Полевая физика: Полевая физика, эфир и специальная теория относительности

4.18. Полевая физика, эфир и специальная теория относительности

Пожалуй, ни одна другая теория не подвергалась такому количеству критики и нападок, как теория относительности. Даже квантовая теория и современные формальные математические концепции заметно отстают от лидера. И причин тому предостаточно.

Во-первых, специальная теория относительности была первым заметным шагом в сторону от классической физики. И во многом она собрала все «шишки» со стороны приверженцев классического подхода. Во-вторых, она осуществила явную подмену проблем реальной физической природы формальным математическим решением. Это многие понимали и не спешили принимать как окончательное решение. Более того, явное смущение вызывали следствия математического формализма, такие как сокращение длин, замедление времени и дальнейший переход к неевклидовой геометрии. В третьих, логика специальной теории относительности обнаруживает внутренние противоречия, а также очевидную ограниченность классом равномерного прямолинейного движения, и другие принципиальные сложности. И если классической физике подобные вещи были готовы прощать в силу ее простоты и наглядности, то теории относительности – нет. Уж слишком велики были жертвы, на которые пришлось пойти, чтобы вместо одних проблем обрести другие.

И тем не менее ничего лучшего на тот момент времени все равно не было. И не появилось позже. Наверное, это основная причина, по которой теория относительности просуществовала целое столетие. Несмотря на всю критику и проблемы. И это само по себе является интересным и важным историческим явлением, неотъемлемой частью развития нашей науки и общества в целом. И не исключено, что она просуществует еще столько же. Потому что инертность человеческой сущности велика.

Что меняет полевая физика в специальной теории относительности? Все и ничего. Если мы будем говорить о логической стороне вопроса, то здесь складывается такая картина. Прежде всего, у нас на глазах развалился принцип относительности в его современном понимании, который является краеугольным камнем релятивистской теории. Инерциальные системы отсчета и требование сохранения в них одинакового вида уравнения движения оказались всего лишь искусственным частным случаем, на который более не имеет смысла ориентироваться. Электродинамика оказалась полностью согласованной с механикой благодаря пониманию динамической природы массы, а сила Лоренца потребовала внесения корректировок. Все это сделало неактуальными преобразования Лоренца и все их следствия, в результате чего для описания природы явлений снова стало хватать обычной евклидовой геометрии. Попросту говоря, мы нашли способ заметно «срезать» путь по неизвестной ранее дороге, и необходимость делать «крюк» по старому релятивистскому «шоссе» просто отпала!

Но с другой стороны, все это представляет интерес в основном для истинных ценителей понимания устройства Мира. Но таковых, увы, не так уж и много. Остальным оказывается гораздо важнее математический аппарат, который позволяет производить расчеты, решать прикладные задачи и не более того. А как мы убедились в самом начале этой главы, релятивистская динамика полностью эквивалентна полевой механике. Это означает, что какие формулы ни используй, практический результат будет один. Он вполне подтверждается экспериментально и всех устраивает. Если добавить сюда силу привычки и инертность мышления, то наше предположение о долгой жизни теории относительности оказывается вполне прагматичным.

Так правильна ли теория относительности или нет? К сожалению, на этот вопрос нельзя дать однозначный ответ. Потому что теория относительности – это определенная система взглядов со своими достоинствами и недостатками. И пусть даже последних оказывается гораздо больше, чем первых, эта теория представляет собой один из способов описания природы вещей. Как полевая физика является другим альтернативным способом.

Можем ли мы сказать, что система Мира Коперника является правильной, а система Мира Птолемея – нет? Вообще говоря, не можем. Потому что это два альтернативных способа описания движения небесных тел. И с логической точки зрения мы можем связать центр системы отсчета с Солнцем и считать, что все планеты движутся вокруг него. А можем считать центром Землю, и рассматривать движение всех небесных тел вокруг нее. Такой подход не является неверным, ибо в мире все относительно. Он просто другой.

Причем система Птолемея имеет свои очевидные преимущества. Ведь наблюдатели движения небесных тел находятся все-таки на Земле, а не на Солнце! И изучать картину звездного неба мы может только так, как она выглядит с Земли. Этот подход развивался веками, был привычным и позволял получать конкретные практические результаты, например, рассчитывать солнечные затмения или составлять гороскопы. С формальной точки зрения мы не можем сказать, что система Птолемея является неверной.

Но почему же мы считаем правильной именно систему Коперника и предпочитаем ее системе Птолемея? А также называем взгляды Коперника революционными? Поразмыслив над этим вопросом, мы начинаем понимать, что помимо формальной правильности, математических расчетов и экспериментальной достоверности в нашем Мире есть что-то еще. Нечто большее, позволяющее нам отбросить одни представления и принять другие. Мы уже говорили о подобных вещах, связывая их с неким внутренним интуитивным ощущением гармонии одних представлений и неестественности других. И основной причиной, по которой мы выбираем именно систему Коперника, является ее простота, наглядность, своеобразная красота и гармоничность, ее естественность. В отличие от системы Птолемея, запутанной, громоздкой и ненаглядной. Со сложными траекториями небесных тел, нудными расчетами, и главное, с отсутствием единой логической схемы движения планет. Система Птолемея не является неверной. Она является неестественной!

Похожие выводы мы вполне можем сделать и про теорию относительности. Она является неестественной. Неевклидова геометрия, сокращение длин, замедление времени, преобразования Лоренца и все подобные вещи создают очевидное ощущение, что это неверный путь, хотя так тоже можно все рассчитать. Вычисления теории относительности очень запутаны и сложны, они требуют специальных математических навыков, лишены наглядности и прозрачности в понимании природы процессов. И следствия всех этих негативных моментов не заставили себя долго ждать.

Специальная теория относительности столкнулась с переменным характером масс объектов, но так и не смогла пролить свет на природу массы. В этой теории очень много внимания уделяется переходам между разными системами отсчета, но не получает разрешения старая классическая проблема выделенного положения инерциальных систем отсчета и равномерного прямолинейного движения. А также несмотря на известную декларацию «Все относительно!» вращательное движение продолжает сохранять абсолютный характер, и полное логическое равноправие всех произвольных систем отсчета остается недосягаемым. Специальная теория относительности согласовывает механику и электродинамику, но при этом не позволяет увидеть в добавках к электростатической силе четкую систему, связанную с полным набором сил инерции, которая раз и навсегда решает проблему выражения для полей движущихся зарядов. И этот список можно продолжать.

Подобные преграды мы находим и в системе Птолемея. Описывая движения небесных тел на протяжении целого тысячелетия, эта система не смогла пролить свет на механизмы этого движения. Потому что хотя Земля и может быть системой отсчета для описания такого движения, но объяснить его на основании притяжения небесных тел к Земле невозможно. Как только изменился взгляд на траектории планет как на эллипсы с Солнцем в фокусе, достаточно быстро появились законы Кеплера, стал понятен закон обратных квадратов, и движение планет получило наглядное объяснение.

Подобным образом в полевой физике становится понятна природа явлений и процессов, имеющих в теории относительности очень туманный или мистический смысл. Или же вообще необъяснимых в рамках релятивизма. Возникают естественные взаимосвязи с другими областями физики, например, с квантовым поведением. Все это важные качественные шаги к дальнейшему развитию физики.

Однако переход от старого к новому никогда не происходит быстро и гладко. Упомянув гелиоцентрическую систему Мира, мы вспоминаем инквизицию, суд над Галилеем и Джордано Бруно. Хотелось бы верить, что за прошедшие века человечество повзрослело и продвинулось вперед в своем мировоззрении. Благодаря появлению полевой физики у нас есть возможность это проверить.

Но могла ли теория относительности вообще никогда не возникнуть? Неужели развитие классической физики не могло происходить равномерно, без переходов в крайности? Могли ли представления, близкие к полевой физике, появиться уже на рубеже XIX–XX веков, в результате чего не потребовалось бы использовать в физике неевклидову геометрию, математический формализм, идти на нарушение логики и наглядности? И на этот вопрос мы тоже не можем ответить однозначно.

С одной стороны, концепция полевой среды была развита Фарадеем и Максвеллом еще в XIX веке. Тогда же появилось и понятие эфира. Среды, в которой происходят электромагнитные процессы и распространяется свет. С другой стороны, злую шутку с этим понятием сыграли эксперименты Майкельсона, которые не столько доказали отсутствие эфира как такового, сколько опровергли бытовавшие тогда представления о его неподвижности. А также показали некорректность применения к свету законов механики, справедливых только для материальных объектов.

Понятие эфира во многом созвучно нашим представлениям о полевой среде. Однако принципиальная разница состоит в том, что эфир считался единой неподвижной монолитной сущностью, задающей абсолютную систему отсчета. В то время как в полевой физике полевая среда состоит из большого количества компонент, которые связаны с теми или иными телами и находятся в относительном движении. Мы подробно обсуждали это в рамках модели полевых оболочек, а также когда комбинировали влияние разных компонент полевой среды в этой главе.

Благодаря такому подходу вместо абсолютного эфира возникает эфир относительный. Это очень созвучно идее об увлечении эфира телами, которая появилась вскоре после экспериментов Майкельсона. И объясняла их отрицательный результат. Более того, относительный эфир уже не приводит к возникновению абсолютных скоростей. А если и можно измерить скорость движения относительно него, то это будет уже скорость движения относительно того или иного источника поля. Например, относительно основных источников тяготения в нашей Галактике – системы неподвижных звезд. Фактически нечто подобное и было сделано позже, например, с помощью изучения анизотропии фонового излучения.

Мы не зря назвали эксперименты Майкельсона сыгравшими с наукой злую шутку. Свет, похоже, является не самым лучшим способом для выявления относительного движения, а даже наоборот, совершенно для этого неподходящим. И связано это с тем, что свет не является материальной сущностью подобно атомам или элементарным частицам, а представляет собой колебательный процесс в полевой среде. И для него не применимы уравнения движения и формулы сложения скоростей, справедливые для материальных объектов. Потому что свет как возмущение полевой среды всегда распространяется относительно этой среды с одной и той же постоянной скоростью. Эта скорость может меняться только при изменении свойств самой среды, например, при распространении света в веществе с разным показателем преломления. Но она никак не зависит от движения источника или приемника света, которые сказываются только на изменении его частоты.

Когда полевое возмущение возникает, то определяющим для него является полевая среда источника возмущения. И это возмущение распространяется по отношению к источнику с известной скоростью c. Независимо от того, движется источник света в данной системе отсчета или покоится. Но, по мере приближения к приемнику, определяющее влияние на полевое возмущение начинает оказывать уже компонента полевой среды приемника. И скорость распространения света становится равной c уже по отношению к этой компоненте полевой среды или по отношению к приемнику. Другими словами, переходя из области повышенной концентрации плотности среды источника в область среды приемника, световое возмущение претерпевает изменение, распространясь со скоростью c по отношению к той компоненте полевой среды, которая является доминирующей в данной точке движения. Вот почему скорость света всегда равна c. Она не зависит ни от скорости источника, ни от скорости приемника.

Механизм этого явления подобен движению плота по реке. Скорость движения плота в том или ином месте пути всегда определяется скоростью течения реки в этой точке. Плот повторяет все изменения в течении реки и следует за ними. Его скорость в процессе движения не равна скорости воды в точке отправления или в точке прибытия плота. А также она не зависит от того, как сильно мы толкнули плот вначале, потому что этот начальный импульс быстро пропадает. Скорость плота определяется только течением реки и сохраняет свое значение по отношению к ней, а не по отношению к внешним предметам.

Движение плота по реке принципиально отличается от движения тел на берегу. Потому что если мы толкнем вдоль берега тележку, то она будет катиться быстрее, если начальный импульс был больше. Или скорость движения предмета «источника», сообщившего тележке этот импульс, была выше. Суть такого различия аналогична различию между классическим и квантовым движением, о чем мы уже не раз упоминали. Когда движение материальных объектов определяет движение среды, то справедлив классический закон сложения скоростей и классическая механика. Когда же движение объектов в большей степени само определяется динамикой среды, то ни о каких законах сложения скоростей и вообще об уравнении движения в классическом смысле уже речи быть не может. В этом случае создается иллюзия, что объект приобретает волновые свойства и движется в согласии с волновым уравнением. А скорость его движения определяется исключительно динамикой полевой среды. И свет, как возмущения полевой среды в чистом виде, ведет себя именно так.

Проще говоря, необходимо провести четкую границу между поведением материальных объектов и распространением света, как между сущностями различной природы. Свет не является материей, он не обладает массой, не обладает зарядами, не обладает энергией или импульсом. Для него не применимы формулы сложения скоростей, справедливые для материальных объектов. Свет – это совершенно иная сущность. И он требует совершенно иного описания.

В частности, свет не обладает гравитационным зарядом, и не может испытывать притяжение в поле гравитирующих объектов. Зато эффект искривления лучей при прохождении вблизи Солнца получает очевидное объяснение на основании высказанных выше тезисов. Потому что вблизи Солнца плотность полевой среды выше, чем в космическом пространстве. А следовательно, в процессе прохождения вблизи Солнца колебания полевой среды, попадая в область с большей плотностью, испытывают преломление. Изменение плотности полевой среды по мере приближения к Солнцу происходит плавно, поэтому и траектория луча получается не ломанной, как при прохождении из воздуха в воду, а плавно искривленной линией.

Измерение же относительной скорости движения небесных тел на основании их сложения со скоростью света вообще оказывается некорректным в силу приведенных выше аргументов. Что и доказали опыты Майкельсона. Следует отметить, что сами представления об абсолютном движении и абсолютной системе отсчета во многом являются продуктом выделенного положения инерциальных систем в классической и современной физике. Как и сама идея проведения опытов Майкельсона и их отрицательный результат. В полевой физике абсолютного движения не существует вообще, однако можно экспериментально определить скорость движения Земли по отношению к системе неподвижных звезд, что мы видели, в частности, на примере аномального смещения перигелия Меркурия.

Казалось бы, все подобные выводы можно было бы сделать еще век назад. Более того, тогда уже существовали революционные идеи Маха об относительности всякого движения, в том числе вращательного, и о динамической природе инерции. И много других здравых идей. Однако об этом легко рассуждать нам сейчас. А сто лет назад все выглядело совсем не так просто. И сейчас для человека, воспитанного в рамках ортодоксальных физических представлений, все выглядит не легче.

Большинство рассмотренных в этой книге вопросов представляет собой «темный лес» для современной науки и людей, не знакомых с полевой физикой. Так что же было ожидать от ученых конца XIX века, которые знали гораздо меньше нас. И мы вынуждены признать, что сто лет назад лучшим вариантом решения назревших проблем оказалась специальная теория относительности, несмотря на все ее недостатки. Хотя есть ощущение, что уже тогда существовали все необходимые предпосылки для того, чтобы развитие физики пошло по совершенно иному пути.

Сейчас мы готовы сделать важный шаг вперед. Полевая физика позволяет перейти на качественно новый уровень понимания науки, осознания устройства нашего Мира и развития прикладных возможностей. И случится ли это сейчас, или только спустя лет сто, или же не случится никогда, зависит только от нас. Будем ли мы готовы сделать это важный шаг вперед? Или у нас не хватит смелости, энтузиазма или веры?

История не возникает сама собой. Она формируется нашими мыслями, взглядами и поступками. Мы можем сами творить ее или просто плыть по течению. Внести свой вклад в историю или исчезнуть без следа. Полевая физика – это новая возможность, редкий шанс, уникальная перспектива, открывающаяся перед всем научным сообществом. Это новый путь, по которому каждый из нас может пройти или отвергнуть его. Это история, которая делается сейчас. И у нас есть возможность создать науку завтрашнего дня, которая будет вызывать восхищение наших потомков.

Подобные мысли требуют серьезных размышлений. Наедине с собой. Наедине со всем Миром. Наедине с Богом. Они требуют от нас, наконец, сделать привал в нашем путешествии. Чтобы осмыслить пройденный путь. Переварить все полученные впечатления. Сохранить внутреннее равновесие. И собраться с силами для дальнейшего пути.

Познание истины никогда не было простым. И прежде чем мы закончим наше путешествие, нам предстоит пройти еще столько же, сколько уже осталось позади. И вторая половина пути не легче первой. Но она и не менее интересна! Нам предстоит узнать еще гораздо больше того, что мы уже знаем.

Но это будет чуть позже. А сейчас — привал.

Дальше