Сергей Семиков - Баллистическая теория Ритца и картина мироздания

Как бы то ни было, нет смысла говорить об изменении темпа течения времени, ибо время не материально, не ощутимо, а, значит, подобно пространству, — не подвержено внешнему влиянию. Изменение физических условий может изменить лишь скорость протекания некоторых процессов, а время — это просто условная мера этой скорости. Не случайно К.Э. Циолковский сказал по этому поводу: "Замедление времени! Поймите же, какая дикая бессмыслица заключена в этих словах". Раз само время служит мерой медленности и быстроты, то его замедление — это такая же тавтология как "замасливание масла". Может сбиться ход часов, может расшириться от нагрева стальная линейка, но общепринятые секунды и сантиметры от этого не перестанут быть теми же самыми секундами и сантиметрами. Не зря и Ритц призывал помнить, что время познаётся нами лишь в процессах движения тел, в виде пространственно-временных соотношений [8]. Именно движение и его наблюдение даёт представление о времени. Сопоставление разных движений, скажем, продолжительности падения груза и числа качаний маятника, даёт нам меру этого движения, — меру времени. Отметим, что именно Ритц впервые, в 1908 г., задолго до Эйнштейна, рассчитал влияние ускорения источника на частоту приходящих от него сигналов и видимый масштаб времени его внутренних процессов (§ 1.10). И, лишь спустя несколько лет, эффект той же величины был предсказан Эйнштейном — в его общей теории относительности, без ссылок на Ритца и с гипотезой о реальном (а не мнимом) изменении временного масштаба.

§ 1.20 Замедление времени и поперечный эффект Доплера

Я хочу предложить Вам задачу, имеющую большое значение для вопроса о принципе относительности, а следовательно, и для всей электродинамики. По теории относительности Лоренца-Эйнштейна длина волны, излучаемая движущимся атомом, должна меняться по принципу Доплера не только в направлении движения; и при наблюдении перпендикулярно направлению скорости v должно существовать смещение к красному в отношении λv2/2c2… Нельзя бы сделать так, чтобы дать точный ответ на вопрос о существовании эффекта?

По специальной теории относительности, на ритм времени влияет и равномерное движение источника: чем быстрее движутся часы, тем медленней для неподвижного наблюдателя крутятся их стрелки. Этот, предсказанный Эйнштейном, эффект замедления времени, как будто, тоже соответствовал опытам. Обычно изменение темпа течения времени обнаруживают с помощью пары атомных часов, сравнивая частоту хода подвижных часов f' с частотой f таких же, но неподвижных. Эти частоты, одинаковые для пары покоящихся часов (v=0), уже не совпадают при их взаимном движении, как следует из формулы СТО f'=f(1–v2/c2)1/2 и из опытов.

В одном из таких опытов для сравнения показаний движущихся и неподвижных часов использовали следующий метод. На борту двух реактивных самолётов помещали одинаковые атомные часы и точно такие же атомные часы оставляли на земле. Самолёты поднимались в воздух и, облетев Землю один с запада на восток, другой — с востока на запад, возвращались, сделав круг, к месту отправления, где показания всех трёх часов сверялись. При этом оказывалось, что часы, двигавшиеся вместе с самолётом, отстали по сравнению с теми, что находились на земле (у часов, поднятых на самолёте, проявился также и рассмотренный выше эффект ускорения хода часов на высоте, который тоже учитывался и налагался на превосходящий его по величине эффект замедления времени от движения). Отсюда сделали вывод, что движущиеся часы и впрямь идут медленнее. А, на деле, здесь — явная ошибка. Ведь, согласно той же теории относительности, нельзя различить, какая система движется, а какая покоится. Поэтому, с тем же успехом можно было бы говорить, что на самолётах часы были неподвижны, а двигались наземные часы. Тогда именно они должны бы были отстать. Именно в этом равноправии и состоит известный парадокс близнецов. Из двух братьев-близнецов один отправляется в космическое путешествие на околосветовой скорости, а, вернувшись, застаёт своего брата сильно постаревшим, хотя по "логике" теории относительности могло бы наблюдаться и обратное [37]. Как верно заметил Циолковский: "Замедление времени в летящих с субсветовой скоростью кораблях по сравнению с земным временем представляет собой либо фантазию, либо одну из очередных ошибок нефилософского ума".

Итак, даже согласно СТО, опыт с самолётами не может подтвердить справедливость эффекта замедления времени. Почему же тогда часы шли с разной скоростью, если они равноправны? Всё дело в том, что часы на земле и в самолёте находились, всё же, в неравных условиях, поскольку самолёт, хоть он и летел с постоянной скоростью V, — двигался ускоренно, ибо летел по дуге большого круга, имеющего радиус Земли R. А такое движение сопровождается ускорением, поскольку меняет скорость по направлению. Это ускорение a=V2/R и вносит асимметрию. Именно ускорение, а вовсе не скорость и приводит к тому, что движущиеся часы идут медленнее. Как было показано в предыдущем разделе, ускорение действительно снижает частоту атомных процессов, но, опять же, не от изменения ритма времени, а от дополнительной силы, действующей на электрон и меняющей частоту его колебаний. То, что дело именно в ускорении, а не в скорости часов подтверждается ещё и тем, что часы, летевшие с запада на восток, отстали заметно сильнее, чем часы, летевшие с востока на запад. Этого не должно было бы случиться: если часы летели в самолётах с одной и той же скоростью, одно и то же время, то, по формуле замедления времени, они бы одинаково отстали. В действительности, это не так, поскольку все трое часов участвовали, кроме того, и во вращательном движении Земли вокруг оси. Пусть самолёты летели со скоростью V, а окружная скорость Земли — v. Тогда для самолёта, летящего с запада на восток, это вращение увеличивало окружную скорость, а значит и ускорение a1=(V+v)2/R, и связанное с ним отставание часов, а для самолёта, летящего в обратную сторону, напротив, — уменьшало a2=(V-v)2/R. Потому и часы на самолётах отстали в разной степени.

Согласно ОТО, смещение частоты при вращении есть Δf/f=aR/2c2. В итоге смещение частоты составит Δf/f=V2/2c2,— такой же сдвиг, какой получается за счёт замедления времени у движущихся со скоростью V часов. Вот и выходит, что согласно ОТО должен наблюдаться такой сдвиг частоты — от ускорения, а, согласно СТО, — от скорости. То есть, имелся бы либо двукратный эффект изменения частоты, либо же эффект бы отсутствовал. А, раз в опыте наблюдается лишь однократный эффект, то теория относительности не верна — замедления времени в движущихся системах нет, а есть лишь изменение хода движущихся с ускорением часов — эффект, объяснимый в рамках классической физики и БТР.

В том же опыте параллельно измерялся эффект изменения скорости хода часов (опять же часов, а не времени) — за счёт различного поля тяготения. Часы, находившиеся в самолётах, летящих на высоте 10 км, испытывали меньшую силу тяжести — ускорение на этой высоте на 0,32 % меньше. Соответственно, кроме воздействия обычного ускорения, замедляющего часы, на их ход оказывает влияние снижение силы тяжести, ведущее к более быстрому ходу часов в самолёте в сравнении с часами на земле (§ 1.18). Эти два эффекта складываются, и мы наблюдаем их суммарное влияние [57].

Другой опыт, якобы подтвердивший замедление времени, состоял в измерении поперечного эффекта Доплера. Идея этого опыта была выдвинута всё тем же Ритцем для проверки СТО ещё в 1908 г. Но сам опыт был выполнен лишь 30 лет спустя Айвсом [153]. Напомним, что движение источника влияет на частоту идущего от него света. В продольном эффекте Доплера изменение частоты f'=f(1+v×cos(φ)/c) создаётся продольной составляющей скорости и объясняется классически. Зато, в поперечном эффекте Доплера (Рис. 47), где источник движется поперёк луча зрения (φ=90°), и отсутствует эффект Доплера, обусловленный продольной компонентой скорости, наблюдаемое в опыте изменение частоты говорит, якобы, уже об изменении самого хода времени, которое возможно лишь в СТО [74]. Но, в действительности, частоту меняет всё тот же продольный эффект Доплера и сдвиг частоты можно объяснить целиком в рамках классической теории Ритца, если применить баллистический принцип. Надо лишь учесть, что в системе отсчёта источника угол φ, под которым свет испускается к наблюдателю, в действительности, будет уже не π/2, а чуть больше. Ведь, согласно БТР, скорость света складывается со скоростью источника, и потому, дабы свет дошёл до нас, он должен вылетать из источника под углом α к лучу зрения (это аберрационный угол, аналогичный наблюдаемому в эффекте звёздной аберрации, § 1.9). И, хоть угол этот мал, cos(φ) всё же уже не нуль: cos(φ)=cos(90°+α)=-sin(α)=-v/c, откуда f'=f(1+v×cos(φ)/c)=f(1–v2/c2). Длина волны, напротив, вырастет: λ'=c'/f'=с(1–v2/2c2)/f(1–v2/c2)≈λ(1+v2/2c2). Именно такие изменения длины волны излучения движущихся атомов, вполне объяснимые с позиции БТР, и наблюдались в опытах. Так что, поперечный эффект Доплера не опроверг, а подтвердил классическую физику и теорию Ритца, как отмечали многие авторы, вскрывшие роль угла аберрации в этом опыте [81, 111].