К столетнему юбилею Специальной теории относительности (СТО)

Реферат

Ключевые слова: Теория относительности, СТО, преобразование Лоренца, форма объекта, скорость распространения взаимодействий, причинность.

Рассмотрено изменение формы движущегося объекта и другие явления в рамках преобразования Лоренца. Показано, что интерпретация этого преобразования, предложенная А.Эйнштейном, содержит гносеологические ошибки и не может рассматриваться как на

учная. Предложена альтернативная интерпретация преобразования Лоренца. Ставится проблема определения границ применимости этого преобразования.

Введение

В 2005 году произойдет замечательное событие. Исполнится сто лет со дня опубликования А.Эйнштейном его Специальной теории относительности (СТО). С момента появления этой теории и до настоящего времени не прекращается критика СТО и споры относительно ее научного статуса. С одной стороны, критики неопровержимо доказывают несостоятельность СТО. С другой, апологеты СТО с не меньшим упорством защищают эту теорию, обвиняя своих оппонентов в некомпетентности. Обе стороны приводят свои аргументы. И не только аргументы. Апологеты СТО, пользуясь властью, часто используют недозволительные в науке методы: замалчивание критики, голословные обвинения в некомпетентности и т. д. Но весьма редко они выходят на "открытый бой" со своими оппонентами.

Нам хотелось бы к этому Юбилею рассмотреть явления, которым уделяется недостаточно много внимания, и ответить на следующие вопросы.

1. Имеет ли СТО внутренние противоречия, т.е. является ли она научной в правильном значении этого термина?

2. Согласуется ли СТО с результатами всех экспериментов?

3. Какова роль СТО в развитии физики?

Последнему вопросу следовало бы посвятить специальное исследование.

1. Закон "преломления" светового луча

Критики СТО ограничиваются, как правило, анализом эффектов "сокращения" масштабов движущихся тел и "замедлением" времени. К сожалению, они не принимают во внимание, что движущийся объект пролетает мимо них со скоростью v, и наблюдатель вынужден будет рассматривать этот объект под различными углами наблюдения qкак показано на рис.1

Рис 1 Рис 2

Угол qобразован двумя векторами: вектором скорости движущегося тела и вектором, направленным вдоль светового луча от движущегося источника к наблюдателю. Теоретически он может меняться от 0 до 180 градусов в системе отсчета K, связанной с наблюдателем. В системе отсчета, связанной с движущимся объектом, этот луч будет иметь другое направление, т.е. идти под другим углом. Обозначим этот угол как q'.

Причина отличия qотq' видна из рис 2. В системе K' наблюдатель и световой луч будут двигаться к общей точке встречи А. Только в этой точке наблюдатель увидит этот световой луч.

Из преобразования Лоренца известны следующие соотношения:

где: f и f' частоты принимаемого и излучаемого сигналов соответственно.

Запишем теперь угол расхождения между лучами (угол аберрации), который нам понадобится в дальнейшем:

Допустим, что движущийся объект это линейка длиной Dx', ориентированная вдоль вектора скорости v. Нетрудно видеть, что наблюдаемая длина линейки будет зависеть от v и q. Кажущаяся длина линейки:

Из этого выражения следует, что известное "сокращение" масштаба

мы получаем, когда qo. При всех других углах мы будем измерять другие значения "длин" линейки, лежащие в пределах

.

Другими словами, в общем случае измеряемая длина может быть как больше, так и меньше истинной длины линейки.

Формула, связывающая Dx и Dx', позволяет получить очень важное соотношение, которое можно назвать законом "преломления" в СТО. Для этой цели, следуя работе [1], умножим Dx на sinq и преобразуем это произведение.

Физический смысл полученного выражения можно проиллюстрировать рисунком 3.

Рис 3.

Величина d это толщина светового луча. Она сохраняется постоянной в любой инерциальной системе отсчета. Если учесть, что ширина этого луча не зависит от выбора инерциальной системы отсчета, можно сформулировать закон "преломления" света при переходе наблюдателя из одной инерциальной системы отсчета в другую. Световой луч "поворачивается" на угол d = q - q' и меняет частоту колебаний.

2. Наблюдаемая форма движущегося объекта

Полученное соотношение можно с успехом использовать для описания видимой формы движущегося объекта. Пусть мимо нас со скоростью v, параллельной оси x, пролетает куб, ориентированный по осям x,y,z или x',y',z'.

Рис 4.

Конечно, если куб находится очень далеко от нас, то человеческий глаз увидит плоское изображение. Однако если человек знает, что форма предмета куб, его мозг быстро восстановит "изображение". Наблюдателю будет казаться, что летящий куб "развернут" на угол d по отношению к своей истинной ориентации.

Для полноты картины на рис 5 приведена серия изображений движущегося объекта (куба зеленого цвета), воспринимаемых наблюдателем для нескольких углов наблюдения q.

Рис 5.

Отметим следующее:

а) Наблюдаемая форма куба сохраняется, но изображение оказывается повернутым на угол d. Ориентация куба в движении напоминает фигуру высшего пилотажа под названием "кобра".

б) Цвет куба меняется от ультрафиолетового до инфракрасного. Изменение цвета - явление, известное под названием эффект Допплера.

Описанная выше визуальная форма движущегося куба есть сугубо субъективное явление, полученное при участии головного мозга, т.е. иллюзия. Это субъективная кажимость (как говорят: "обман зрения"). Теперь необходимо рассмотреть объективную кажимость (объективное явление), т.е. то, что мы будем измерять на самом деле.

3. Измеряемая форма движущегося объекта

Оставим в стороне иллюзии, связанные с субъективным человеческим восприятием (оптической иллюзией). Реальная форма объекта может быть получена методами

Рис 6.

Рис 7.

радиолокации или иными объективными методами измерений расстояния с помощью световых лучей (лазер, например) или электромагнитных волн. Однако нам нет необходимости использовать столь сложные средства, поскольку мы знаем следующие результаты, вытекающие из преобразования Лоренца:

 Скачать реферат