Постулаты специальной теории относительности

1
Соколов Г., Соколов В
Постулаты специальной теории относительности
Создавая специальную теорию относительности, Эйнштейн распространил
принцип относительности Галилея на электромагнитные явления, в том числе и на
процессы распространения света. Постулат относительности Эйнштейна
утверждает, что не только механическими, но и оптическими наблюдениями и
опытами наблюдатель не может определить, в каком направлении и с какой
скоростью движется его инерциальная система. Для того чтобы согласовать этот
свой постулат относительности с известными в то время экспериментами,
Эйнштейн принял второй постулат - постулат инвариантности скорости света.
Постулат относительности и постулат инвариантности скорости света являются
основой специальной теории относительности.
Постулат относительности Эйнштейна.
Принцип относительности Галилея утверждает, что законы механики
одинаковы во всех инерциальных системах, то есть во всех движущихся без
ускорения системах отсчета все механические явления протекают одинаково и
поэтому никакие наблюдения и механические эксперименты, проводимые в данной
инерциальной системе, не позволяют обнаружить движение этой системы. В своем
известном примере с кораблем, равномерно движущемся в спокойной воде озера,
Галилей показывает, что наблюдатель никакими экспериментами, проводимыми
внутри корабля, не может определить, в каком направлении и с какой скоростью
движется корабль.
Постулат относительности Эйнштейна утверждает, что не только
механические, но и оптические эксперименты и наблюдения не позволяют
отличить движение собственной инерциальной системы от движения другой
инерциальной системы. На основании этого постулата Эйнштейн сделал
ошибочный вывод о том, что движение наблюдателя эквивалентно движению
источника света. Ошибка заключается в том, что он не увидел различий между
наблюдениями, проводимыми внутри данной инерциальной системы, и
наблюдениями внешних сигналов, приходящих из других систем. Основные
выводы в специальной теории относительности делаются на основе анализа
ситуаций с движением источника света или наблюдателя. Но в любых ситуациях с
движением наблюдателя или источника света наблюдатель принимает световые
сигналы, приходящие в его инерциальную систему из другой системы, связанной с
источником света, то есть принимает сигналы, внешние по отношению к его
собственой системе. Но, как предупреждал еще Галилей, принцип относительности
означает, что только наблюдения и эксперименты, проводимые внутри данной
системы, не позволяют обнаружить движение этой системы. Если вы выйдете на
палубу корабля, говорил Галилей, вы увидите, что ваш корабль движется
относительно берега, относительно воздуха, относительно воды и т.д. Наблюдение
за внешними сигналами, приходящими из других систем отсчета, позволяет
обнаружить движение собственной системы относительно этих систем.
2
Таким образом, ни о какой эквивалентности движений источника света и
наблюдателя не может быть речи. Получая световые сигналы из других систем
отсчета, наблюдатель может обнаружить собственное движение относительно этих
систем, и это уже подтверждается наблюдениями. Так, наблюдение света,
приходящего к Земле от звезд, позволяет по величине аберрации определить
направление и скорость орбитального движения Земли, что явно противоречит
постулату относительности Эйнштейна. Наблюдение так называемого реликтового
излучения позволяет определить скорость движения Земли относительно звезд.
Звездная аберрация имеет место при движении наблюдателя (это известно уже
около 300 лет), но отсутствует при движении источника света (это подтверждается
наблюдениями за двойными звездными системами и известно уже около 70 лет).
Этот факт убедительно доказывает, что движение наблюдателя не эквивалентно
движению источника света.
Все оптические и электромагнитные эксперименты, проводимые на Земле,
подтверждают справедливость принципа относительности. Лучшим примером
является интерферометрический эксперимент Майкельсона, который в
соответствии с принципом относительности Галилея не позволяет обнаружить
движение Земли. Этот эксперимент с огромной точностью подтверждает только то,
что свет относительно атмосферы Земли во всех направлениях распространяется с
одинаковой скоростью и что эта скорость не зависит ни от скорости, ни от
направления движения Земли.
Постулат инвариантности скорости света.
Эквивалентность движений источника света и наблюдателя означает, что
наблюдатель, измеряя скорость света, получит одинаковый результат как в том
случае, когда он неподвижен, а источник света движется со скоростью V, так и в
том случае, когда неподвижен источник света, а с такой же скоростью V в
обратном направлении движется сам наблюдатель.
Чтобы согласовать свой постулат относительности и вывод об
эквивалентности движений источника света и наблюдателя с результатами
известных в то время экспериментов, Эйнштейн принял свой второй постулат –
постулат постоянства или инвариантности скорости света, в соответствии с
которым скорость света не зависит ни от движения источника света, ни от
движения наблюдателя, измеряющего эту скорость, и в пустоте всегда равна С=299
792 458 м/c.
Единственный эксперимент по проверке влияния движения наблюдателя на
скорость света провел в 1810-1813 г.г. Д.Араго. Наблюдая в телескоп свет звезды,
в сторону которой в данный момент по орбите вокруг Солнца движется Земля,
Д.Араго надеялся увидеть изменение фокусного расстояния в телескопе или
изменение угла преломления в призме. Эксперимент показал, что скорость, с
которой свет встречается с объективом телескопа или с призмой, не зависит от
скорости движения Земли. Эксперимент Араго в настоящее время имеет простое
объяснение и не может рассматриваться как подтверждение независимости
скорости света от движения наблюдателя. Уже после создания теории
относительности Де Ситтер на примере двойных звезд убедительно доказал, что
3
скорость, с которой свет идет от звезд, не зависит скоростей от движения звезд.
Независимость скорости света от движения источника подтверждают
многочисленные
лабораторные
эксперименты.
Поскольку
в
теории
относительности движение наблюдателя эквивалентно движению источника света,
принято считать, что скорость света не зависит, как это утверждает постулат
инвариантности, и от движения наблюдателя. После эксперимента Д.Араго ни
одного эксперимента по проверке независимости скорости света от движения
наблюдателя проведено не было.
Независимость скорости света от движения наблюдателя, например,
означает, что наблюдатель, движущийся на космическом корабле со скоростью
8000 км/с в направлении к звезде, при измереннии скорости света, идущего от
звезды, получит значение 299 792 458 м/c, а не 299 800 458 м/c.
Постулат инвариантности и, прежде всего, независимость скорости света от
движения наблюдателя привели к изменению представлений о времени и
пространстве.
В книгах по специальной теории относительности на очень
простых примерах с движением источника света и двух наблюдателей
доказывается, что события, одновременные в одной инерциальной системе
являются неодновременными в другой системе, что время в движущихся системах
замедляется, длины сокращаются и т.д. Доказывается просто и логически
безупречно. Если постулат инвариантности справедлив. Если скорость света не
зависит от движения наблюдателя.
Для того, чтобы доказать ошибочность специальной теории относительности,
нужно провести эксперименты, доказывающие, что скорость света зависит от
движения наблюдателя и что в случае, когда наблюдатель движется навстречу лучу
света, он встречается с фотонами с большей скоростью, чем в случае, когда он
удаляется от источника света. Для этого сначала достаточно провести несложный
орбитальный эксперимент, в котором наблюдатель измерит скорость света,
идущего от яркой звезды или от лазера, размещенного на другом космическом
корабле. Этот эксперимент окажет значительно большее влияние на современную
физику, чем то, которое в свое время оказал на физику эксперимент Майкельсона.