5.3. Относительность и абсолютность движения

Из сказанного вытекает, что в принципе допустимы логические попытки построить новую физическую модель, в которой справедливо лишь первое равенство, тогда как второе утверждение в общем случае выполняется не строго, а лишь в достаточном приближении.

С другой стороны, универсальность принципа относительности вызывает

принципиальные сомнения в связи с его непригодностью для огромного класса явлений, связанных с неинерциальным (например, с вращательным) движением. Точно так же и в электродинамике, вопреки часто бытующему представлению, уравнения Максвелла строго ковариантны только для равномерно движущихся, но не для ускоренных тел. Цитируя это утверждение В.Паули и А.Эйнштейна, Г.И.Шипов в современной работе [Шипов, 1993] выводит условие, определяющее необходимую степень малости безразмерного ускорения. Из него следует, что и в сильных электромагнитных полях, и при ультрарелятивистских скоростях заряженных частиц специальный принцип относительности в электродинамике (как классической, так и квантовой) нарушается.

Как отмечалось выше, при наличии вращения в общем случае становится неправомерным использование принципа эквивалентности, лежащего в основе ОТО. Но неправомерностью применения принципа эквивалентности в данном случае дело не ограничивается. Понятно, что динамические эффекты, связанные с вращением, позволяют в принципе указать выделенную (абсолютную) систему отсчета, т.е. опять-таки ставят под сомнение и принцип относительности. Поэтому мы сталкиваемся с необходимостью пойти по одному из трех возможных путей:

найти способ обобщить принцип относительности на вращающиеся системы отсчета

признать несостоятельность принципа относительности

предложить приемлемую схему модификации использования принципов эквивалентности и относительности.

По первому пути пошел Г.И.Шипов [Шипов, 1993]. Однако за подобное обобщение ему потребовалось заплатить довольно высокую цену - от геометрии 4-мерного (риманова) пространства он был вынужден перейти к геометрии более сложного 10-мерного пространства абсолютного параллелизма, в котором к четырем обычным пространственным координатам добавлены три угла Эйлера и три компоненты вектора ориентации точки. Решающим критерием истинности этого выбора должна стать практика, однако пока что правота Г.И.Шипова не получила общего признания.

Второй путь - простое отрицание принципов эквивалентности и относительности - вряд ли имеет шансы на успех спустя почти столетие после триумфа теории Эйнштейна и ее несомненных достижений в области астрофизики и космологии. Очевидно, речь в лучшем случае могла бы идти лишь о том, чтобы указанные принципы выступали в роли приближенных, точность которых определяется количественными критериями их справедливости.

78

5. Инерциальное движение

Я надеюсь, что излагаемая здесь теория представляет собой конструктивную реализацию третьего пути. Она дает основания усомниться в строгой справедливости принципа относительности. Действительно, в СТО принято считать совершенно равноправными точки зрения двух движущихся один относительно другого наблюдателей (см. рис. 5.4).

В, В2 T+dT Bi Bj

ZEMS:

A A

Рис. 5.4. Относительность систем отсчета с точки зрения СТО

Но если мы опираемся на модель концентрических сечений Вселенной, то не можем допустить, чтобы угол наклона пересекающего их вектора был величиной относительной! Как же обстоит дело с точки зрения ТШРВ? В предлагаемой модели Вселенной, как и в СТО, течение времени различается в (абсолютно) покоящейся и в движущихся системах отсчета, но это различие носит абсолютный характер. Чем больше скорость движущейся системы отсчета по отношению к абсолютно неподвижной, тем медленнее течет время в этой движущейся системе. Следовательно, наиболее быстро течет время в абсолютно неподвижной системе отсчета; в системе, движущейся со скоростью света относительно абсолютно неподвижной, течение времени останавливается.

Предположим (это предположение обсуждается в следующем подразделе), что Земля абсолютно неподвижна или движется крайне медленно относительно абсолютно неподвижной системы отсчета. В этом случае, так же, как и в СТО, Землянину кажется, что его часы идут быстрее, чем часы Космонавта (т.е. что он, Землянин, стареет быстрее Космонавта). Заметим, что экспериментально проверялись до сих пор как раз только такие ситуации. Обратное же, вопреки СТО и согласно ТШРВ, неверно: Космонавт также считает, что часы Землянина идут быстрее, тогда как в соответствии со СТО его мнение должно быть противоположным. Аналогичным образом, время в системе отсчета, связанной с быстрыми космическими частицами (мюонами), замедляется не только с точки зрения земного астрофизика, но в собственной системе отсчета таких частиц.

Реальное сравнение темпов течения времени в двух строго инерциалъных системах отсчета невозможно - необходимо, чтобы их мировые линии пересеклись в двух различных 4-точках, т.е.

Итак, процесс непосредственного измерения конкретной скорости с помощью часов и линейки в ТШРВ как будто бы не позволяет непосредственно выделить систему отсчета наблюдателя по сравнению с движущейся относительно него другой инерциальной системой. Однако взгляд, брошенный на рис. 5.5, дает основание думать, что такое различие все же объективно существует и, следовательно, хотя бы каким либо косвенным образом могло бы быть установлено.

Чтобы лучше осмыслить ситуацию, рассмотрим пример из школьной (классической) физики. Пусть наблюдатель живет на маленьком острове среди безбрежной морской глади и измеряет скорость проходящих мимо пароходов. Для определенности будем считать, что каждый пароход проходит через участок эталонной длины, так что нашему наблюдателю достаточно только включить и выключить секундомер в соответствующие моменты времени.

Пока наш наблюдатель осуществляет каждое измерение независимо от всех остальных, никаких проблем у него не возникает, и на досуге он даже может пофилософствовать о том, что

5. Инерциальное движение

79

скорость парохода относительно него самого равна скорости наблюдателя относительно парохода.

Однако в один прекрасный день наш наблюдатель видит знакомый пароход, который теперь уже следует в обратную сторону. Из любопытства заглянув в старые записи, наблюдатель определяет, что скорость парохода в обратном рейсе иная, нежели в прямом. Любопытный наблюдатель спрашивает по радио капитана парохода, в чем причина различия. Но капитан отвечает, что режим работы двигателя тот же самый, а значит и скорость должна быть точно такой же.

Задумавшись, наш наблюдатель приходит к гипотезе о том, что (если капитан говорит правду) в море есть течение, скорость которого в одном случае складывается со скоростью парохода, а в другом случае вычитается из нее. Настойчивый наблюдатель просматривает свои записи за длительный период, выписывает для каждого корабля (обладающего своей индивидуальной, но неизменной скоростью) соответствующие записи, проделывает расчеты и убеждается в том, что все становится на свои места, если в каждом случае приписать скорости течения одно и то же значение!

Мораль, вытекающая из приведенного примера, такова. Одиночные измерения не позволяют наблюдателю установить наличие некоторого течения, универсальным образом влияющего на результаты всех измерений. Однако сопоставление результатов многих измерений, использование некоторой априорной информации (неизменность скорости каждого парохода относительно течения) позволяет вывести проверяемую (в новых, специально проведенных экспериментах) гипотезу, устанавливающую наличие такого течения. Если бы наш наблюдатель сразу безоговорочно поверил бы капитану, как если бы тот был демоном (или демиургом, или еще каким либо сверхъестественным существом, знающим истину), то он уже после двух экспериментов мог бы разгадать загадку!

Обратимся теперь к рис. 5.5. Пусть наш ТШРВ-наблюдатель на самом деле перемещается во времени (вследствие расширения Вселенной) от изохроны Т до изохроны T+dT по прямой АВ. Он наблюдает движение двух удаляющихся от него в противоположных направлениях тел (одинаковых пароходов), которые на самом деле перемещаются во времени от изохроны Т до изохроны T+dT по прямым ABi и АВг соответственно. Дальше на усмотрение читателя предлагается любой из двух вариантов с участием демона.

Либо после измерения наш наблюдатель с помощью линейки устанавливает, что отрезки BiB и ВВг равны, а демон утверждает, что углы BiAB и ВАВг не равны. Либо наоборот, наш наблюдатель с помощью линейки устанавливает, что отрезки BiB и ВВг не равны, а демон утверждает, что углы BiAB и ВАВг равны. Демон ведь знает, что угол между изохроной и мировой линией наблюдателя АВ отличен от прямого!

T+dT В, В В,

Т А

Рис. 5.5. Метод установления абсолютной системы отсчета

Ну, хорошо, - возразит читатель - ведь в действительности такого демона не существует! Я со вздохом соглашусь с читателем и отвечу, что, конечно, не существует, поэтому нам придется-таки проделать много-много измерений и использовать некоторую априорную информацию или информацию, априорно представляющуюся убедительной.

Оставим на короткое время нашего демона и обратимся к вопросу о погрешности, вносимой специальной теорией относительности в том случае, если абсолютная система

80

5. Инерциальное движение

отсчета действительно существует. Тогда инвариантность 4-мерного интервала в рамках ТТТГРВ точно выполняется лишь по отношению к абсолютно неподвижному наблюдателю. Если же, например, сам наблюдатель движется с некоторой абсолютной скоростью v в плоскости xt, то вместо инвариантного выражения для длины 4-мерного перемещения

ds2 = c2dt2 - dx2

возникает, как можно показать, соотношение

ds (1+о)= с dt - dx -2odsdx

где

о = (v/c) / (1 - v2/c2) 7 = p /yjl-p2 = tgq>