Относительная скорость инерциальных систем

В естественных науках явления исследуются с помощью экспериментов (реальных или идеальных = мысленных). Экспериментатор всегда имеет возможность менять условия эксперимента. В результате он имеет набор явлений, опираясь на который он пытается осмыслить сущность исследуемых явлений.

Каждому фиксированному условию эксперимента отвечает свое явление. Оно в чем- то (количественно и качественно)

отличается от явлений с другими условиями. Варьируя, например, одно из условий, исследователь получает количественную (или качественную) зависимость некоторых характеристик явления от условия. Такая зависимость параметров явления от характеристики условия называется закономерностью. Закономерность отражает причинно следственные отношения между условиями наблюдения явлений и характеристиками этих явлений.

Пример. Закон Бойля-Мариотта имеет следующую формулировку: «при неизменной температуре произведение давления на объем газа в замкнутом объеме постоянно, т.е. произведение PV есть величина постоянная». Если в качестве характеристики условия мы выберем величину объема V (причина), то характеристикой явления (следствие) будет служить давление P (следствие). Зависимость давления от объема определяет физическую закономерность поведения идеального газа. Но закономерность еще не является сущностью совокупности явлений.

Как мы уже говорили, наблюдатель является обязательным атрибутом регистрации явлений. Сами явления можно разделить на два разных вида описания по их причинной обусловленности:

наблюдения, связанные с исследованием и регистрацией характеристик взаимодействия материальных объектов (динамический вид описания), и

наблюдения, связанные с переходом наблюдателя из одной системы отсчета в другую (например, в новую инерциальную систему отсчета, в линейно ускоренную, во вращающуюся и т.д.). Последний вид наблюдений определяет кинематический вид регистрации и описания явлений.

Причина подобного разделения следующая. Взаимодействие есть процесс (но не явление!), протекающий в данной точке пространства в фиксированный интервал времени. Взаимодействие объективно. Оно не зависит от того, сколько наблюдателей исследуют процесс взаимодействия, и какие системы отсчета они себе выбрали.

Например, в Праздничный вечер множество горожан могут наблюдать салют. Они могут располагаться на разных расстояниях от места проведения салюта и рассматривать это явление с разных точек (например, из окон зданий). Но сам процесс горения ракет никак не зависит от того, где они находятся в данный момент и какое место для наблюдения они выбрали. Именно по этой причине описание взаимодействия должно носить инвариантный характер, независимый от числа и положения наблюдателей. Такое описание взаимодействия (динамический подход к описанию) имеет сущностный характер и описывает одну из сторон сущности.

Вновь вернемся к рассмотренному примеру. Хотя процесс взаимодействия (полет и горение ракет) носит объективный характер, каждый наблюдатель будет видеть свое объективное явление. Его восприятие будет зависеть от того, наблюдает ли он этот процесс вблизи или в отдалении, наблюдает ли он процесс с самолета, поезда или движущегося автомобиля. Переход наблюдателя из одной точки наблюдения в другую не влияет на сам процесс, но при переходе для него наблюдаемое явление изменится и станет уже несколько иным (кинематический подход). Здесь наблюдатель (или наблюдатели) может сделать шаг от совокупности результатов наблюдений явления к сущности, т.е. от совокупности наблюдаемых характеристик явлений к описанию взаимодействия, как одной из характеристик сущности.

В любом случае мы хотим обратить внимание на важный факт:

При наблюдении материального объекта или процесса взаимодействия положение наблюдателя и выбор им системы отсчета не влияет ни на исследуемый материальный объект, ни на процесс взаимодействия.

Само собой разумеется, что наблюдатель сам не воздействует на материальный объект и не влияет на процесс взаимодействия.

Обратимся к специальной теории относительности. В рамках этой теории существует явление именуемое «замедлением времени». Неподвижному наблюдателю будет казаться, что часы движущегося наблюдателя отстают от его часов. Это объективное явление. Зависимость замедления наблюдаемого хода часов движущегося наблюдателя от относительной скорости инерциальных систем отсчета есть физическая закономерность. Вербально эту закономерность можно описать следующим образом:

«Наблюдаемое изменение темпа времени в движущейся системе отсчета есть объективное явление, которое проявляется тем сильнее, чем ближе относительная скорость движения инерциальных систем к скорости света в вакууме».

Явление «замедления времени» имеет кинематический характер. Часы движущегося наблюдателя не претерпевают никаких изменений, поскольку неподвижный наблюдатель не имеет возможности воздействовать на них, переходя из одной инерциальной системы отсчета в другую для фиксации величины замедления. Интервал времени претерпевает изменения кинематического характера из-за относительного движения (эффект Доплера). Само время во всех инерциальных системах отсчета сохраняется единым [3]. Многие физики осознают этот факт (хотя и не до конца), квалифицируя «замедление времени», как квадратичный (или «поперечный») эффект Доплера.

Но широко распространены другие суждения: «пространство и время не существуют независимо; они связаны в единый 4-мерный мир»; «сущность времени в теории относительности заключена в его зависимости от скорости относительного движения инерциальных систем отсчета» и т.п. высказывания.

В данном случае закономерность (зависимость наблюдаемого темпа времени от относительной скорости) истолковывается как «сущность» («как слышым, так и пишим!»). Карл Маркс писал: «… если бы форма проявления и сущность вещей непосредственно совпадали, то всякая наука была бы излишняя …» [4].

Заметим, что люди интуитивно понимают это. Например, находясь перед кривым зеркалом, человек никогда не принимает свое отражение (явление) за действительное, неискаженное (сущность). В теории относительности все иначе вопреки здравому смыслу.

Ошибка в интерпретации сущности времени имеет гносеологический характер. Суть ее в том, что явление (или закономерность) интерпретируется как сущность. Иными словами, сущность в данном случае подменяется явлением. Подобная гносеологическая ошибка порождает негативные следствия при объяснении физических явлений и приводит к, так называемым, «парадоксам», т.е. логическим противоречиям. Если эту ошибку исключить, то можно утверждать следующее: «время во всех инерциальных системах отсчета едино и не зависит от выбора наблюдателем системы отсчета». Тем самым отпадает проблема «синхронизации часов» и проблема «одновременности событий». Эти проблемы являются результатом некорректности интерпретации преобразования Лоренца, т.е. теории относительности.

То же самое можно сказать и о «сжатии пространства» в рамках специальной теории относительности. Никакого реального «сжатия» не существует. Пространство является евклидовым и общим для всех инерциальных систем отсчета [3].

 Скачать реферат