15. Относительность и скорректированная сила Лоренца

Объяснение формальной релятивистской зависимости массы от скорости является далеко не единственным результатом на пути решения проблемы относительности в полевой физике. Так, приведенное выше полевое уравнение движения:

содержит относительную скорость движения двух тел u, то есть по сути описывает движение одного тела в системе отсчета, связанной с другим телом.

Если же рассматривать совершенно произвольную систему отсчета, причем даже не обязательно инерциальную, в которой скорость движения первого тела («источника») равна v, а скорость движения второго тела (исследуемого тела) — u, то полевая физика приводит к следующему виду уравнения движения:

Получается, что для перехода между системами отсчета в полевой физике оказывается достаточно обычных преобразований Галилея и не требуются преобразования Лоренца. Более того, полевая физика даже позволяет понять, почему в современной физике преобразования Лоренца вообще возникли.

Для этого нужно рассмотреть взаимодействие двух произвольно движущихся зарядов в совершенно произвольной системе отсчета. Это легко сделать с помощью написанного выше уравнения, которое можно переписать в виде:

Оно полностью инвариантно при переходе в любую систему отсчета и содержит только относительные величины. Чтобы увидеть в нем привычное выражение для силы Лоренца — силы, действующей в поле движущегося заряда, нужно раскрыть полную производную в правой части:

Далее нужно подставить привычные обозначения: W = qφ, A = φv/с, а также формальную зависимость массы от скорости в левой части уравнения движения:

Это так называемая скорректированная сила Лоренца, которая возникает в полевой физике.

Ее принципиальное отличие от традиционного выражения силы Лоренца:

состоит в потерянном слагаемом F_c, которое корректирует электростатическую силу F₀ = –∇W = –q∇φ :

В традиционной физике этого слагаемого нет, поэтому там сила Лоренца оказывается неинвариантной при переходах между разными системами отсчета, а вместо очевидных преобразований Галилея как раз и приходится использовать преобразования Лоренца. Они искусственным образом заменяют это потерянное слагаемое, что и составляет предмет специальной теории относительности. Полевая физика доказывает, что формальные релятивистские преобразования потенциала вида:

а также «сокращение длин» и «замедление времени» как раз в точности воспроизводят эффект потерянного слагаемого в силе Лоренца.

В этом несложно убедиться еще и вот каким образом. Если умножить скорректированную силу Лоренца на коэффициент:

то она станет совпадать с традиционным видом силы Лоренца – данный коэффициент «съест» новую добавку у электростатической силы. Однако все остальные слагаемые, в которые также входят скорости, приобретут такой же коэффициент. Вот почему в рамках традиционной физики с неполной силой Лоренца вместо простой формулы сложения скоростей вида:

нужно использовать скорректированное «сложение» скоростей с этим коэффициентом:

Таким вот искусственным способом манипуляции теории относительности воспроизводят потерянное слагаемое в силе Лоренца, чтобы расчеты совпадали с экспериментальными данными.

Исторически потеря одного из слагаемых силы Лоренца вполне понятна. В современной электродинамике нет никаких логических оснований для выражения силы Лоренца, и традиционный вид сформировался во многом эмпирически. В ходе многочисленных экспериментов были обнаружены и хорошо изучены две из трех добавок к электростатической силе в рамках силы Лоренца – магнитная сила и вихревое электрическое поле, потому что они имеют самостоятельный характер действия. А третья добавка несамостоятельна – она корректирует саму электростатическую силу и теряется на ее фоне. Поэтому в традиционной физике и возникли представления специальной теории относительности, согласно которым по причине «сокращения длин» и «замедления времени» происходят такие вот причудливые дополнительные преобразования потенциалов и полей.

Полевая физика вообще не требует отказа от классических представлений о пространстве и времени, а также от очевидных преобразований Галилея. Она приводит к скорректированной силе Лоренца, которая соответствует полной производной от векторного потенциала A в дополнение к электростатическому слагаемому F₀:

А потому скорректированное выражение для силы Лоренца инвариантно при переходах между любыми системами отсчета, в том числе и неинерциальными. Более того, полевая физика дает четкое объяснение физического смысла составляющих силы Лоренца. Так, если «источник» покоится, то имеет место только электростатическая сила F₀, соответствующая закону обратных квадратов (закон Кулона). В модели полевых оболочек это означает покоящуюся сферическую полевую оболочку «источника», которую и «чувствует» исследуемая частица. Если же «источник» движется, то движется и его полевая оболочка, а потому исследуемая частица ведет себя в ней как в движущейся (неинерциальной) системе отсчета.

Поэтому и возникают именно 3 добавки к электростатической силе, полностью аналогичные классическим силам инерции, только это силы инерции в полевой среде. Вихревое электрическое поле соответствует самой простой силе инерции, связанной с переменной скоростью движения или вращения. Магнитная сила соответствует силе Кориолиса, а потерянное слагаемое — центробежной силе. Таким образом, только в полевой физике появляется четкое понимание природы возникновения дополнительных сил при движении зарядов, а также четкая структура этих добавок как совокупности трех сил инерции!

В итоге, в полевой физике возникает совершенно новое решение проблемы относительности, которое можно соотнести с традиционным (специальная теория относительности) следующим образом:

Современная физика (теория относительности)

• Неполная сила Лоренца как результат обобщения опытных данных
• Зависимость неполной силы Лоренца от выбора системы отсчета, проблема абсолютных скоростей
• Преобразования Лоренца, призванные формальным образом математически согласовать систему

Полевая физика

• Полная сила Лоренца, полученная на основании представлений о реальности полевой среды и соответствующая полному набору сил инерции
• Независимость полной силы Лоренца от выбора системы отсчета
• Преобразования Галилея, не требующие отказа от классических представлений о пространстве и времени