СЕЛФ

2

С.Б. Каравашкин и О.Н. Каравашкина

2. Противоречия между четырехмерной метрикой СТО и ОТО

Для того, чтобы наш анализ обладал цельностью, мы начнем его издалека, а именно с анализа физической ассоциативности метрики СТО и ОТО и вытекающих из этого непреодолимых противоречий. Вопрос этот не риторический и далеко не столь простой даже для самих релятивистов. Ведь известно, что для формулирования CТО Эйнштейн воспользовался двумя постулатами, которые более четко сформулировал в [8].

"Теория, называемая в настоящее время "теорией относительности", базируется на двух принципах, совершенно независимых друг от друга, а именно:

1) на принципе относительности для равномерного прямолинейного движения;

2) на принципе постоянства скорости света" [8, с. 217].

Правда, в исходном изложении был и третий постулат: отсутствие материальной субстанции - эфира: "Введение светоносного эфира окажется при этом излишним". В работе "Принцип относительности и его следствия" Эйнштейн высказался по этому поводу еще более определенно: "Нельзя создать удовлетворительную теорию, не отказавшись от существования некоей среды, заполняющей всё пространство. Таков первый шаг." [9, с. 145- 146].

При этом изъятие светоносного эфира из постановки задачи в СТО не было прихотью самого Эйнштейна, не влияющей на феноменологию процессов, описываемых СТО, как Эйнштейн пытался представить это позднее: "Между тем ближайшее рассмотрение показывает, что специальная теория относительности не требует безусловного отрицания эфира. Можно принять существование эфира; не следует только заботиться о том, чтобы приписывать ему определенное состояние движения; иначе говоря, абстрагируясь, нужно отнять у него последний механический признак, который ему еще оставил Лоренц" [10, с. 685].

Но не в так называемом механическом признаке проблема. Проблема в том, что скорость электромагнитной волны в пространстве без зарядов и токов четко определяется физическими параметрами этого пространства

где с - скорость электромагнитной волны, ₀ - магнитная постоянная, ₀ - диэлектрическая постоянная. Если эти свойства приписываются именно эфиру безотносительно к движению последнего, то постоянство скорости света будет соблюдаться именно в системе отсчета, неподвижной относительно самого эфира. Как мы показали в [11], при движении системы отсчета относительно эфира скорость распространения волновых процессов изменяется, и именно этим светоносный эфир был столь неудобен Эйнштейну. При его наличии и при признании волнового характера передачи электромагнитного возмущения (для чего, кстати, совсем не обязательно движение эфира, но вполне достаточно, чтобы он обладал способностью локального изменения своих параметров) четырехмерная метрика

полностью теряет свою справедливость. Но именно о сохранении справедливости метрики (2) Эйнштейн заботился больше всего. Именно принцип, что "в СТО эффекты сокращения длины и времени имеют кинематическую интерпретацию (а не динамическую - как следствие взаимодействия с эфиром)" [12, с. 331], вследствие чего "снимаются вопросы, как физически моделировать такое сокращение" [там же], - является основой той геометрически абстрактной идиллии, которую строил Эйнштейн. И разрушил эту идиллию не Абрахам, справедливо утверждавший, что отказ от постоянства скорости света в гравитационном поле при переходе к ОТО есть отказ от теории относительности вообще, и не Ленард, считавший, что "в физическом размышлении можно пользоваться двумя картинами, называемыми мною первого и второго рода. О картинах первого рода говорит, например, Вейль, когда он все процессы выражает уравнениями. Картины второго рода интерпретируют уравнения как процессы в пространстве. Я предпочел бы картины второго рода, в то время как Эйнштейн придерживается картин первого рода. При картинах второго рода эфир неизбежен. Он всегда был одним из важнейших подсобных средств для прогресса в исследовании природы, и его устранение означает устранение из мышления всех исследователей природы картин второго рода" [13, с. 374]. Точно так же, нельзя сказать, что на разрушение идиллии Эйнштейна повлияли возражения о том, что масштабы и часы "построены, вообще говоря, из многих элементарных частиц, на них сложным образом воздействуют различные силовые поля, и поэтому непонятно, почему именно их поведение должно описываться особенно простыми законами" [14, с. 124- 125]. История развития мысли Эйнштейна показывает, что идиллию СТО уничтожил сам Эйнштейн, перейдя при разработке ОТО к необходимости физической ассоциативности своих абстрактно-геометрических построений. "По мере своего развития от специальной теории относительности к общей теории и далее в направлении единой теории, мысль Эйнштейна все более явным образом рисовала теорию относительности как полевую теорию. При этом сохранялось требование: описание движения становится бессодержательным, если оно не опирается на образ некоторого макроскопического тела с гарантированной метрикой - эвклидовой или неэвклидовой, постоянной или переменной" [14, с. 167].

И чем дальше уходила мысль Эйнштейна в область полевых структур, тем более с одной стороны сам Эйнштейн отрекался от каждого своего постулата СТО, а с другой стороны уходил от более или менее прочной основы, выстроенной им в рамках четырехмерной геометризации физических процессов. Первой жертвой на этом пути было отречение от постоянства скорости света во всех инерциальных системах отсчета. Начало этому было положено в работе Эйнштейна 1907 года "О принципе относительности и его следствиях", в которой он в присущей ему манере манипулирования символами связывает течение времени в свободно падающей в гравитационном поле системе отсчета с течением времени в инерциальной системе отсчета [15, с. 109]:

Уже в этой формуле мы видим тянущуюся по всему дальнейшему выводу ошибку, связанную с использованием символа скорости света в условиях, когда сам же Эйнштейн в ходе последующих выводов придет к непостоянству этой скорости. Правда, в этой же статье Эйнштейн приводит, по его выражению, точное соотношение:

но символ, определяющий скорость света, сохраняется и в этой формуле. К этому следует добавить, что полученное в указанной статье соотношение времен в два раза меньше того, которое было необходимо. Поэтому в дальнейшем Эйнштейн частично переписывает свой вывод, столь же безосновательно удваивая числитель слагаемого в скобке вышеуказанной формулы. Результаты он представляет в своей статье "О влиянии силы тяжести на распространение света" [16]. В ней он рассмотрел следующую модель: "Если излучение, испускаемое в равномерно ускоренной системе отсчета K' из S₂ по направлению к S₁, имело относительно находящихся в S₂  часов частоту ₂ , то по прибытии в S₁ оно имеет относительно находящихся там точно таких же часов уже частоту не ₂, а бОльшую частоту ₁ , которая в первом приближении равна

В самом деле, если снова ввести неускоренную систему отсчета K₀ , относительно которой система отсчета K' в момент испускания света имела нулевую скорость, то S₁ будет иметь относительно K₀ в момент прибытия излучения в S₁ скорость  (h/c) , откуда в силу принципа Допплера непосредственно получается соотношение (3)" [16, с. 170]. В приведенном выводе обращает на себя внимание сразу несколько моментов. Во-первых, для исследования изменения хода часов используется инерциальная система отсчета K₀ , по отношению к которой ход часов в равноускоренной системе K'  не определен и вообще неизвестно, как может быть определен. Во-вторых, с одной стороны, изменение скорости света как бы исследуется в равноускоренной системе отсчета, но все выкладки производятся в инерциальной системе отсчета. При этом получается откровенная двойственность. Ведь член  (h/c)  вычислен для инерциальной системы отсчета и для получения указанного члена в этой инерциальной системе скорость света должна быть постоянна, чтобы не нарушались законы СТО. Скорость же света согласно постановке задачи Эйнштейном изменяется именно в неинерциальной системе отсчета. Но в НСО и потенциала как такового не будет, поскольку сама система падает с ускорением, пропорциональным притяжению материальных объектов гравитирующим телом. Следовательно, формула

полученная Эйнштейном путем замены

справедлива для связи инерциальной и неинерциальной систем отсчета при условии, что НСО связана с материальными телами S₁  и S₂, придающими этой системе отсчёта ускорение свободного падения. В инерциальной же системе отсчёта скорость света не может принципиально измениться, чтобы сохранил справедливость сам вывод выражения (4). Более того, согласно постановке задачи источник света и приёмник свободно падают на гравитирующий центр, который не располагается между ними. При этом они движутся по одной прямой траектории с некоторым ускорением свободного падения. Но если гравитирующий (точечный) центр будет располагаться между источником и приёмником или где-то сбоку, то выражение (4) будет иметь принципиально иной вид. И именно в этом смысле необходимо понимать выражение (4) и никак иначе. В этом смысле полностью подтверждается правота выводов Айвса по поводу операционной системы, используемой Эйнштейном. "Она правильно предсказывает результаты проведения некоторых избранных операций, так как в действительности, хотя это и не признаётся открыто, была выведена исходя из признания эфира и из сокращения длины и частоты при движении относительно эфира. Оставляя без внимания вопрос о том, какие физические процессы определяют применимость этого частного случая, она не дает объяснения тому, что лежит за этим конкретным выбором операций" [17, с. 156]. И какой бы вывод Эйнштейна мы ни взяли, мы постоянно сталкиваемся с единственной мыслью об искусственности условий и траекторий, на основе которых Эйнштейн делает свои обобщения и экстраполяции на абсолютно иные условия и закономерности.