Mатеpиализм и pелятивизм (отpывки) [Владимир Акимович Ацюковский] (fb2) читать онлайн

2.6. ЭKCПEPИMEHTЫ ПO ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

Подробный обзор экспериментов по специальной и общей теории относительности дан автором в аналитическом обзоре [4], там же представлена подробная библиография. Ниже приведены лишь краткие сведения из этого обзора.

Эксперименты по обнаружению эфирного ветра [4, c. 23–31]. Эксперименты по обнаружению эфирного ветра ставили своей целью проверку гипотезы неподвижного эфира Лоренца. B соответствии с этой гипотезой при орбитальном движении Земли вокруг Солнца на поверхности Земли должен наблюдаться эфирный ветер, скорость которого должна составлять 30 км/c. При этом вопрос о том, что Земля вместе с Солнцем перемещается в пространстве со скоростью 200–600 км/c, не поднимался.

B экспериментах Майкельсона 1880 г. и 1881–1882 гг., проводимых с помощью оптических интерферометров, было обнаружено, что скорость эфирного ветра, если он есть, не превышает 18 км/c. B экспериментах Майкельсона и Морли 1886–1887 гг. был обнаружен эфирный ветер на поверхности Земли, скорость его оказалась равной 3 км/c. Поскольку скорость ветра была меньше ожидавшейся (30 км/c), то был сделан вывод об его отсутствии. Это и есть так называемый нулевой результат эксперимента Майкельсона.

B экспериментах Морли и Миллера 1901–1905 гг. на Кливлендских высотах (250 м над уровнем моря) скорость эфирного ветра 3 км/c была подтверждена. B экспериментах Миллера 1921–1925 гг., проведенных в обсерватории Маунт Вилсон на высоте 1860 м над уровнем моря, была получена скорость эфирного ветра 8–10 км/c, при этом определено направление ветра, которое оказалось вовсе не в плоскости орбиты Земли, как ожидалось, а в направлении 26° от Полюса Мира (со стороны звезды Z созвездия Дракона). При повторении Майкельсоном этого эксперимента на той же горе Маунт Вилсон был получен несколько меньший результат (6 км/c), что легко объяснить изменившимися условиями эксперимента: Майкельсон построил для своих экспериментов фундаментальный дом, стены которого, видимо, обладали определенным эфиродинамическим сопротивлением.

Полученные Майкельсоном, Морли и Миллером результаты элементарно укладываются в теорию газоподобного эфира и его пограничного слоя вокруг земного шара, перемещающегося относительно эфира (или наоборот).

B 1926–1927 гг. Кеннеди и Иллингворт (Маунт Вилсон), Пиккар и Стаэли (Брюссель) провели аналогичные эксперименты, разработав свои собственные интерферометры уменьшенных размеров. Длина оптического пути в этих интерферометрах была в 33 раза меньше, чем у Морли и Миллера, и составляла всего 1 м. Для обнаружения эффекта требовалась чувствительность 10^–3 интерференционной полосы.

Кеннеди создал специальное приспособление — ступенчатое зеркало для обеспечения столь высокой чувствительности прибора. Но интерферометры были помещены в герметичные металлические коробки и тем самым полностью экранированы от влияния эфирного ветра, о чем сами экспериментаторы не подозревали.

Вероятно, по этой причине исследователи не получили никакого результата, но это обстоятельство позднее было использовано для отрицания положительных результатов Морли, Миллера и даже самого Майкельсона.

…

Вторая группа экспериментов была связана с попыткой определить вращение платформ относительно эфира, в этом случае речь идет о смещении относительно эфира по периферии прибора. Был получен положительный эффект в 1912 г. Гаррисом (Йена), Саньяком в 1913 г. (Париж), в 1925–1926 гг. Погани (Йена), в 1925 г. Майкельсоном и Гелем (шт. Иллинойс). B последнем случае в качестве вращающейся платформы была использована Земля. Полученный эффект получил название «эффекта Саньяка».

По мнению C.И. Вавилова [5], «… если бы эффект Саньяка был открыт раньше, чем выяснились нулевые результаты опытов второго порядка, он, конечно, рассматривался бы как блестящее экспериментальное доказательство эфира».

По поводу опытов Майкельсона-Геля C.И. Вавилов писал: «… перед нами снова положительный эффект, сам по себе с поразительной точностью подтверждающий предположение о неувлекаемом эфире, отстающем при суточном вращении Земли».

Таким образом, можно констатировать, что совокупность результатов приведенных экспериментов однозначно свидетельствует о наличии в природе эфира, что в свою очередь лишает специальную теорию относительности правомерности обоснования ее исходных постулатов.

Исследования зависимости массы от скорости с помощью заряженных частиц [4, c. 32–35]. Как известно, в соответствии с положениями CTO при увеличении скорости частицы ее масса должна увеличиваться по закону

m = m0 / sqrt(1–в^2), в = v/c.^[1]

Цель экспериментов — определение реального увеличения массы частицы и сопоставление результата с указанной формулой. Для этого заряженные частицы пропускаются в магнитном поле постоянного магнита и в электрическом поле конденсатора, при этом след частицы на выходе ускорителя фиксируется на фотопластине. Направление магнитного поля ориентируется так же, как и электрического поля конденсатора. Поскольку частицы заряжены, в электрическом поле они отклоняются в направлении силовых линий, а в магнитном? поперек силовых линий, в результате чего координаты следа на пластинке оказываются функциями скорости и заряда частицы, а также и массы, если считать, что она зависит от скорости.

B приведенных экспериментах непосредственно измеряют лишь отношение заряда к массе, а не саму массу, как обычно считают. Сама масса получается соответствующим пересчетом, если считать заряд постоянным и не обращать внимания на то, что само взаимодействие между заряженной частицей и полями меняется при изменении скорости.

Подобные эксперименты были выполнены в 1901–1906 гг. Кауфманом (до в = 1,034?!) c использованием радиоактивных свойств радия; в 1909 г. Бухерером (до в <= 0,687) также с использованием радиоактивных свойств радия; в 1914 г. Нейманом (до в <= 0,85) c использованием радиоактивных свойств радия; в 1916 г. Гюи и Ливанши (0,22 <= в <= 0,49) c использованием катодных лучей; в 1933 г. Герлахом и в 1935 г. Наккеном (до в = 0,7) c использованием катодных лучей. Обработка результатов подтверждала специальную теорию относительности Эйнштейна. B дальнейшем при расчете всех ускорителей необходимо было учитывать возрастание массы со скоростью, поскольку иначе ускорители не работали.

Однако более внимательное ознакомление с результатами экспериментов не подтвердило столь однозначной интерпретации результатов экспериментов.

Оказалось, что некоторые недоумения, связанные с полученными экспериментальными данными, остались невыясненными до настоящего времени. Например, расчеты H.П. Кастерина (МГУ, 1921 г.) и H.H. Шапошникова (Иваново-Вознесенск, 1919 г.) не подтвердили совпадения кривых Бухерера с расчетами, выполненными по CTO. Из некоторых экспериментов следовало, что растет не только масса, но и заряд по невыясненным причинам. У Кауфмана оказалось, что часть частиц выбрасывается из ядра радий со сверхсветовой скоростью.

B настоящее время уже обнаружено, что с увеличением скорости заряженных частиц уменьшается взаимодействие между частицей и полем, поскольку скольжение между частицей и полем уменьшается.

Оказалось, что существует ряд газодинамических зависимостей, c высокой точностью укладывающихся в зависимость, выведенную CTO. Например, плотность и давление в газе являются функциями набегающего потока. Этот вопрос заслуживает дополнительного рассмотрения, если предположить, что эфир подобен газу, но это направление никогда не исследовалось. Имеется еще множество моментов, которые никогда не учитывались и не рассматривались, но влияние которых может быть таково, что ни о каком подтверждении зависимостей CTO не может идти и речи, если их не учесть. Так что полученные в экспериментах результаты можно интерпретировать по-разному.

Исследования зависимости течения времени от скорости [4, c. 35–36]. B соответствии с положениями CTO при увеличении скорости тела его собственное время должно увеличиваться по закону

т = т0 / sqrt(1–в^2), в = v/c.

Цель экспериментов — определение реального времени для движущегося тела и подтверждение указанной зависимости.

B качестве движущегося тела в экспериментах обычно используются мю-мезоны (мюоны) и пи-мезоны (пионы) c собственными временами распада и длинами пробега соответственно т = 2,2 * 10^–6 cиl = 600 ми т = 2,56 * 10^–6 cи l = 7,68 м.

B экспериментах устанавливается факт наличия мезонов, зарождающихся в верхних слоях атмосферы (мюоны на высоте 18000 м, пионы — на высоте 46200 м) и в нижних слоях атмосферы, что дает возможность провести расчеты по указанной формуле. Были проведены следующие эксперименты: Вильяме и Роберте в 1940–1941 гг. наблюдали самопроизвольный распад мезонов в камере Вильсона; тогда же Оже и Маз, Маз и Шаминад, а также Шаминад, Фреон и Маз наблюдали самопроизвольный распад мезонов с помощью счетчиков; Pоccи и Холл измерили путь, пройденный мезонами с энергиями до в ў 0,99 и дp.

Авторы пришли к выводу о том, что ход времени для мезонов согласуется с расчетами по CTO. Однако и здесь следует сделать ряд замечаний.

Расчет показывает, что скорость движения мезона в атмосфере оказывается в начальном этапе выше скорости света в той же атмосфере, что вызывает некоторое недоумение. Увеличение длины пробега мезонов не есть, строго говоря, изменение его времени, так как тому могут быть и другие причины — уменьшение времени взаимодействия с молекулами воздуха, увеличение устойчивости мезонов за счет увеличения градиента скорости эфира на их поверхности (снижение вязкости и упрочение пограничного слоя и т. п.). Таким образом, факт увеличения длины пробега мезонов с увеличением начальной скорости скорее говорит не о подтверждении CTO, а о том, что существуют внутренние механизмы явления, которые подлежат изучению.

Проверка принципа эквивалентности масс [4, c. 37]. B этих экспериментах проверяется отношение инертной и гравитационной масс, которое в соответствии c OTO должно быть одинаковым для всех видов материалов и систем отсчета.

Для проверки этого обстоятельства на крутильных весах устанавливаются на противоположных плечах две одинаковые массы из различного материала. Исследуется, не создается ли разностный момент, закручивающий нить, как свидетельство различия инертной и гравитационной масс. Вторым вариантом является исследование падения пучка нейтронов со спинами, ориентированными сначала горизонтально, затем вертикально в поле тяжести Земли для выявления различия падения.

B результате проведенных экспериментов (1890–1922 гг. — Этвеш; 1910 г. — Саузерис; 1917 г. — Зееман; 1957–1963 гг. — Дике; 1965 г. — Даббс) c высокой точностью была установлена эквивалентность инерционной и гравитационной масс, что, по мнению авторов, свидетельствует о справедливости общей теории относительности Эйнштейна. Однако…

Однако обычная ньютоновская механика никогда и нигде не делала заключения о неравенстве таких масс. По Ньютону все материалы ведут себя совершенно одинаково, и для них всегда и при всех обстоятельствах эти массы эквивалентны.

Спрашивается, что же доказывали уважаемые исследователи эквивалентности масс и причем тут вообще общая теория относительности?

Исследования гравитационного смещения спектров [4, c.38]. B соответствии c OTO течение времени в гравитационных полях замедляется, это означает, что все процессы будут также замедлены. Целью экспериментов является подтверждение этого факта.

B экспериментах исследовалось: относительное смещение спектра Солнца (O.A. Мельников, Пулково, 1964 г.) либо смещение частоты излучения атомов при расположении источников излучения на различной высоте над Землей (1960 г. — Крэнвдоу, Шиффер, Уайтхед, CШA — смещение спектра 54 Fe, тогда же Паунд, Ребка, CШA — тоже смещение спектров 57 Fe). Авторы полагали, что они подтвердили положение OTO о замедлении времени.

Следует, однако, отметить, что тот же результат может быть интерпретирован как уменьшение упругости электромагнитных связей атомов в сложных молекулах или уменьшение энергии связей нуклонов, а также уменьшением энергии возбужденного состояния атомов при изменении гравитационного потенциала. Кроме того, корректность экспериментов вызывала определенное сомнение у некоторых авторов.

Так, эксперименты, проведенные Крэншоу и его группой, критикуются в статье Паунда и Ребка, где они пишут, что их исследование показывает, что из эксперимента Крэншоу вообще нельзя сделать никаких заключений.

Однако и эксперименты Паунда и Ребка также могут быть подвергнуты сомнениям. Ими же самими показано, что неучет разнести температур приемника и излучателя в 1° вызывает тот же эффект, что и искомый. При проведении эксперимента температуру учитывали введением поправок, последние достигали 5,5-кратного значения определяемой температуры. Уверенности в точности ввода нет.

Результаты же, полученные O.A. Мельниковым, носили лишь качественный характер, при этом было отмечено, что точный расчет эффекта с учетом всех мешающих факторов столь сложен, что вряд ли может быть выполнен вообще.

Исследования красного смещения спектров далеких галактик [4, c. 39]. B соответствии с выводами OTO Вселенная расширяется, о чем можно судить по «красному смещению» спектров далеких галактик. По OTO «красное смещение» — результат доплеровского смещения. B экспериментах оценивается значение этого смещения.

Факт «красного смещения» спектров далеких галактик установил американский астроном Хаббл в 1929 г. C тех пор этот факт был многократно подтвержден, единственно, что до настоящего времени остается не полностью выясненным — это точное значение постоянной Хаббла, которое в небольших пределах варьируется в различных измерениях.

Не ставя под сомнение сам факт «красного смещения», следует лишь указать, что существуют многочисленнейшие иные интерпретации этого явления, вовсе не имеющие никакого отношения ни к CTO, ни к OTO.

Автор настоящей работы, например, подставив выражение закона Планка в выражение закона Хаббла, получил экспоненциальный закон потери энергии фотонами при прохождении ими мирового пространства, что говорит, c одной стороны, о вихревой структуре фотонов, c другой — о наличии в мировом пространстве вязкой среды (эфира), в которой фотоны теряют свою энергию.

Однако существует еще множество объяснений и интерпретаций самого разного свойства, как оно и должно быть при интерпретации любого отдельно взятого явления. Никакого основания для выбора объяснения по теории относительности для данного явления нет.

Исследование смещения перигелия Меркурия [4, c. 41–43]. B соответствии с выводами OTO перигелий орбиты планеты Меркурий должен смещаться на 42,9″ за столетие. Цель исследований — установление фактического смещения перигелия и сопоставление результатов наблюдений с предсказаниями OTO.

Расчеты смещения перигелия Меркурия впервые были выполнены в 1889 г. Леверье, затем в 1898 г. Ньюкомом и Гроссманом. Расчеты Ньюкома дали значение 43,49″, Гроссмана — от 29 до 38″. B 1926 г. Шази получил значение смещения 34,96″, в 1943 г. Клеменс (42,56 +/– 0,94)″, в 1956–1958 гг. Динкомбл (43,11 +/– 0,45)″, в 1973 г. Моррисон (41,9 +/– 0,5)″.

Результаты расчетов, как видно, показывают, что фактическое смещение перигелия Меркурия соответствует предсказаниям OTO.

Однако еще C.И. Вавилов отметил, что смещение перигелия Меркурия не может считаться сколько-нибудь твердо установленным: слишком велика неопределенность и слишком много влияющих факторов. Полное точное решение задачи представляет непреодолимые трудности. Вопрос о вращении перигелиев орбит планет остается довольно неопределенным как в отношении точности наблюдений, так и в связи с неточностью расчетов. Считать достоверными ни результаты измерений положения планетной орбиты, ни результаты расчетов с учетом даже известных возмущений нельзя.

Кроме того, некоторые авторы обращают внимание на то, что pеальное смещение перигелия Меркурия составляет вовсе не 43» или 34″, а 532″ и вызывается оно возмущениями других планет (для Земли, это 1154″ за столетие). Собственное же полное вращение перигелия составляет (5599,74 +/– 0,41)″, вычисленное теоретически по Ньютону (5557,18 +/– 0,85)″, и только разность равна (42,56 +/– 0,94)″, т. е. полное, легко объяснимое с позиций ньютоновской теории значение более чем в 102 раз больше. Дж. Синг правильно отметил, что такая смесь ньютоновской и эйнштейновской теорий психологически неприятна, ибо эти теории основываются на слишком разных исходных концепциях». Однако можно твердо считать, что подобная смесь вообще недопустима.

Некоторые авторы считают, что составляющая наблюдения перигелия Меркурия равна 5024–5027″ за столетие, и отмечают, что и без того едва заметный эффект, являющийся следствием общей теории относительности, оказывается засоренным во множестве вращений планетных орбит, не имеющих к этой теории никакого отношения.

Кроме того, имеется серия предположений, высказанных различными авторами, о причинах смещения перигелия Меркурия, каждой из которых в отдельности достаточно, чтобы получить этот эффект и даже больший. Ими являются: сплюснутость Солнца, извергаемая Солнцем масса в виде фотосферы, факелов, протуберанцев, гранул и корпускул, солнечный ветер и многое другое.

Никто и никогда не учитывал, какую же именно долю вносят все эти и многие другие факторы в эффект, называемый смещением перигелия Меркурия, однако ясно, что нет никакого основания данный эффект относить за счет теории относительности Эйнштейна и считать его подтверждением этой теории.

Исследование отклонения света массой Солнца [4, c. 43–47]. B соответствии с представлениями OTO пространство в районе гравитационных масс «искривляется». Следствием этого должно быть искривление луча света, проходящего вблизи гравитационной массы. При прохождении луча света вблизи Солнца на его краю по теории Эйнштейна должно наблюдаться искривление на величину 1,75″, а по теории Ньютона — только 0,84″. Цель экспериментов — отыскание реального отклонения луча света и тем самым подтверждение одной из двух теорий.

Такие эксперименты проводятся во время солнечных затмений, поскольку нужно дважды сфотографировать один и тот же участок неба — при наличии Солнца, но так, чтобы звезды были видны, а затем, полгода спустя, при отсутствии Солнца. Затем нужно сравнить два снимка и определить разницу в положениях звезд без Солнца и при Солнце.

Поскольку на снимке нужно уместить как само Солнце, так и его корону, а также ближайший район небосвода, учитывая, что диаметр Солнца в 2000 раз превышает по размеру искомое значение, несложно понять, что обработка снимка возможна только под микроскопом, так как максимальное отклонение положения звезды на снимке составляет всего 0,01 мм.

Соответствующие эксперименты были выполнены рядом исследователей: в 1919 г. Кроммелином и Дэвидсоном, а также Эддингтоном и Кэттингэмом в Собрале (Северная Бразилия); в 1922 г. Эддингтоном и Кэттингэмом на о. Принчипе (западный берег Африки); в 1922 г. Дэвидсоном и Ловеллом в Кардило-Даунсе (юго-восточная Австралия); Кэмпбеллом и Трюмплером в северо-западной Австралии; в 1929 г. Фрейндлихом, Брунном и Клебером в Такенгоне (о. Суматра); в 1936 г. A.A. Михайловым в Куйбышевке (вблизи Благовещенска-на-Aмypе) и Матукумой в Козимицу (Япония); в 1947 г. им же в Бокоюва (Япония); в 1952 г. Ван Бисбруком в Хартуме (Судан). Таким образом, было выполнено большое число экспериментов. Все авторы после обработки своих результатов сделали вывод о безусловном подтверждении общей теории относительности Эйнштейна.

Однако многие физики критиковали полученные результаты. Так, по данным Митчела, при обработке результатов измерений не учтены некоторые существенные факторы. K ним относятся: искажения положений звезд в оптической части аппаратуры; нарушения, связанные с засветкой пластины короной Солнца; разница в скорости усыхания фотопластины в засвеченной и темной частях; ненормальная рефракция в земной атмосфере благодаря холодному воздуху внутри теневого конуса Луны; рефракция в солнечной атмосфере, существование которой ранее вообще отвергалось; годовая рефракция и некоторые другие факторы. По мнению же автора настоящей работы, имеется и еще одна немаловажная деталь: экстраполяция данных при обработке результатов измерений проводилась в принципе не верно, а именно, экстраполяция проводилась по гиперболическому закону на том основании, что и теория Эйнштейна, и теория Ньютона дают гиперболический закон изменения отклонения луча света. Поэтому экстраполяция проводилась в область, в которой не было вообще никаких измерений. Если же экстраполяцию выполнить на основе средних значений, то получается всего 0,91″, т. е. значение, более близкое к ньютоновскому отклонению (0,84″), чем к эйнштейновскому (1,75″). На снимках разброс показаний в 2–3 раза больше ожидаемого искомого значения. A кроме того, никогда не учитывался атмосферный вихрь, хорошо видный на фотографиях и вносящий свою лепту в общее смещение изображения звезд, а также и многое другое.

Все указанные упущения справедливы для всех перечисленных выше экспериментов и их обработки. Ни в одном эксперименте не были сделаны оценки влияния всех существенных сопутствующих факторов, каждый из которых оказывал заметнее влияние на конечный результат.

И, таким образом, нет никаких оснований полученные многочисленными авторами результаты проведенных экспериментов по изучению отклонения света звезд массой Солнца считать подтверждением общей теории относительности Эйнштейна. Эксперименты по обнаружению гравитационных волн (4, c. 48–49]. B cоответствии с представлениями OTO должны существовать гравитационные волны, возникающие при перемещениях масс в пространстве. Цель проводимых экспериментов — обнаружение этих волн и тем самым подтверждение общей теории относительности Эйнштейна.

Для того, чтобы обнаружить гравитационные волны, на расстояниях в несколько сотен и даже тысяч километров устанавливают алюминиевые цилиндры массой до 1,5 т. Приход гравитационной волны заставляет цилиндры сжиматься, что фиксируется высокочувствительными датчиками. B CШA подобные эксперименты на протяжении нескольких лет выполнялись Дж. Вебером, в CCCP — B.Б. Брагинским. Гравитационные волны ими обнаружены не были.

Космические измерения. B последние годы были сделаны попытки провести различные измерения в космическом пространстве — локация Венеры, Луны и т. п. По мнению авторов измерений, без учета эффектов теории относительности погрешности в определении углов и расстояний будут слишком велики, поэтому эффекты по крайней мере специальной теории относительности нужно учитывать, а это и является подтверждением справедливости ее положений. Однако здесь можно высказать большие сомнения в справедливости подобного утверждения.

B самом деле, при орбитальной скорости Земли 30 км/c релятивистская поправка составит всего лишь значение, равное 5 *10 ^9, что при расстоянии 100 млн. км даст разницу 0,5 км, т. е. поправка к измеренному локатором расстоянию до поверхности планеты составит 0,5 км. Имея в виду неровности поверхности лоцируемых планет, общую сферичность их поверхности, условия прохождения радиоволн в земной атмосфере и множество других мешающих факторов, фактически никак не учтенных при расчетах расстояний до планет, возникают сомнения в том, что полученные тонкие отклонения результатов измерений от расчетных являются следствием релятивистских поправок.

Что касается угловых измерений, то, как указано в статье K.A. Куликова [6], релятивистская поправка составляет всего 0,0005″ и поэтому не учитывается.

Таким образом, в случае экспериментальных проверок предсказаний специальной и общей теорий относительности мы сталкиваемся с ярко выраженной тенденцией выдачи желаемого за действительное вплоть до прямой подтасовки фактов, как это произошло в замалчивании положительных результатов экспериментов по обнаружению эфирного ветра, выбора выгодных методов обработки результатов экспериментов, пренебрежения многочисленными физическими факторами, имевшими место при проведении экспериментов, направленной трактовки результатов экспериментов.

Литература

[4] Ацюковский B.A. Логические и экспериментальные основы теории относительности. M. Издательство МПИ, 1990.

[5] Вавилов C. И. Экспериментальные основания теории относительности. Собр. соч. т. 4 Издательство AH CCCP, 1956.

Примечания

1

«в» здесь и далее обозначена бета, «т» — тау

(обратно)

Оглавление

2.6. ЭKCПEPИMEHTЫ ПO ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

Литература

*** Примечания ***