Реорганизация систем и преобразования Лоренца

 

Классическая теория электромагнетизма, в том числе ее основные уравнения – уравнения Максвелла – была построена в предположении, что электромагнитные волны в пространстве движутся сквозь некую светоносную среду - эфир, которая заполняет всё пространство, пронизывает всю материю, в котором располагаются поля и относительно которого они движутся. Эта среда идеальна, не создаёт трения, и служит некой абсолютной системой отсчета (АСО), относительно которой скорость электромагнитных волн равна во все стороны и постоянна. Диэлектрическая и магнитная проницаемости пустоты Э и м, которыми определяется скорость света, тоже считаются принадлежащими этой среде. Представления о светоносном эфире позволили создать теорию, которая остаётся безупречной до наших дней и особенно удобна тем, что позволяет строить зрительные образы полей и ими оперировать, выполнять рисунки, облегчающие понимание.

 

Сам факт существования светоносной среды до сих пор остаётся спорным, потому будем понимать ее как среду гипотетическую, возможно ее не существует вовсе, но не доказано ни то, ни другое. Мы пользуемся той же классической теорией и не можем изъять из теории эту среду, согласны мы с ней или нет. Технические науки, построенные на фундаменте классической теории электромагнетизма, продолжают развиваться в рамках того же прежнего представления о светоносном эфире, поскольку не возникает нужды изменять фундамент теории. Потому будем полагать условно, что эфир есть, что движение наших простейших систем сквозь среды реальные и условную отличаются не принципиально, а лишь величинами скорости полей, и что реорганизация в них имеет те же причины.

 

А вот абсолютная система координат и объекты, на которые она опирается, вполне реальны, и могли быть определены более века назад, что и будет показано ближе к концу изложения. Нам же в пока безразлично: с каким объектом связана АСО, с эфиром, с мировой материей непосредственно или с чем иным, важен лишь сам факт существования некой опоры, относительно которой движется свет и другие электромагнитные поля. Пусть эфир и остаётся такой опорой.

 

Как мы уже выяснили, пространственно-временная структура системы реорганизуется при ускорениях, и структура системы неподвижной отличается от ее структуры при движении. Эти отличия описываются в общей форме широко известными формулами Лоренца, которые имеют вид преобразований одной пространственно-временной системы координат, неподвижной относительно среды, в другую - движущуюся. Формулы т.н. прямого преобразования имеют следующий вид:

 

x’ = г(x – v*t),

t’ = г(t – v*x/c²), где г = 1/(1 – v²/c²)^1/2,

y’ =y, z’ = z.

 

Здесь координаты x, y, z, t принадлежат системе неподвижной, а   x’, y’, z’, t’ – движущейся, причем время t и t’ измеряется по показаниям часов, принадлежащих той и другой системам, и называется местным временем по Лоренцу.

 

Эти формулы выведены одним из последних ученых классической школы Хендриком Антоном Лоренцем из уравнений Максвелла в 1890-м году и приведены к окончательному виду в 1903-м. Будучи выводом из уравнений Максвелла, они относятся ко всем электромагнитным объектам. В нашем случае они описывают конечный результат реорганизации электромагнитной системы, приведенной из состояния покоя в движение сквозь электромагнитные среды, реальные или гипотетический эфир, со скоростью v: изменение ее размеров, изменение фаз процессов и их замедление.

 

Поскольку эфир принизывает все поля и предметы, сокращение размеров в направлении вдоль движения и замедление процессов точно пропорциональны г = 1/(1 – v²/c²)^1/2, а прочие размеры остаются неизменными.

 

Однако эти формулы описывают не истинные изменения в движущейся системе, а наблюдаемые из системы неподвижной, т.е. наблюдаемые неподвижным наблюдателем. Наблюдаемая им картина искажена ошибкой наблюдения, которая вызвана конечной скоростью сигналов наблюдения, движущихся сквозь среду, как бывают ошибочны наблюдения самолетов по звуку. В ряде случаев ошибка зависит от способов наблюдения (измерения, сравнения) и приводит к двоякому результату.

 

При наблюдении движущимся наблюдателем системы неподвижной, и потому не реорганизованной, она в результате только лишь ошибки наблюдения наблюдается тоже как реорганизованная движением. Кажущиеся изменения объекта зависят как от скорости наблюдателя, так и от скорости сигналов наблюдения «c» в данной среде, и описываются формулами т.н. обратных преобразований Лоренца:

 

x = г(x’ + v*t’),

t = г(t’ + v*x’/c²).

 

Из этих формул следует, что объект выглядит так, будто он движется со скоростью –v, т.е. в обратную сторону, и будто реорганизован этим движением.

 

С точки зрения движущегося наблюдателя неподвижные группы предметов и процессов, не составляющих какой-либо системы и потому не подверженных реорганизации вообще, тоже наблюдаются по причине той же ошибки как реорганизованные движением, чего фактически быть не может.

 

Реорганизация систем имеет своей причиной внутренние связи, которые и делают предмет единым целым. По той же причине  подвержены реорганизации также и те протяженные и объёмные процессы, которые составляют единое целое, т.е. элементы и части которых как-либо взаимосвязаны друг с другом по своим фазам, а не представляют собой множество отдельных процессов, фазы которых находятся в случайных отношениях. Ведь для связи процессов в единое целое тоже нужны какие-либо сигналы, все они имеют конечную скорость, которая либо равна скорости света, либо от нее зависит. Это и приводит к их реорганизации в соответствии также с преобразованиями Лоренца.

 

Едины процессы, например, вращения тел и колебаний в них. Если на длинную ось жестко насадить параллельные часовые стрелки и использовать эту конструкцию как протяженные часы, где каждая стрелка показывает местное время, то при быстром движении вдоль оси стрелки перестанут быть параллельными, передние стрелки отстанут в своём вращении от задних, а сама ось окажется скрученной, как тройка диполей на предыдущем рисунке, ибо процесс вращения на переднем конце будет отставать по фазе от вращения заднего. Ведь эту ось мы можем понимать как множество ее плоских сечений, которые связаны между собой полями примерно так, как вращающиеся диполи на рисунках.

 

Наблюдать это явно и безошибочно можно было бы в случае, когда ось согнута в разомкнутое кольцо и движется вокруг нас. Часовые стрелки на концах оси окажутся рядом, а расхождение углов их поворота будет зависеть от скорости и наблюдаться явно. В таких случаях ошибка наблюдения – это лишь запаздывание наблюдаемой картины, но не ее искажения, поскольку все расстояния до наблюдаемого объекта одинаковы и постоянны, и сигналы наблюдения проходят их за одинаковое время.

 

Но если ту же ось со стрелками разрезать на части, то при ее ускорении каждая часть будет скручиваться вокруг своего центра инерции, а стрелки на стыках проворачиваться относительно друг друга и расходиться. 

 

Сокращение размеров тоже наблюдалось бы явно в таком, например, фантастическом случае. Если бы построить гигантскую кольцевую железную дорогу и поставить на нее такой длинный поезд, чтобы локомотив упирался в последний вагон, то с увеличением скорости поезда расстояние между локомотивом и последним вагоном увеличивалось бы с увеличением скорости.

 

Формулы Лоренца как вывод из классической теории верны вне зависимости от траектории движения и ускорений. Естественно, действующие на систему силы ускорения деформируют ее, и это нужно учитывать тоже. 

 

Современная физика относит преобразования Лоренца к числу свойств пространства-времени, с чем мы здесь согласиться не можем. Они явно описывают свойства вещей материальных, образованных как целое электромагнитными полями, и в равной мере относятся к движениям систем сквозь обычные реальные электромагнитные среды, которые не имеют чудесных свойств пространства-времени современной физики. К свойствам среды, пространства или эфира можно отнести лишь скорость этих волн, которая определяется диэлектрической и магнитной проницаемостями среды, эфира или пустого пространства.

 

Современная физика придаёт преобразованиям Лоренца совсем другой смысл, не свойственный инженерным представлениям и классической парадигме, но разъяснять его здесь не будем, ибо он достаточно разъясняется в популярной литературе, хотя и тогда остаётся не вполне понятным. Но заметим, что те же формулы преобразований были выведены Эйнштейном не из уравнений Максвелла, а из принципа относительности, из постулатов и того лишь факта, что скорость электромагнитных сигналов конечна. Из этого следует, что преобразования Лоренца имеют место во всех системах, связанных полями и сигналами той же конечной скорости движения.