www.ASTROLAB.ru

ASTROLAB.ruСтатьиСкорость света (Часть 3)
ГлоссарийФото космосаИнтернет магазинКосмос видео



Скорость света (Часть 3)
Версия для печати

Решая задачу для приближающегося корабля, мы получим обратные результаты: часы на корабле тикают в 2 раза быстрее земных. При встрече отсчитанное обеими часами время с момента старта совпадет.

Решим формулу (3) релятивистского времени с теми же исходными параметрами: скорость V=0,5C ; время на подвижных часах t=1 час. В результате получим показание неподвижных часов - to=1.15 (час и девять минут).

Обратить внимание следует на то, что разница в показаниях часов не половина или час, как получалось в решении задач с другом-космонавтом, а всего девять минут! Мне не довелось читать объяснение, куда эти девять минут следует засунуть. Но встретилась статья, в которой главный конструктор (к сожалению, не помню фамилию) одной из причин того, что наши первые марсианские спутники, летевшие в паре, разбились о грунт, считал вину программистов. Они проявили эрудицию и ввели в расчеты поправки, следующие из ОТО.

До сих пор совпадение вращения перигелия Меркурия с расчетом Эйнштейна называют триумфом теории. Практического интереса в расчете нет. О нем говорят только потому, что Ньютон не смог попасть в яблочко. Триста лет назад люди не знали об электромагнитном взаимодействии и не представляли солнечный ветер. Если не учитывать влияние на вращение планеты такой "мелочи", как плотность среды, забыть о том, что в движущихся проводниках (планета сделана не из изоляционных материалов) внешние поля наводят токи, направление магнитных полей которых противодействует движению, то только тогда появляется основание утверждать, что механика Ньютона не способна вычислять её орбиту.

В действительности исследователи не только не забыли формулы, а наоборот - если поведение тела отличается от предписанного ему законами Ньютона, то появляется основание искать неизвестные до опыта, воздействующие на тело силы.

Сегодня часто можно встретить информацию, в целях значительности начинающуюся или заканчивающуюся словами: подтверждена правота Эйнштейна. Войти в «триумфальные» доказательства она не успевает, потому что явление можно трактовать по-разному, и в интернете, например, обычно на другой день появляются версии, превращающие чудо в рядовое событие.

Свет распространяется в материальном мире и проявляет себя через него. Движение материи сказывается на скорости света так же, как воздействие на звук ветра. Эйнштейн, говоря об опыте Физо, установившего данный факт, привел расчет, согласно которому (и согласно его теории) зависимость между скоростью среды и скоростью света существует. А константность скорости, на его взгляд, проявляется в том, что «движение» вакуума не отражается на скорости, поскольку между ними нет взаимодействия. На мой взгляд, минимум пять частиц на кубический сантиметр видимого пространства не позволяют называть среду вакуумом, а могут играть без обузы роль переносчиков света.

Что именно, какой ген, если можно так выразиться, у атома отвечает за передачу световых волн, я не знаю. Этим не обязательно должна быть частица, входящая в состав атома. Распространение света может заключаться в стремлении атома не выделятся над остальными, делать то, что делают соседи. Можно представить, например следующую модель:

Все частицы являются магнитами, поэтому их полюса (оси) ориентированы так, чтобы нейтрализовать воздействие соседей. Если один из соседей по каким-либо причинам изменит положение, то на это придется отреагировать, повернуться так, чтобы компенсировать возникшую неоднородность.

Данная модель грубая, но лучше, чем ни что. Можно обсуждать вопрос о скорости передачи возмущения. Например, отказаться от скорости чего-то в каком-то поле, а связать ее с инерцией реакции частиц на действие соседей.

Если считать переносчиком света не мифические поля, а саму среду, то результат, полученный Майкельсоном в его опыте, легко находит объяснение. Тогда свет, освещающий кабину самолета и не успевший еще ее покинуть, летит вместе с самолетом. Для земного наблюдателя скорость может быть сколь угодно большой, но боятся не надо - покинув кабину свет начнет жить по Вашим законам. Внутри звездолета, летящего со световой скоростью, будут как ни в чем не бывало пользоваться радиоустройствами. Передать сигнал тем, от кого улетают, не смогут.

Черная дыра не выпускает свет не потому что фотоны имеют массу и притягиваются, а потому что его носители проваливаются в нечто со скоростью света. О притяжение света звездами, о гравитационных линзах можно говорить после того, когда будет из искривления луча убрана составляющая, вызванная короной или изменением плотности газа.

Если отказаться от полей, то можно допустить, что световые волны, как возмущения среды, подобны возмущениям в газах и зависят от многих факторов. Например, скорость звука увеличивается с увеличением амплитуды и частоты сигнала. Читать о том, что взрыв сверхновой сначала обнаружили в рентгеновском диапазоне, потом он проявился в видимом, наконец - в радио, не довелось. Что достоверно - это многие мощные источники радиоизлучения, не видимые в других диапазонах, располагаются на месте давнишних сверхновых. Объяснений активности объекта только в радиодиапазоне нет. С другой стороны, в рентгеновском диапазоне есть масса объектов не отождествляемая с видимыми звездами. Может быть, через несколько лет они проявятся?

Аргументом в пользу разности скоростей световых и радиоволн может быть факт того, что при радиолокации планет солнечной системы их орбиты пришлось увеличить. Для Земли поправка составила 70 тысяч километров (среднее расстояние до Солнца 150 миллионов километров). Это разница между данными радиолокатора и оптическим параллаксом солнечного пятна - когда на него смотрят из двух телескопов, а затем по углам и расстоянию между телескопами находят остальные стороны треугольника. Прежние орбиты, удовлетворяющие законам Кеплера, сочли менее точным. Размеры "радиолокационной" солнечной системы выросли и она перестала подчиняться законам Кеплера и Ньютона. "Выручила" ОТО, замедляющая время в гравитационном поле Солнца.

Примечание: До введения указанной поправки я считал, что скорость радиоволн в космосе определили путем сравнения показаний локаторов и вычисленных расстояний через построение геометрических фигур на базе оптических наблюдений. Теперь вызывает интерес, как вообще определяли скорость эл. маг. волн в металлах и других средах? Почему она в инженерных расчетах, в отличии от световой, всегда принимается одинаково предельно высокой?

Заявлять о непризнании корпускулярной природы света легко. Но обойтись в объяснениях световых эффектов без лучей - тяжело. Возникает сомнение, можно ли вообще оперирую сферами показать, что приближение к объекту приводит к его визуальному увеличению?

Профессор Селезнев (Мироздание постигая..., Мол. гвардия, 1989) с помощью лучей, в рамках классической физики легко объясняет эффект релятивистского сжатия предметов, если к ним приближаться с околосветовой скоростью. На рис.6а покоящийся наблюдатель видит башню под углом а. Если он катится к ней как показано на рис.6б, то, находясь в той же позиции, видит башню под углом а1. Башня окажется меньше ростом. Селезнев допускает небрежность, рисуя лучи из глаз экспериментатора, лучи должна испускать башня, но суть понятна. Для корпускулярной модели света я этому эффекту вижу следующую аналогию:



Если Вы стоите, то в безветренную погоду замечаете произвольно порхающие вокруг снежинки. Мир снежинок однороден во всех направлениях.

Другую картину видит водитель автомобиля. Ему кажется, что все снежинки стремятся к нему. Какие-то бьются о лобовое стекло, другие - летят наперерез. В боковые стекла снежинок не видно, так как на близкие глаз не успевает реагировать, а дальние снежинки неразличимы из-за малости. Таким образом, для водителя весь снег сосредоточен в коническом пространстве.

Теперь почти тот же пример, но с волновой моделью. Свеча создает сферические возмущения эфира. На рис.7а показан приход волн к линзе объектива. Время между касанием волной линзы и полным прохождением равно dt. Такое время соответствует смещению свечи от оси линзы на угол а.



Если перемещать линзу вдоль её оси в направлении свечи со скоростью V, соизмеримой со скоростью распространения волн, то время прохождения волной линзы сократится - dt1 < dt. Это будет эквивалентно уменьшению угла несоосности - а1 < a (рис.7б). Свеча сместится к центру кадра и изменит цвет на более энергичный, ведь уменьшится не только время прохождения единичной волной линзы, но и период прихода волн.

Если Вам довелось плавать на моторной лодке или находится на носу судна во время его плавания, то вы могли обратить внимание на то, что видимое направление перемещения волн зависит от скорости движения. Когда стоите, то направление движения волн задает ветер, а стоит тронуться - они устремляются к вам.

Примечание: Объяснить ситуацию, рисуя одни волны, у меня не получилось. Пришлось рисовать и прямые линии, которые можно назвать лучами. Лучевая модель света очень удобна в общении и практических расчетах, так что ей жить и жить! Только следует помнить - лучи показывают лишь направления. Их нельзя отождествлять со светом, как дорожные указатели - с городами.

Напомню, что причиной, заставляющей ограничивать скорость материального тела скоростью света, является формула, связывающая расстояние между точками и их координатами в четырехмерном пространстве

dL2 = dx2 + dy2 + dz2 - (C•dt)2 (4),

называемая в математике метрикой. В противном случае появляются мнимые величины. Многие популяризаторы физики пытаются убедить читателей, что формула (4), как ни какая другая, отвечает реалии нашего мира, даже учитывает кривизну пространства, создаваемую гравитационными полями. В доказательство ссылаются на работы Эйнштейна. Но в физике делать выбор из «веришь или не веришь» нужды нет.

Забудем о том, как строится изображение в оптических системах, и представим, что положение излучателя определяется по одному фотону. Наблюдатель не может судить о прямолинейности его пути, так как никакого следа не остается. Но может указать углы, с которыми фотон вошел в окуляр. Под этими углами - склонением и восхождением, источник, пусть им будет звезда, занесут в звездный атлас. Если на пути фотон встретил огромную массу, и она изогнула его траекторию, то положение звезды на карте будет указано неверно.


Рис. 7

Для разминки воображения немного геометрии.

На конусе (рис.7а) имеются две точки - А и Б.

Правильно ли считать, что, например, для мухи прямая АБ есть кратчайший путь?

Развернем конус, как изображено на рис.7б и соединим точки прямой, которая и будет для мухи кратчайшим расстоянием между ними. Вернем поверхности коническую форму и увидим, что короткий путь не совпадает с ранее нарисованной прямой - см.рис.7в.

Вывод: в кривом пространстве не верь глазам своим - хождение по прямой может оказаться хождением по кругу.

Представим себе жителей Тау-Киты, настолько огромной планеты, что световые лучи из-за гравитации не отрываются от нее, а летают вокруг. Теоретически они могут вдали видеть себя сзади.

Вопрос: геометрия, которую они изучают и пользуются, Евклидова (наша) или Лобачевского? Ответ - Лобачевского, так как только у него, например, каждый из углов треугольника (закрашен на рис.6) зависит не только от соотношения сторон, но так же их размера; все углы могут быть равны девяносто градусам. Длину окружности на этой планете определяют не умножением диаметра на число π.


Рис. 8

Землемерам Тау-Киты еще повезло: имеют дело со сферическими формами, у других инопланетян-невезунчиков лучи не круговые.

Если в декартовых координатах евклидова пространства квадрат расстояние между точками, например, А и Б рис.7б имеет вид:

L2 = (Xa-Хб)2 + (Ya-Yб)2,

в дифференциальной форме

dL2 = dX2 + dY2 (5),

то инопланетяне должны пользоваться формулой более сложной, чем теорема Пифагора:

dL2 = g1 dX2 + g2 dXdY + g3 dY2  (6).

Геометрию, описываемую формулами аналогичными ормуле 6, называют римановой. В чем отличие ф. (6) от ф. (5)? Это отличие двоякое: во-первых, в ф. (6) входит произведение дифференциалов координат dXdY, а во-вторых, коэффициенты g1, g2 и g3 меняются от точки к точке и таковы, что в пространстве, которое характеризуется элементом длины (метрикой) типа (6), не существует таких декартовых координат, перейдя к которым мы смогли бы преобразовать метрику (6) в (5). Коэффициенты gi (i=1, 2,...) называются компонентами метрического тензора. В римановой геометрии, в отличии от евклидовой, их нельзя сделать всюду постоянными, это означает, что в пространстве всегда присутствует кривизна.

Допустим, мы живем в мире немножко похожем на таукитянский. Какова его кривизна? Если на луч в течении секунды будет действовать земное притяжение, то получится дуга с прогибом в 1,2 метра на длине в триста тысяч километров. Практически, гравитационное ускорение в 9,8 м/с2 пролетающий мимо земли луч испытает мгновение, через ±0,1 секунды оно в сто раз меньше. Реальный прогиб луча заметить невозможно. Теоретически для Солнца классическая механика дает значение около 0,2 угловых секунды, релятивистская вдвое больше. Для оптических приборов эти величины регистрируемые. Проблема в том, что Солнце имеет корону, состоящую из газов и плазмы, в которой так же, как в атмосфере Земли, лучи преломляются. Для света, форма шара, которую имеет корона, принципиально не отличается от формы увеличительного стекла (первые микроскопы Левенгука имели сферические линзы). Доказать, что луч от далекой звезды, пролетая мимо Солнца, преломляется именно из-за ее гравитации, практически невозможно.

Если термин луч, одинаково всеми воспринимаемый и отождествляемый с фотоном, применить вместо нормали к фронту возмущения, то геометрия расчета гравитационного воздействия на волну сильно усложнится. Движение материи в гравитационном поле окажет на луч более сильное воздействие, чем могла бы сама гравитация. К волне лучше относиться как щекотке. не воспринимать материальным объектом и исключить возможность ее взаимодействия с гравитацией.

Принципиально важно то, что метрика (4) не имеет параметра, учитывающего кривизну пространства в том понимании, как изложено выше. Все ее тензора являются величинами постоянными. Искажения появляются только у движущихся относительно Вас предметов, и только в связи с ограниченностью световой скорости. Метрика зиждется на неопределенном понятии средней скорости света, и не может уже по этой причине требовать к себе уважения.

Бездоказательно утверждение, что быстрее света ни что летать не может. Вспомним историю авиации, братьев Райт. Не думаю, что кто-то из тамошних физиков мог поверить сам и найти доступные для понимания авиастроителей доводы приступить к сооружению сверхзвукового самолета. Не верю, что тогда кого-то можно было убедить, что полет быстрее звука принципиально не отличается от дозвукового, надо только вместо пропеллера поставить реактивное сопло, позволяющее использовать сжатие воздуха перед двигателем в качестве элемента, повышающего кпд. Принцип относительности, положенный в основу ОТО, в отличие от самой ОТО, не запрещает разгоняться даже химической ракете быстрее света. Другое дело, что наблюдать улетающую ракету мы не сможем. Как воспринимается объект, пролетающий на сверхсветовой скорости на приличном расстоянии? Вспышка светового пятна, контур которого слегка похож на контур объекта, его моментальное удаление с покраснением и переходом в инфракрасный диапазон. Это описание подойдет и к "падающим звездам" - метеоритам. Может не все они чиркают об атмосферу и сгорают?






??????.???????