Читайте также: |
|
И далее следует сильный вывод: «никакой локальный эксперимент, т.е. эксперимент, проводимый в малой части пространства, в изолированной лаборатории, не позволяет отличить гравитационное поле от ускорения».
Уверенную аргументацию авторов, физиков-экспериментаторов по профессии, достаточно легко опровергнуть, предложив им провести простой эксперимент с маятником, помещенным вместо ракеты в обыкновенный лифт, движущийся с постоянным ускорением.
В своем движении лифт, изменяя положение точки закрепления маятника по высоте, а вместе с ней и напряженность внешнего гравиполя. воздействует на деформацию и раздеформацию тела-маятника, и, следовательно, на процесс перехода потенциальной энергии в кинетическую и наоборот. Отсутствие данного перехода приводит к быстрому затуханию колебания маятника. Поэтому в своем колебании тело маятника будет проходить один первый такт. Второй — раздеформация — зависит от количественной величины ускорения и при ускорении, превышающем проекцию амплитуды на вертикальную составляющую, наблюдаться не будет, что и зафиксирует наличие в кабине лифта инерциального поля. Таким простейшим способом не только космонавт, но и лифтер может достаточно быстро убедиться в том, что имеет дело не с мощным внешним гравитационным полем, а с движущейся ускоренно «изолированной» лабораторией.
Убеждение, что сила инерции и сила тяготения есть разные, но сводимые друг к другу силы, лежит в основе всех гравитационных теорий и сопровождается предложением иных мыслимых экспериментов, как бы подтверждающих принцип эквивалентности и способных создать условия, при которых силу тяготения невозможно отличить от силы инерции. Так в работе [62] предлагается следующий опыт по его подтверждению:
«Представим себе совершенно закрытый вагон, который движется по горизонтальному полотну дороги с постоянным ускорением (рис.32, 1). В таком вагоне отвес будет отклоняться от направления, которое мы на Земле называем вертикальным. Равнодействующая силы инерции и силы тяжести отклонит отвес к задней стенке вагона. В вагоне все будет так, как если бы вагон поднимался с постоянной скоростью в гору (рис. 32, 2). А величина силы тяжести равнялась бы сумме действительной сил тяжести и силы инерции в ускоренном, но горизонтально движущемся вагоне (понятно, что надо брать геометрическую сумму векторов). Так как в обоих случаях все тела получают совершенно одинаковые ускорения, нельзя узнать, что происходит с вагоном на самом деле: движется он равномерно в гору при увеличении силы тяжести или ускоренно по ровному месту, если пользоваться только приборами, регистрирующими вес, и не знать подлинной величины силы притяжения к Земле. Если за окнами будет темно, то никакого способа различить силы, нет. Сила притяжения к Земле и сила инерции проявят себя как физически тождественные».
Рис. 32
Данная задача сформулирована более хитро, чем эксперимент с ракетой, хотя заключение столь же категорично — нет способов различения инерции и гравитации. Автор задачи — теоретик помнит, что при движении с ускорением а вес тела меняется, и при длительном наблюдении в ускоренном вагоне это изменение буде зафиксировано. Вот почему нельзя пользоваться весами. По этой же причине второй вагон не стоит наклонно, а движется в гору с постоянной скоростью. В нем тоже будет наблюдаться эффект уменьшения веса.
Поскольку в классической механике свойства не зависят друг друга, то иных способов обнаружения состояния движения больше не предлагается, хотя таких способов множество. Простейший из них позволяет обнаружить движение вагона с ускорением с помощью обыкновенного метра. Для этого достаточно, оказавшись в вагоне, замерить расстояние h от пола до грузика отвеса. Подождав некоторое время, повторить замер, и если обнаружится изменение h, то, значит, вагон движется с ускорением. Если h осталось неизменным, вагон с равномерной скоростью поднимается в гору.
Более сложные эксперименты, например, с помощью зеркала и зайчика от направленного на него и отраженного на отдаленный экран луча света или с помощью интерферометра Майкельсона, позволяют, находясь в закрытом вагоне, визуально наблюдать его перемещение с ускорением в сантиметрах и даже в долях миллиметра, т.е. с меньшим, чем развивает улитка.
Чем же обусловлены столь серьезные заблуждения в понимании сути физических процессов, связанных с движением тел?
Эти заблуждения определяются постулативным характером начал механики, отсутствием системной взаимосвязи между ними, полным совпадением результатов теоретических расчетов элементов движения с экспериментальными данными и некоторой предсказательной способностью механики. В частности, при описании движения наличествуют следующие явные и неявные постулаты:
• рассматриваются отдельные свойства тел и их изменение при движении, а не взаимосвязанное изменение всех свойств;
• произвольно разделяются массы на инертную и гравитацион-ную, что искусственно раздваивает силы на инерциальные и гравитационные;
• предполагается тождественность тел в покое и движении;
• движение тела отрывается от эфирного пространства и гравитационного поля;
• постулируется неизменность и независимость пространства от тел, которые в нем движутся;
• предполагается возможность существования скорости без ускорения, отсутствие зависимости, как между ними, так и с движущемся телом;
• постулируется относительность прямолинейного и равномерного движения;
• вводятся искусственные инерциальные системы отсчета;
• и самое главное — отсутствует представление о том, что тело, неподвижное относительно пространства, качественно отличается от того же движущегося любым способом тела. И это отличие всегда можно зафиксировать приборами, находящимися внутри него.
Проиллюстрирую как, базируясь на вышеперечисленных постулатах, возникает неадекватное природе представление о сущности движения.
Сначала отмечу, что не все из перечисленных постулатов исторически принадлежат Ньютону. В частности, у него отсутствует понятие «инерциальные системы отсчета» как абстрактное «геометрическое и кинематическое определение, заключающее в себе нереалистическую идеализацию» [63] и описание событий в терминах этого понятия. В своей механике Ньютон использовал представление о коперниковой системе, отображающей реальное физическое пространство — вместилище, заполненное эфиром. Такое представление до некоторой степени напоминает понятие о месте Аристотеля. И именно поступательное движение тела относительно пространства, эфира и тел, находящихся в них без взаимодействия с первыми, становится у него движением по инерции. Неинерциальным оставалось движение с ускорением, и только потому, что оно обусловливалось либо воздействием внешних сил, либо вращением.
Введение последователями Ньютона представления об инерциальных системах отсчета стало деформацией ньютоновской механики, превращало эти системы в самостоятельные сущности, делало излишним представление о физическом пространстве и совсем ненужным понятие «эфир». Первым это заметил и сразу же отбросил эфир, как и эфирное пространство — Эйнштейн, сначала заменив пространство как реальность пустотой и координатными мнимостями, а затем инерциальными системами отсчета. И поэтому в современной физике вещественное пространство описывается не как телесное образование, взаимодействующее со всеми телами, а как абстрактное пустое вместилище, заполненное не взаимодействующими с пространством полями и телами.
В теории функции инертного пустого пространства приписаны мыслимым инерциальным системам отсчета. Прямым следствием введения инерциальных систем оказался произвольный отрыв движения тела от вещественного пространства и превращение последнего в инерциальную, первичную систему отсчета (в которой можно поместить неподвижного наблюдателя), а тела - во вторичную систему отсчета (в нее усаживается движущийся наблюдатель). Наблюдателей, как дополнение к инерциальным системам отсчета, впервые использовал Мах.Естественно, что наблюдатель понимает наблюдаемое событие не таким, каким оно происходит в природе, а таким, каким оно должно быть по той теории, приверженцем которой является ученый, посадивший этого наблюдателя (не случайно А.А Денисов наименовал их «зеваками» [64]). Являясь исполнителями субъективных устремлений ученого, они как бы выполняют функцию «независимого прибора», подтверждающего предлагаемые посылки, и потому наблюдатель в тележке не должен замечать взаимодействия движущегося тела с веществен-ным пространством, что до него и за него делает автор теории, превращая субъективные домыслы в «реальную» действительность и демонстрируя кажущуюся относительность этого движения.
Приведу еще один пример описания поступательного движения с ускорением тележки (вторичной системы) относительно инерциальной коперниковой первичной системы отсчета. По горизонтальным рельсам с пренебрежительно малым трением катится тележка (вторичная система отсчета), увлекаемая закрепленном на блоке грузом (рис. 33). На тележке массой т установлен отвес массой т'. Опускаемое под действием притяжения Земли тело М сообщает тележке постоянное ускорение. При этом отвес отклоняется в сторону, противоположную ускорению на угол α. Величина отклонения угла α определяется однозначно ускорением тележки относительно инерциальной системы отсчета и остается неизменной в последующем (?).
Рис. 33.
В этом рассуждении замаскирована ошибка. Она заключается в том, что тележка движется не относительно инерциальной системы отсчета, а относительно Земли. И если относительно мыслимой системы отсчета, с которой тележка, естественно, не взаимодействует, она кажется движущейся с постоянным нараста-нием скорости, не влияющей на ее физическое состояние (не меняющей ее качество). То при движении с постоянным ускорением по поверхности Земли изменение скорости движения сопровождается реальным изменением взаимодействия тележ-ки с Землей, которое и вызывает соответствующее изменение угла отклонения отвеса α, т.е. фиксируется новое качество тележки.
Ошибочная форма понятийного описания ускоренного движения определила, в свою очередь, порядок математического доказательства неизменности ускорения α. Покажу, как оно логически проводится. Сначала определяется масса тележки с отвесом M'.
М' = т' + т.
Уравнение движения под действием силы натяжения нити F записывается в виде:
М° = Mg – F, где M'a = F.
Исключив из этих уравнения F, найдем ускорение а:
а = Mg/ (М + М°) = kg,
где k = М/(М + М°) = const.
Полученный некорректный результат однозначно подтверждает принятый постулат о неизменности ускорения а и полное отсутствие взаимодействия с окружающим пространством движущихся тел (тележки с отвесом). Поскольку k определяется делением неизменных (?) масс (отмечу, что и массы изменяются, что не учитывается в данных рассуждениях), то он остается неизменным всегда, а вместе с ним остается постоянной величиной и ускорение а и сила инерции Р = М°а.
Теперь задачей наблюдателей становится подтверждение «математически доказанной» неизменности ускорения и силы инерции, а следовательно, и относительности движения с постоянным ускорением. Вот как они справляются с этой задачей [65].
С точки зрения «неподвижного» наблюдателя (рис. 33,а): Поскольку отвес отклонен на постоянный угол а (это некорректно «доказывается» математически, но не экспериментально), он движется вместе с тележкой с постоянным ускорением а. Происхождение движения обусловлено действием на массу отвеса т силы та в горизонтальном направлении. Если F' сила натяжения нити отвеса, то горизонтальная составляющая F'·sinα должна равняться та. То есть у неподвижного наблюдателя даже мысли не возникает об экспериментальной проверке истинности математического доказательства. И он оперирует теми же математическими аргументами, основанными на постулате о том, что масса движущегося тела остается неизменной и в покое и в движении.
С точки зрения движущегося наблюдателя, отслеживающего как (предполагаемое теоретиком неизменное) отклонение отвеса на угол α, так и перемещение тележки относительно Земли, констатируется, что, поскольку отвес отклонен и покоится относительно тележки (то, что отвес покоится в движущейся с ускорением тележке, — тоже домысел теоретика), сумма всех действующих на него сил равна нулю. На отвес под углом друг к другу действуют сила земного тяготения F = mg и сила натяжения нити F'. Их сумма компенсируется силой Fо = – та (рис. 33, б), равной по величине и противоположной по направлению сумме сил F' и mg, и наблюдатель движущийся «...в вагоне с наглухо закрытыми окнами... мог бы следить за движением отвеса, но ничего не знал бы о движении вагона.
Не зная, движется ли вагон с ускорением относительно коперниковой системы отсчета (точнее, не представляя физического механизма движения с ускорением – А.Ч.), движущийся наблюдатель не мог бы утверждать, что отклонение отвеса объясняется действием сил инерции. С таким же основанием он мог бы предложить и другое объяснение: вагон на рельсах закреплен неподвижно, но к нему справа приблизилась большая масса, сила тяготения которой и вызвала отклонение отвеса. Возможность двоякого истолкования поведения отвеса наблюдателем в вагоне с наглухо закрытыми окнами является следствием эквивалентности сил инерции и сил тяготения», — утверждает вслед за предыдущими авторами профессор Хайкин [65].
И возвращаясь к движущимся вагонам (см. рис. 32), еще раз отмечу, что классическая механика рассматривает движение вагона с одним и тем же линейным прибавлением скорости независимо от внешнего пространства и гравитационного поля. По ней вагон, движущийся с постоянным ускорением по горизонтальной поверхности, и отвес в нем не взаимодействуют с гравиполем Земли и не испытывают никаких физических изменений, оставаясь тождественными своему состоянию покоя. И далее. Поскольку грузик отвеса взаимодействует с вагоном только через подвеску, то при ускоренном движении вагон постоянно «уходит» из-под отвеса на одну и ту же величину, которую фиксирует угол α. Поэтому при неизменном линейном ускорении угол α остается постоянным. Для тела же, находящегося в вагоне, стремление вагона «уйти» из-под него фиксируется как инерциальная сила, действующая по горизонтали в направлении, противоположном движению вагона. Векторная сумма инерциальной и гравитационной сил остается неизменной для ускоренного движения, но вес уменьшается с возрастанием скорости по поверхности Земли, вызывающей появление силы, направленной вертикально вверх. И эти механистические фантазии называются классической механикой.
Неизменность веса при ускорении и не связанное с ускорением уменьшение его же с возрастанием скорости и демонстрирует независимость ускорения от скорости и отсутствия связи между ними и гравитационным полем пространства. Ускорение само по себе становится основной сущностью, не зависящей от пространства, и затушевывает тот факт, что ощущаемое нами ускорение есть следствие взаимодействия с гравиполем Земли. В механике оно отражает только наблюдаемое изменение скорости за единицу времени относительно поверхности. И связано только со скоростью перемещения. Скорость же, в свою очередь, жестко связана с напряженностью гравиполя, и именно гравиполе определяет механизм поведения тел. Рассмотрим этот механизм.
Прежде всего, движение тела-грузика в некотором направлении во внешнем гравиполе вызывает возрастание напряженности внешнего гравиполя, последнее сжимает грузик так же, как сжимается тело при падении. Деформация грузика сопровождается появлением силы F° направленной в сторону, противоположную возрастающей напряженности. Именно сила, обусловленная возрастающей деформацией движущегося с постоянным ускорением тела, является силой инерции. А изменившаяся напряженность собственного гравиполя тела есть наблюдаемое ускорение с обратным знаком.
Сила инерции Fо может быть рассчитана по уравнениям классической механики следующим образом. Поскольку грузик отвеса увлекается с постоянным ускорением а, деформация грузика сопровождается появлением силы Fо, направленной в противоположную сторону, то за промежуток времени t он приобретет скорость v' равную:
v' = vо + аt, (3.56)
где vо – начальная скорость вагона (грузика).
Напряженность внешнего гравиполя на поверхности Земли определяется уравнением:
g = v2/R,
где v – первая орбитальная скорость.
Грузик, двигаясь по поверхности, будет менять свою напряженность g' по такому же закону:
g' = v'2/R. (3.57)
Или, подставляя в (3.57) значение v' из (3.56):
g' = (vо + аt)2 /R, (3.58)
где g' и есть то ускорение (собственная изменяемая напряженность гравиполя тела), которое определяет количественную величину силы инерции Fо. В отличие от изменяющегося линейно ускорения а ускорение g' возрастает по параболическому закону и вместе с ним возрастает сила Fо: Fо = mg'.
Сила Fо направлена против движения вагона и потому постоянно отклоняет грузик в этом направлении, последнее вызывает постоянное возрастание угла α. Именно изменение угла α можно замерить метром, транспортиром многими другими приборами и тем самым зафиксировать все особенности движения вагона с постоянным ускорением.
Таким образом, при движении по поверхности Земли с одним и тем же ускорением a фактическое ускорение g', обусловленное изменением напряженности гравиполя тела под действием гравиполя земли, будет постоянно возрастать, а вместе с ней и горизонтальная сила Fо, действующая на отвес.
Изменение напряженности собственного гравиполя грузика g' обусловливает возникновение подъемной силы, приводящей к уменьшению веса тела ∆Р при движении с постоянным ускорением:
∆Р = Р – Fо = mg – mg' = mv2/R – m(v + аt)2/R. (3.59)
При равенстве напряженности внешнего гравиполя g и напряженности гравиполя грузика g' вес тела становится как бы равным 0.
Отмечу, что ускорение g возникает не только при движении с ускорением, но и при всяком движении с постоянной скоростью по поверхности Земли, а это означает, что отвес принципиально никогда не будет находиться в вертикальном положении в аппаратах, движущихся по поверхности с постоянной скоростью. Эксперимент, подтверждающий это положение легко поставить в горизонтально летящем самолете.
Таким образом, в современной теории отсутствует взаимосвязь ускорения а с изменением напряженности собственного гравиполя движущихся тел g', что приводит к некорректному описанию механизма их движения и к непониманию сути движения тел. Но поскольку существует прямая взаимосвязь сил инерции Fо и тяготения Р, возникает вопрос: а не являются ли силы инерции и силы тяготения одной силой? И действительно ли существует в природе разделение масс не инертные и гравитационные? Основанием для разделения массы на инертную и гравитационную послужили факты падения различных тел с одинаковым ускорением и одинакового периода колебания различных тел, т.е. одинакового воздействия тел друг на друга при взаимном притяжении и возникновение таких же сил при вращении тела по окружности на нити.
Проявление одинаковых последствий при «различных» формах взаимодействия гравитационных и инерциальных, в которых участвовали массы и силы, позволили И. Ньютону сделать вывод, что в этих взаимодействиях участвуют различные виды не связанных между собой различных масс: инерциальных и гравитационных. Однако конечным итогом этих взаимодействий было появление сил, и было сделано предположение, что проявление силы без участия масс получить невозможно. Физическое различие двух видов масс через силу прямо следует из следующего пояснения:
«Под врожденной силой я разумею единственно только силу инерции. Она неизменна. Тяжесть же при удалении от Земли уменьшается» [2].
Рассмотрим логику и обоснование разделения.
Сила F может быть получена из закона притяжения тела массой М' и Земли массой М:
F = М'МG/R2 = M'g, (3.60)
где G – гравитационная «постоянная»; R – расстояние между центрами тел; g – напряженность внешнего гравитационного поля.
g = MG/R2. (3.61)
Поскольку формула (3.60) не имеет в своем составе параметра движения, но включает гравитационную «постоянную» G и описывает чисто гравитационное притяжение масс, делается вывод, что участвующие во взаимодействии массы (3.60) являются гравитационными.
С другой стороны, сила F° получается при вращательном движении массы по инерции вокруг центра и описывается уравнением:
F° = М'v2/R, (3.62)
где v - скорость движения тела по окружности. А поскольку уравнение (3.62) не содержит гравитационных параметров, то и масса движущегося тела была постулирована инерциальной, а по массе и сила Fо, задействованная в уравнении (3.62), тоже становится инерциальной.
А так как в формулы (3.60) и (3.62) другие параметры не входят и отсутствуют (по крайней мере, отсутствовали в те времена) иные способы получения силы, то предположили, что сила возникает только в случае взаимодействия масс.
Ньютону было известно, что формула (3.62) описывает результаты воздействия центробежной силы, возникающей при вращательном движении тела с ускорением а, равном:
а = v2/R (3.63)
Если теперь ускорение а приравнять g (a = g), то величины сил, получаемых по формулам (3.60) и (3.62), окажутся равными. А это уже может являться логическим основанием для предположения равенства инертной и гравитационной масс. Это равенство и получило название принципа эквивалентности.
К тому же еще во времена Ньютона появилось подтверждение этому принципу, как следствие приравнивания друг к другу правых частей уравнений (3.60) и (3.62):
Mg = Rv2, (3.64)
и в левой части (3.64) получаем «чисто» гравитационную составляющую.
Инвариант (3.64) находится и при переносе из правой части в левую знаменателя в формуле (3.61):
R2g = MG. (3.65)
Инварианты (3.64) и (3.65), по-видимому, были известны во времена Ньютона, левую часть (3.65) он использовал для определения g в области Луны. Но не были известны способы образования данного инварианта с использованием других параметров, и потому он послужил дополнительным аргументом разделения масс на инертную и гравитационную.
Однако равенствами (3.64) и (3.65) не ограничиваются способы получения данного инварианта. Оказалось, что с использованием метода КФР ряд этого инварианта может включать любые физические параметры и образовывать их бесчисленное количество сочетаний:
const – R2vω= v2g/ω2 = FG/g = FR2/M = v4/g … и т.д. (3.66)
Особенность данных инвариантов, как уже говорилось, заключается в том, что их попарное приравнивание друг другу обусловливает возможность получения формул относительно любого параметра. В нашем случае искомым параметром является сила F. Приравняем из (3.66) инварианты с параметром F другим инвариантам и получим формулы с параметром М:
F = Mvω = MRω2 = Mv2/R2ω =..., (3.67)
F = v2g2/ω2G = Mv2ω2/G = Mgv2/R2ω2 =... (3.68)
Можно ли, имея эти формулы, сказать, что в уравнениях (3.67) масса является строго инерциальной, а в уравнениях (3.68) только гравитационной? Вряд ли.
Если о системе (3.67) с какой-то степенью неуверенности и можно полагать, что она инерциальная, то система уравнений (3.68) содержит и инерциальные и гравитационные параметры. А что делать с системой уравнений, включающих силу F при полном отсутствии массы М?
F = v4/G = Rv2g/G = R2g2/G = v2g2/Gω2 =... (3.69)
И хотя по Ньютону таких уравнений ожидать не следует, они существуют и доказывают, что сила есть свойство тел и может проявляться при рассмотрении инвариантной взаимосвязи любых иных свойств.
Что касается массы, то она может быть получена в различных сочетаниях параметров и инерциальных и гравитационных, даже из того небольшого набора инвариантов, которые образованы выше:
М = v2g/Gω2 = F/vω = RF/v2 = R2g/G = W/Rg = gF/ω2v2 =...
Естественно, что эти зависимости свойств, а их количестве бесчисленно, получаются только потому, что они завязаны в одну систему. И в этой системе невозможно не только определить, но даже предположить существование какого бы то ни было разделения массы на инерциальную, и гравитационную. А поскольку получается, что деление массы на инерциальную и гравитационную — формально-логическая ошибка, не адекватная природе, то существование так называемых инерциальных систем отсчета тоже становится сомнительным.
Полученные инварианты и уравнения можно количественно проверить, подставив вместо индексов в (3.60) – (3.69) количественную величину, например параметров Земли.
3.5. Абсолютность «относительного»
движения
Существование в классической механике неявного постулата о самонеподвижности тел, инертного вещественного простран-ства и отсутствия взаимодействия тел с пространством привело к тому, что механическое движение тел, их перемещение в пространстве, оказалось невозможно привязать и к эфиру, и к пространству, поскольку движущиеся тела не взаимодействовали с ними и оставались тождественными своему состоянию в покое. Последнее препятствовало возможности определения экспериментальными способами состояния покоя или равномерного прямолинейного движения приборами, находящимися внутри движущегося тела. Кажущаяся невозможность получения информации о движении привела к тому, что всякое движение тела по инерции (кроме света), т.е. равномерное прямолинейное движение без взаимодействия, было объявлено относительным.
Представление о невозможности обнаружения движения с постоянной скоростью отсутствовало у Аристотеля, было впервые выдвинуто Галилеем и аргументировалось следующим образом:
«Заключите себя с каким-нибудь приятелем в зале под палубой какого-нибудь большого корабля... и заставьте привести корабль в движение с какой угодно быстротой. И вот (если движение будет равномерным) вы не заметите ни малейшей перемены во всех явлениях и ни по одному из них не в состоянии будете судить - движется корабль или стоит на месте..., прыгая, вы будете проходить по полу те же самые пространства, как при покое корабля..., капельки из подвешенной к потолку кружки будут падать вертикально, и ни одна из них не упадет ближе по направлению ккорме...; мухи будут продолжать свои полеты безразлично во все стороны и проч.» [66].
Эта основанная на механистическом понимании движения аргументация, предполагающая возможность движения без взаимодействия, была полностью воспринята Ньютоном, послужила основой для формирования содержания закона инерции и до сих пор разделяется всеми физиками.
Развивая аргументацию Галилея, Ньютон в своих «Началах...» в определении III так сформулировал содержание инерции [2]: «Врожденная сила материи есть присущая ей способность сопротивления, по которой всякое отдельно взятое тело, поскольку оно предоставлено самому себе, удерживает свое состояние покоя или равномерного прямолинейного движения».
Дата добавления: 2015-07-11; просмотров: 70 | Нарушение авторских прав