ТО такой "красивой" формулы как (7), но об этом - ниже.

Теперь с учетом пп. 1, 2, 3 непосредственно обратимся к постановке релятивистских экспериментов и обработке их результатов. Как известно, такие эксперименты, в частности, проводятся с помощью ускорителей заряженных частиц. Заглянем в книгу Г.И.Копылова, где неплохо подана "кухня" этих экспериментов, а точнее первичная теоретическая обработка их результатов. И сразу видим, что основу этой обработки составляет теория относительности с учетом изложенных выше пунктов 1, 2, 3.

В работе [6] показана некорректность вывода в ТО соотношения E=mc2. Именно оно послужило основанием для утверждения Эйнштейна об эквивалентности массы и энергии [2]. Но эта эквивалентность путем принятия в ТО скорости света в пустоте за безразмерную 1 давно превратилась в равенство E=m×12=m, и широко используется в первичной обработке релятивистских экспериментов. И тут уместно напомнить слова автора, вынесенные в эпиграф данной работы. Физика, как наука, не была бы физикой, если бы в ней не использовались самосогласованные системы единиц измерения физических величин, например, [7].

Системы могут быть разными, однако между ними устанавливается однозначное соответствие путем введения переводных коэффициентов. Таким образом, в физике создается такое положение, что результаты экспериментов не зависят от выбора системы единиц измерения физических величин.

Так вот, масса и энергия никогда не были (в физическом смысле) ни эквивалентными, ни, тем более, равными. И никогда таковыми не будут, ибо первая определяет инертные и субстанциональные свойства материи, вторая - это характеристика движения этой самой массы, и измеряются они тоже совершенно в разных физических единицах. Это хорошо показано в [6]. В самом деле, что означает принять скорость света с=1 ? Просто безразмерную 1 принять нельзя - это будет нефизическая величина. Тогда принимая скорость света как 1 ед/с, мы фактически вводим новую единицу длины L, с тем, чтобы иметь с = 1L/c. В таком случае (согласно Эйнштейну) энергия

 

. (6)

Т.е. ни при каких обстоятельствах E ¹ m.

То же самое можно сказать и о формуле из [4]

 

, (7)

 

полученной также путем принятия безразмерной с = 1.

И это одна из главнейших формул, используемых при первичной обработке результатов релятивистских экспериментов. Конечно, о научной корректности здесь говорить не приходится. Тем не менее, давая себе отчет, что так, как в (7) делать нельзя и учитывая, что эта формула все-таки используется в физике, поступим следующим образом. Выразим ее в привычной теперь системе СИ с учетом с = 3×108 м/с и убедимся, что в этом случае "красивой" формулы (7) уже не получится:

 

. (8)

 

При этом очевидно, что при v ® c выражение (8) стремится к бесконечности, а не к какой-либо конечной величине, как в (7). Комментарии излишни. Но обратим внимание, что тут со всей остротой встал вопрос о чистоте релятивистского эксперимента. Формулы (7) и (8) неверны, а значит впору поставить вопрос о пересмотре всего спектра масс элементарных частиц, полученного с применением формулы (7). А это уже самый настоящий кризис релятивистского эксперимента!

Далее, относительно формулы зависимости массы ускоряемой частицы от ее скорости.

В ходе экспериментов по определению отношения заряда е электрона к его массе m было обнаружено явление, истолкованное как увеличение массы заряженной частицы с увеличением ее скорости. Соответствующие формулы, описывающие это явление, были получены Лоренцом и Абричамом [8], но были разными. В конце концов якобы подтвердилась формула Лоренца в том виде, в каком ее подает современная физическая литература, т.е. (4).

Это, так называемая, поперечная масса. Эффект ее изменения возникает при действии на частицу поперечной ускоряющей силы. Но есть еще и продольная масса mпр, следующая из теории Лоренца

 

. (9)

 

Уместно заметить, что в работе [10] автор показал, что изменение величины массы в перечисленных случаях является кажущимся и связано с изменением силы, действующей на частицу с изменением скорости последней. Ускоряющая сила стремится к нулю по мере приближения скорости частицы к скорости света.

Эйнштейн также получил формулы (4) и (9) в своей основополагающей работе "К электродинамике движущихся тел" [2] в параграфе 10 под парадоксальным названием "Динамика (слабо ускоренного) электрона" очень странным образом. Он игнорировал, что ИСО, связанная с ускоренным электроном, неинерциальна, а также то обстоятельство, что движение электрона рассматривается в следующий момент после состояния покоя, т.е. его скорость v<<c. Релятивизмом, как видим, здесь и не пахло, но именно отмеченные обстоятельства позволили "протащить" радикал в формулы (4), (9) для массы. Такие вот обстоятельства получения этих формул в ТО.

Но самое удивительное произошло потом. Со временем, исподволь поперечная масса (4) в ТО стала выполнять роль продольной, о которой попросту забыли. Это видно как из трудов самого Эйнштейна[9], так и научной литературы. В том числе и в приводимой здесь книге [4]. Но ведь частицы в ускорителях ускоряются именно продольными силами! А это уже путаница в самой ТО.

Чтобы подчеркнуть еще раз актуальность и остроту поднятой здесь проблемы чистоты эксперимента в современной физике приведем цитату из [4]. При этом уточним, что первичная теоретическая обработка данных эксперимента называется кинематикой превращений элементарных частиц. Так вот, на счету у этой кинематики "... немалые подвиги, в том числе открытие такого чуда природы, как нейтрино..., таких недолгих жильцов на Земле, как p°-мезон, таких странных частиц, как гипероны и К-мезоны, таких эфемерных образований, как w°-мезон и другие частицы-резонансы - словом всех элементарных частиц, кроме протона и некоторых заряженных мезонов" [4].

Очевидно, что в контексте данной работы эти "подвиги" смотрятся уже в ином свете и требуют кардинального пересмотра.

Релятивистский эксперимент находится в долговременном системном кризисе. И тут напрашивается аналогия из сферы информационных технологий - самовоспроизводящие компьютерные вирусы.

Так вот, теория относительности - это подобный, только "научный вирус", запущенный в науку в 1905 г. Судите сами. Абсолютно бесплодная в физическом плане гипотеза (точнее, их набор), возведенная тут же в ранг теории, вот уже целое столетие плодит себе подобных в самых разных областях физики. Это вам и релятивистская квантовая механика, и релятивистские теории электромагнитного сильного, слабого взаимодействия, и т.д.

Что касается релятивистского эксперимента, то здесь создана замкнутая система воспроизведения в полном смысле виртуальных частиц, пополняющих список уже "открытых" элементарных частиц, который угрожающе растет (их уже несколько сотен!). Т.е. теория относительности работает сама на себя и этот порочный круг давно пора разорвать. А это приведет к созданию адекватной физической теории, в том числе и теории элементарных частиц.

Предпосылки для выхода из кризиса уже есть:

1. В работе автора [1] показана несостоятельность ТО (это заблуждение века).

2. В данной работе показано пагубное влияние ТО на релятивистские эксперименты, приводящие к ложным (виртуальным) результатам.

3. В работе автора [10], для публикации которой по независящим от автора причинам, понадобилось несколько десятилетий, показано, что никакого роста массы со скоростью ускоряемых частиц нет. А значит нет и декларированного ТО бесконечного увеличения энергии частицы по мере приближения ее скорости к скорости света с. Таким образом, энергия частицы в ускорителе не может превысить величину , а в ускорителях на встречных пучках + = m0c2 . Т.е. нет и не было никакой необходимости в строительстве огромных ускорителей. Просто нужно остановиться на их оптимальных размерах, определяемых достижением предельной скорости для данного вида взаимодействий и мощность пучка.

Таким образом, проблема чистоты релятивистского эксперимента на данном этапе заключается в полном освобождении его от опеки ТО и от использования ошибочной методики теоретической обработки его результатов, также навязанных ТО в течении многих лет.

 

 

Литература

1. Карпенко В.Н. Теория относительности А.Эйнштейна как несостоявшаяся гипотеза или заблуждение века. Сб."Проблемы естествознания на рубеже столетий". С-Пб. Политехника, 1999.- С.140-155.

2. Эйнштейн А. Собрание научных трудов, т.1, М.,1965.- 699 с.

3. Карпенко В.Н. О решении проблемы гравитации (расширенный вариант). Доклад на научном семинаре в Днепропетровском национальном университете 4 марта 2003 г.

4. Копылов Г.И. Всего лишь кинематика. М.,Атомиздат, 1969.- 176 с.

5. Карпенко В.Н. О решении проблемы гравитации. Открытия и гипотезы, № 8, 2002.- С.2-3.

6. Карпенко В.Н., Варин М.П. Неэквивалентность массы и энергии. Восстановление истины или E <> mc2. Сб."Актуальные проблемы естествознания начала века". С-Пб.Анатолия, 2001.- С.212-215.

7. Бурдун Г.Д., Калашников Н.В., Стоцкий Л.Р. Международная система единиц. М., Высшая школа, 1964.- 274 с.

8. Лоренц Г.А. Теория электронов, М., ГИТТЛ, 1953.- 471 с.

9. Эйнштейн А. Собрание научных трудов. Т.1-4, М., Наука, 1965-67.- 28098 с.

10. Карпенко В.Н. О зависимости ускоряющей силы, действующей на материальную частицу в физическом поле, от скорости. Сб."Проблемы естествознания на рубеже столетий". С-Пб. Политехника, 1999.- С.163-165.

1 марта 2003 г. г.Днепропетровск

 Автор:

Карпенко Владимир Никитович
ул. 20 лет Победы, 5, кв. 23,
г. Днепропетровск
49127, Украина.

Вернуться к списку статей