Efekty relatywistyczne

W teorii względności efekty relatywistyczne rozumiane są jako zmiany charakterystyk czasoprzestrzennych ciał przy prędkościach porównywalnych z prędkością światła.

Jako przykład zwykle rozważany jest statek kosmiczny typu rakiety fotonowej, który leci w kosmosie z prędkością proporcjonalną do prędkości światła. W tym przypadku nieruchomy obserwator może zauważyć trzy efekty relatywistyczne:

1. Wzrost masy w porównaniu do masy spoczynkowej. Wraz ze wzrostem prędkości rośnie masa. Gdyby ciało mogło poruszać się z prędkością światła, to jego masa wzrosłaby do nieskończoności, co jest niemożliwe. Einstein udowodnił, że masa ciała jest miarą zawartej w nim energii (E= mc 2). Niemożliwe jest przekazanie ciału nieskończonej energii.

2. Zmniejszenie wymiarów liniowych ciała w kierunku jego ruchu. Im większa prędkość statku kosmicznego przelatującego obok stacjonarnego obserwatora i im bliżej prędkości światła, tym mniejszy będzie rozmiar tego statku dla obserwatora stacjonarnego. Gdy statek osiągnie prędkość światła, jego obserwowana długość będzie równa zeru, czego nie można. Na samym statku astronauci nie będą obserwować tych zmian. 3. Spowolnienie czasu. W statku kosmicznym poruszającym się z prędkością bliską prędkości światła czas płynie wolniej niż w nieruchomym obserwatorze.

Efekt dylatacji czasu miałby wpływ nie tylko na zegar wewnątrz statku, ale także na wszystkie zachodzące na nim procesy, a także na biologiczne rytmy astronautów. Rakieta fotoniczna nie może być jednak uważana za układ inercyjny, ponieważ podczas przyspieszania i zwalniania porusza się z przyspieszeniem (a nie jednostajnie i prostoliniowo).

Podobnie jak w przypadku mechaniki kwantowej, wiele przewidywań teorii względności jest sprzecznych z intuicją, wydaje się niewiarygodnych i niemożliwych. Nie oznacza to jednak, że teoria względności jest błędna. W rzeczywistości to, jak widzimy (lub chcemy zobaczyć) otaczający nas świat i jaki jest w rzeczywistości, może być bardzo różne. Od ponad wieku naukowcy na całym świecie próbują obalić SRT. Żadna z tych prób nie mogła znaleźć najmniejszego błędu w teorii. O tym, że teoria jest matematycznie poprawna, świadczy ścisła matematyczna forma i klarowność wszystkich sformułowań.

O tym, że SRT naprawdę opisuje nasz świat, świadczy ogromne doświadczenie eksperymentalne. W praktyce wykorzystuje się wiele konsekwencji tej teorii. Oczywiście wszelkie próby „obalenia SRT” są skazane na niepowodzenie, ponieważ sama teoria opiera się na trzech postulatach Galileusza (które są nieco rozbudowane), na podstawie których budowana jest mechanika newtonowska, a także na dodatkowych postulatach.

Wyniki SRT nie budzą żadnych wątpliwości w zakresie maksymalnej dokładności współczesnych pomiarów. Co więcej, dokładność ich weryfikacji jest tak duża, że ​​stałość prędkości światła jest podstawą definicji metra – jednostki długości, w wyniku czego prędkość światła staje się automatycznie stała, jeśli pomiary są przeprowadzone zgodnie z wymaganiami metrologicznymi.

W 1971 W Stanach Zjednoczonych przeprowadzono eksperyment, aby określić dylatację czasu. Zrobili dwa absolutnie identyczne, dokładne zegarki. Niektóre zegarki pozostawiono na ziemi, podczas gdy inne umieszczono na samolocie, który latał wokół Ziemi. Samolot lecący po okręgu wokół Ziemi porusza się z pewnym przyspieszeniem, co oznacza, że ​​zegar na pokładzie samolotu znajduje się w innej sytuacji niż zegar spoczywający na ziemi. Zgodnie z prawami teorii względności zegar podróżny powinien być opóźniony w stosunku do zegarów w stanie spoczynku o 184 ns, ale w rzeczywistości opóźnienie wynosiło 203 ns. Były też inne eksperymenty, które testowały efekt dylatacji czasu i wszystkie potwierdziły fakt spowolnienia. Zatem różny przebieg czasu w układach współrzędnych poruszających się względem siebie jednostajnie i prostoliniowo jest niepodważalnym faktem ustalonym eksperymentalnie.

Teoria balistyczna Ritza i obraz wszechświata Semikow Siergiej Aleksandrowicz

§ 1.15 Relatywistyczny efekt zmiany masy

Eksperymenty Kaufmana można równie dobrze wytłumaczyć zarówno założeniem ruchu absolutnego o zmiennej masie, jak i potraktowaniem masy jako stałej, a ruchów jako względnej. Są one również zgodne z założeniem, że dla dużych prędkości siły elektrodynamiczne nie są już prostymi liniowymi funkcjami prędkości, jak miało to miejsce w teorii Lorentza. Ich zależność od prędkości przybiera bardziej złożoną formę.

Walter Ritz, „Analiza krytyczna elektrodynamiki ogólnej”

W poprzednim rozdziale, omawiając zachowanie energii, wspomnieliśmy o innym fundamentalnym prawie - prawie zachowania masy. Teoria względności odrzuciła, obok innych praw mechaniki, to najważniejsze prawo natury, które było potwierdzane od wieków. Rzeczywiście, Einstein twierdzi, że masa ciała zmienia się podczas jego ruchu: wraz ze wzrostem prędkości ciała masa wzrasta i dąży do nieskończoności, gdy prędkość ciała zbliża się do prędkości światła. Ten relatywistyczny efekt zmiany masy wydaje się nawet potwierdzać eksperymentami.

A jednak, jak pokazał Ritz, wszystkie te eksperymenty można wyjaśnić klasycznie, bez uciekania się do wątpliwego efektu zmiany masy i bez rezygnacji ze zwykłego prawa zachowania masy - wystarczy wziąć pod uwagę wpływ ruchu ładunku odkryto w BTR o wielkości działającej na niego siły elektrycznej. Spośród tych eksperymentów najbardziej znane jest doświadczenie Waltera Kaufmanna, gdzie po raz pierwszy odkryto efekt wzrostu masy elektronów wraz ze wzrostem ich prędkości. Jednak Ritz wykazał, że aby wyjaśnić eksperyment, nie ma potrzeby uwzględniania masy jako zmiennej. Przypomnijmy, że w eksperymencie Kaufmana elektron został „zważony”, obserwując, jak bardzo będzie się odchylał, przelatując między płytkami kondensatora a biegunami magnesu (ryc. 41). Rzeczywiście, sądząc po tym, jak bardzo elektron jest odchylany przez pole elektryczne i magnetyczne, łatwo jest określić jego masę na podstawie wielkości tych pól. W końcu odchylenia zmierzone wzdłuż śladu pozostawionego przez wiązkę elektronów na ekranie luminescencyjnym dają wartość przyspieszenia a, związane z drugim prawem Newtona a=K/m z masą m elektron. Okazało się jednak, że elektrony lecące z różnymi prędkościami mają przyspieszenia a różne: są mniejsze, im wyższa prędkość. A ponieważ, zgodnie z elektrodynamiką Maxwella, uważano, że siła F działając na elektron, nie zależy od jego prędkości, doszedł do absurdalnego wniosku, zgodnie z którym wraz z przyspieszaniem elektronu jego masa rośnie m. Ale przecież dużo bardziej naturalne jest założenie, że masa jest stała, a siła się zmienia F.

Ryż. 41. Doświadczenie Kaufmana - badanie odchyleń szybko lecących elektronów w polu elektrycznym i magnetycznym.

Takie założenie jest tym bardziej naturalne, że, jak już wcześniej dowiedzieliśmy się, prędkość ładunku może rzeczywiście wpływać na wielkość sił elektrycznych i magnetycznych (§ 1.7). Dlatego, zdaniem Ritza, o wiele bardziej naturalne jest rozważenie, że elektrony otrzymują różne przyspieszenia od różnych sił, a nie mas. Tak więc, na przykład, jeśli waga sprężynowa pokazuje inny ciężar ciężarka w zależności od warunków (powiedzmy, wysokości lub przyspieszenia), jest mało prawdopodobne, aby uznaliśmy, że jego masa się zmienia. Raczej zdecydujemy, że łuski leżą, a tak naprawdę siła grawitacji i siła ciężaru się zmieniają. To samo dotyczy eksperymentów z ważeniem elektronu za pomocą wagi elektromagnetycznej, gdzie wpływ ruchu na wielkość siły Coulomba, w przeciwieństwie do wpływu na masę, wydaje się całkiem możliwy. W transporterach opancerzonych zależność siły od prędkości jest obowiązkową konsekwencją modelu oddziaływania ładunków zaproponowanego przez Ritza. Wszakże jeśli odpychanie ładunków jest tworzone przez uderzenia cząstek (reonów) emitowanych przez nie z prędkością światła, to cząstki te nie będą w stanie dogonić elektronu poruszającego się z tą samą prędkością. c, co oznacza, że ​​nie będą w stanie na nią wpłynąć. Wydaje się więc, że masa elektronu jest nieskończona, chociaż prawdziwym powodem jest siła zerowa. Taki wyimaginowany nieskończony wzrost masy ładunku w miarę zbliżania się jego prędkości c, na długo przed doświadczeniem Kaufmanna, W. Weber przewidział na podstawie swojej teorii elektrodynamiki ten prototyp elektrodynamiki W. Ritza.

Rozważmy to pytanie ilościowo. Teoretycznie ślad wiązki elektronów na ekranie powinien mieć postać paraboli o równaniu

y=kx 2 Em/H 2 ,

gdzie k jest jakaś stała mi oraz H są siły pól elektrycznych i magnetycznych oraz m to masa elektronu. Obserwowana krzywa różniła się od tej paraboli w taki sposób, że wraz ze wzrostem prędkości masa m zwiększona proporcjonalnie (1+ v 2 /2c 2). Ale przecież, jak się okazało, prawie tak samo, w stosunku do (1+ v 2 /3c 2) siła elektryczna i pole rosną wraz z prędkością ładunku mi. Uwzględnianie zmienności mi przy stałej masie wprowadzi prawie takie same zmiany do równania paraboli jak uwzględnienie zmienności m stale mi. Różnicę we współczynnikach (półtora raza) niweluje dokładniejsze obliczenie przedstawione w pracy Ritza. Przyczyny tej stałej różnicy o półtora raza w dół zostały omówione powyżej (§ 1.7).

Tak więc eksperyment Kaufmana zademonstrował błąd starej fizyki. Ale jeśli Einstein widział wyjście w odrzuceniu mechaniki klasycznej, przy zachowaniu elektrodynamiki Maxwella (zmiana masy przy stałej sile elektrycznej), wówczas Ritz uważał, że znacznie bardziej naturalne jest porzucenie elektrodynamiki Maxwella, przy zachowaniu mechaniki klasycznej (zmiana w sile elektrycznej o stałej masie elektronu). Wniosek Ritza jest tym bardziej naturalny, że to właśnie odrzucenie elektrodynamiki Maxwella i stworzenie nowej elektrodynamiki BTR opartej na mechanice klasycznej ułatwia, bez żadnych formalnych metod i arbitralnych manipulacji (które mają miejsce w SRT), uzyskanie prawidłowe prawo zmiany siły elektrycznej, które wyjaśnia doświadczenie Kaufmana.

Rzeczywiście, efekt urojonej zmiany masy można łatwo wytłumaczyć za pomocą mechaniki klasycznej - nawet na palcach. Ponieważ akcja elektryczna jest tworzona przez przepływ reonów, gdy elektron się porusza, zmienia się prędkość reonów względem niego. Reony muszą odpowiednio dogonić uciekający z nich elektron, zmniejsza się siła i częstotliwość ich oddziaływania na elektron, a zatem zmniejsza się również efekt elektryczny wywierany na elektron przez reony. Zatem im większa prędkość elektronu, tym mniejsza siła oddziaływania elektrycznego na niego, a zatem mniejsze przyspieszenie i ugięcie elektronu spowodowane tą siłą. Ten spadek przyspieszenia tłumaczy się wzrostem masy, podczas gdy prawdziwym powodem jest spadek siły.

Efekt zmiany masy zaobserwowano również dla innych cząstek, na przykład, gdy były przyspieszane w cyklotronie. Okazało się, że cyklotron nie może w pełni wykorzystać swojego potencjału i przekazać cząsteczkom swojej maksymalnej mocy. Faktem jest, że cząstki krążące w cyklotronie, przyspieszane okresowo zmieniającym się polem elektrycznym, wraz ze wzrostem ich energii i prędkości ruchu - na skutek zmiany masy, a co za tym idzie częstotliwości cyrkulacji, wychodzą z rezonansu z oscylacjami pola elektrycznego. Dlatego pole przestaje przekazywać energię cząsteczkom. Tylko poprzez zmianę częstotliwości pola przyspieszającego, jak to ma miejsce w synchrotronach, można osiągnąć maksymalną wydajność akceleratora. A jednak, zgodnie z logiką KTO, w tym przypadku w rzeczywistości nie ma zmiany masy. Rzeczywiście, w akceleratorze częstotliwość cyrkulacji naładowanych cząstek jest określona przez ich przyspieszenie, czyli znowu przez stosunek siły (Lorentza) do masy. I znowu, przyczyną zmiany częstotliwości cyrkulacji wraz ze wzrostem prędkości nie jest zmiana masy, ale zmiana następująca po prędkości - siła Lorentza. Siła Lorentza F=qVB rzeczywiście zmienia się wraz z prędkością V cząstki. Czy ta liniowa zmiana siły jest konieczna do utrzymania stałej częstotliwości? qB/m, co jest niezwykle ważne w cyklotronie: F=qVB=ma=mV?. Jednak, jak pokazał Ritz, ruch ładunku wprowadza również nieliniowe poprawki do wielkości siły Lorentza, które stają się zauważalne przy dużych prędkościach. Z tego powodu wraz ze wzrostem prędkości ładowania - częstotliwość cyrkulacji maleje? = F/mV, co jednak traktowane jest jako przyrost masy m, chociaż w rzeczywistości masa jest stała, ale siła się zmienia.

Na długo przed Ritzem naukowcy domyślali się, że elektryczność działa inaczej na ładunki ruchome i spoczynkowe. Na tym fundamencie zbudowano zresztą dawną elektrodynamikę Webera i Gaussa. Wraz z pojawieniem się dziedziny Maxwella, eterycznej elektrodynamiki, ten owocny pomysł został porzucony. Kiedy okazało się, że eter jest fikcją, a zatem oparta na nim elektrodynamika maxwellowska jest błędna, naukowcy nie chcieli wracać do swoich wcześniejszych poglądów na temat natury elektryczności, ale woleli pogodzić niespójną elektrodynamikę maxwellowską. i fakt braku eteru. To dało początek, według Einsteina, jego teorii względności i wszystkim jej paradoksom. Tak więc odrzucenie teorii względności jest niemożliwe bez odrzucenia elektrodynamiki Maxwella.

W transporterze opancerzonym masa jest stała, a zatem przyspieszenie do prędkości równych lub większych od prędkości światła, czemu w SRT zapobiega nieskończony wzrost masy, jest całkiem możliwe. Więc być superluminalnymi statkami międzygwiezdnymi (§ 5.11)! Co więcej, prędkości nadświetlne zostały prawdopodobnie już dawno osiągnięte w laboratoriach i dopiero obliczenia według wzorów teorii względności uniemożliwiają wykrycie tego (§ 1.21). Ritz uważał, że w eksperymentach Kaufmana można już zaobserwować elektrony nadświetlne. Jak widać, będąc w ramach mechaniki klasycznej, całkiem możliwe jest zachowanie prawa zachowania masy. Tylko ci, którzy zdradzają wiarę w prawa mechaniki, tracą wiarę w nie, a więc w obiektywną rzeczywistość materii, nieuchronnie akceptują absurdalną ideę zmiany masy.