Далее, согласно СТО, чтобы измерить длину движущегося стержня относительно неподвижной системы отсчета, необходимо определить координаты конца и начала стержня в этой системе отсчета, но обязательно одновременно. Это требование одновременности ведет к тому, что длина стержня при измерении его в системе отсчета, относительно которой он движется, оказывается меньше, чем при измерении его в системе отсчета, где он покоится. То есть
Каким образом эта ситуация отображается в модели СТО ? Если из точки М
(фиг. 1), расположенной посредине стержня AB
, в точки A
и B
послать световые сигналы, то наблюдатель в Д
обнаружит, что по его часам эти сигналы придут в точки A
и B
одновременно. По отношению же к стержню A`B`
световые сигналы придут одновременно в точки A`
и B``..
Но расстояние A`B``
и есть длина
, численно равная, согласно фиг. 1, величине
Таким образом, по отношению стержню A`B`
модель СТО адекватно отображает сокращение первоначальной длины
, имеющее место и в реальной ситуации. Причем, как и в СТО, в модели СТО (фиг. 1) указанное сокращение также связано с понятием одновременности.
В СТО физическая скорость света определяется из выражения
. Как эта ситуация отображается в модели ? В этом случае для наблюдателя в Д
длина стержня AB
равна нулю, т. е. собственной системы отсчета больше не существует. Остается только световой сигнал. Движение светового сигнала соотносить не с чем. Модель СТО показывает, что световой сигнал системой отсчета являться не может. Для светового сигнала не существует собственной системы отсчета. Если часами считать сам свет, то эти часы не идут, они стоят. Почему это происходит ?
В свое время Ньютон задался целью искуственно выделить некоторую основную всеобщую систему референции , к которой можно было бы отнести все наблюдаемые величины. В соответствии с этим замыслом Ньютон и построил систему абсолютного пространства-времени. Современная физика отказалась от ньютоновской системы референции и избрала новую скорость света. Именно к ней теперь относятся все наблюдаемые величины. Но, как можно видеть из модели СТО, световой сигнал не может в качестве системы отсчета, системы референции избирать самого себя. Отсчет временного процесса (движение луча света) может происходить только по отношению к стержню AB , но не по отношению к самому себе.
В модели СТО можно отобразить ситуацию, когда одна из систем отсчета движется равномерно-ускоренно (фиг. 2)
В этом случае величина c ` (на фиг. 2 справа) будет иметь вид
где 
- равномерное ускорение, x
-текущая координата. Величина же скорости света c` (на фиг. 2 слева ) по прежнему имеет вид
. Как видно из фиг. 2, симметрия двух систем отсчета (их равноправие) уже теряется. Из фиг. 2 также видно, что переход системы отсчета K`
из состояния равномерного и прямолинейного движения в состояние ускорения изменяет внутренние отношения в ускоренной системе отсчета K`
из-за изменения величины скорости света c`
, в то время как в СТО (фиг. 1) скорость света c`
изменялась из-за перемены внешних отношений между двумя системами отсчета K
и K`
. В общем же случае в неравномерно-ускоренных системах отсчета или в гравитационных полях величина скорости света обобщается и принимает вид
или, развернуто
где
, 
- метрические коэффициенты или гравитационные потенциалы , a 
Отсюда величина инвариантного интервала равна
(10)
что является первой ступенью для построения общей теории относительности. Однако в (10) величина 
есть скорость света в ускоренной системе отсчета K`
с точки зрения условно-неподвижного наблюдателя. Она и определяет собой скорость всех временных процессов в K` .
В равномерно-ускоренной системе отсчета имеем
или 
в соответствии с фиг. 2.
Таким образом, наша модель вполне адекватно отображает пространственно-временные отношения в СТО и, изучая ее, мы можем глубже понять сущность этой теории.
Подведем предварительные итоги :
1. Псевдоевклидовое пространство-время является следствием пространственно-временных отношений между структурными элементами физической материи и связывающих их полей. Утверждение о том, что электродинамика Максвелла-Лоренца выявляет псевдоевклидов характер пространства-времени, неверно по сути. Поля, распространяющиеся со скоростью света, не выявляют псевдоевклидовую геометрию, якобы существующую до этого, а организуют, формируют ее. Метрика пространства-времени не дана заранее, а создается безмассовыми полями посредством установления пространственно-временных отношений между массивными материальными объектами.
2. Инвариантная величина 
есть истинная неизменяемая протяженность движущегося тела потому она и инвариантна. Описывается же она через пространственно-временные характеристики светового сигнала. И только благодаря неуничтожимому движению светового сигнала пространство и время объединяются в единое пространственно-временное многообразие.
3. Величина или является скоростью света в движущейся равномерно и прямолинейно или, соответственно, ускоренно системах отсчета с точки зрения условно-неподвижного наблюдателя по отношению к истинной протяженности движущегося стержня, равной. Отсюда
. Скорость c`
и определяет скорость всех временных процессов в этих системах отсчета.
Таким образом, согласно изложенной выше интерпретации, в СТО нет ничего, кроме описания пространственно-временных свойств безмассовых полей в различных ИСО. Этот вывод, примененный к общей теории относительности, не затрагивая математической структуры ОТО, кардинальным образом изменяет ее интерпретацию, позволяя переосмыслить традиционный геометрический подход в теории гравитации ( [2], c. 28-39).
3. К ОБЩЕЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
В современной физике понятие кривизны пространства-времени до сих пор овеществляется. Но является ли кривизна чем-то субстанциональным, наподобие пространственной протяженности и временной длительности - неотъемлемых атрибутов материальных вещей, событий, процессов ?Нет, понятие кривизны отображает совершенно конкретные в каждом отдельном случае пространственно-временные математические отношения. А отношения по природе своей не имеют иного субстрата, кроме того, которым обладают носители данных отношений. Нет и не может быть отношений самих по себе , в виде некоторой субстанции, существующей помимо или наряду со своими носителями. Поэтому искать абстрактное отношение кривизны в "чистом виде" - вблизи звезд или в межгалактическом пространстве - такое же бесполезное занятие, как и попытка отыскать отношение собственности на фасадах домов, на полках магазинов и т. п. Или, например, производственные отношения - на руках и лицах рабочих и интеллигенции. Геометрические отношения, как и любые другие, сами по себе не имеют какой-либо иной объективной реальнности, помимо той, какую дают им носители данных отношений. Поэтому бессмысленными выглядят тезисы типа следующего: "в мире нет ничего, кроме искривленного пространства-времени". Не составляет особого напряжения ума для уяснения того простого и очевидного факта, что кривизна не является атрибутивно-субстратной хараектеристикой пространства-времени, а представляет собой результат определенного отношения геометрических величин, причем не просто двучленного, а сложного и многоступенчатого математического отношения.
Отношения в отрыве от своих носителей не поддаются чувственному восприятию. Это одна из основных причин отсутствия наглядности, что характерно для многих современных теорий, которые не являются наглядными вовсе не потому, что выражают какую-то особую реальность, неизвестную науке прошлого, а лишь потому, что отображают определенные отношения и различные системы таких отношений. Ясно, что кривизна, представляющая собой результат определенного вида геометрических отношений, не является некой сущностью материального мира. Понятие искривленного пространства-времени - всего лишь отражение определенной совокупности пространственно-временных отношений, объективно существующих в материальной действительности.
Ниже мы покажем что и в общей теории относительности материальным носителем пространственно-временных отношений являются безмассовые кванты энергии. И они же являются материальной основой для понятия "кривизна пространства-времен и"
Уравнения геодезической следуют из соотношения и уравнения Эйлера-Лагранжа ([4], с. 212)
(11)
Непосредственной проверкой можно убедиться, что результат записывается в виде
где S - длина дуги, определенная равенством
Если рассматривать S как параметр, то S `= 1 , S``=0 и это уравнение приобретает вид
(11`)
в соответствии с геометрической идеологией ОТО. Однако с новой точки зрения величина c` в (11) есть скорость света в ускоренной системе отсчета. Тогда движение пробного тела по геодезической обусловлено не геометрией пространства-времени, как чем то первичным, а изменением скорости света c` между структурными элементами пробного тела под влиянием гравитационного поля.
Чтобы показать это, рассмотрим мысленный эксперимент. В рамках данного мысленного эксперимента есть возможность выявить существенное и отбросить второстепенное с помощью построения модели, элементы которой могут быть подвергнуты математической обработке. В этом отношении всегда желательно построить относительно простую модель сложного явления.
Пусть в системе отсчета K` расположен невесомый цилиндр высотой h (фиг. 3)
Обозначим верхнюю крышку цилиндра через S2
, нижнюю через S1
. Пусть эта система отсчета K`
вместе с жестко закрепленным к ней невесомым цилиндром движется равномерно-ускоренно в направлении положительных значений Z
с ускорением
. Пусть из S2
в S1
испущен квант света фотон с энергией E
и мы рассматриваем этот процесс в некоторой системе K
, которая не обладает ускорением. Положим, что в тот момент, когда энергия излучения E
переносится из S2
в S1
, система K`
обладает относительно системы K
скоростью, равной нулю. Световой квант достигнет S1
спустя время 
(в первом приближении), где c
-скорость света. В этот момент S1
обладает относительно системы K
скоростью
. Поэтому, согласно СТО, достигающее S1
излучение имеет не энергию E
, а большую энергию E1
, которая в первом приближении связана с E
соотношением
(12)
где 
Импульс, передаваемый излучением стенке S1 , найдем из соотношения
(13)
Пусть световой квант с такой же энергией E излучается из S1 в сторону S2 . Тогда энергия излучения, достигающая стенки S2 и передаваемый импульс будут иметь следующий вид
(14)
(15)
Если в системе K` мы одновременно излучим два кванта света одинаковой энергии один в сторону S1 и второй в сторону S2 , то импульсы отдачи, как будет показано, взаимно скомпенсируются и основную роль будут играть импульсы (13) и (15). Тогда имеем
Так как
, то 
или 
где 
- инертная масса
Таким образом, невесомый цилиндр, в котором находится излучение, в результате ускорения ведет себя так, как будто он обладает инертной массой, причем импульс этой инертной массы, как легко видеть из фиг. 3, направлен в сторону, противоположную вектору ускорения
.
Пусть цилиндр движется относительно системы K
равномерно и прямолинейно со скоростью v
. В этом случае импульсы отдачи не скомпенсируются. Действительно, если фотон, испущенный из S2
, имел в инерциальной системе K
импульс
, то импульс отдачи будет
. Преобразуем его в систему K`
по известной формуле преобразования импульса. С точностью порядка 
получим
Аналогично для импульса отдачи стенки S1 получим
Здесь знак минус возникает из-за того, что скорость v
направлена противоположно импульсу отдачи
. Таким образом, суммарный импульс отдачи в системе K
` равен по абсолютной величине 
и точно компенсирует суммарный импульс фотонов, так что полный импульс системы равен нулю. Следовательно, раскомпенсации импульсов фотонов при равномерном и прямолинейном движении не происходит. Что же произойдет, если цилиндр ускоряется ? Пусть фотоны из S1
и S2
испущены в момент, когда система K`
имеет относительно системы K
скорость, равную нулю. В этот момент времени импульсы отдачи 
и 
преобразуются в систему K`
со значениями, равными
и 
так как v=0 , и точно компенсируют друг друга. В то же время импульсы самих фотонов, достигнув противоположных стенок изменятся, согласно формулам (13) и (15), в результате изменения скорости цилиндра от 0 до v. Внешне это проявится как наличие инертной массы. Эту ситуацию можно рассмотреть и в любой другой момент времени, связав с ускоренной системой отсчета мгновенно сопутствующую систему отсчета.
Эйнштейн указал простой физический пример, позволяющий легко понять, почему масса и энергия связаны друг с другом соотношением
. Он рассмотрел для этого покоящийся относительно лаборатории ящик массы
. Пусть этот ящик заполнен электромагнитным излучением, находящимся в термодинамическом равновесии с его стенками. Обозначим энергию этого излучения через
.
Известно, что электромагнитное излучение оказывает давление на стенки содержащего его ящика, подобно давлению, вызываемому газом. Пока ящик покоится или движется равномерно, полная сила, приложенная к каждой его стенке, уравновешивается силой, приложенной к противоположной стенке. Если же ящик подвергается ускорению
, то благодаря этому ускорению отражающееся от задней стенки ящика излучение будет приобретать дополнительный импульс, тогда как излучение, отражающееся от его передней стенки, будет терять часть своего импульса.
Если произвести подробный подсчет происходящего при этом изменения давления на стенки движущегося ящика, то окажется, что полная сила, действующая на ящик со стороны излучения, равна
Эта сила направлена против ускорения. Поэтому уравнение движения всей системы будет иметь вид
где 
- внешняя сила. Это уравнение можно переписать:
Поэтому наличие энергии излучения соответствует появлению добавочной "эффективной массы" 
в том смысле, что эта масса приводит к такому же возрастанию инертности тела (его сопротивления ускорению), как и обычная масса, что и представляет собой одно из характерных проявлений того физического свойства, которое называют "массой" ([5], с. 118-119).
Из этого примера, приведенного Д. Бомом в своей книге, видно, что если равно нулю (т. е. ящик невесом), мы приходим к нашему невесомому цилиндру на фиг. 3. Наш подход отличается от вышеуказанного тем, что мы трактуем любую инертную массу (в том числе и массу ящика) через посредство безмассовых квантов энергии (в так называемой модели геона), о чем будет сказано ниже.
Таким образом, массивную частицу можно представить как невесомый сосуд, в котором происходит обмен безмассовыми переносчиками взаимодействия. При ускорении такого сосуда суммарный импульс, передаваемый сосуду, становится не равным нулю, что проявляется в форме инертности сосуда. Модель инертной массы очевидным образом показывает, что инерция материальных тел есть их внутреннее свойство и принцип Маха к весомым материальным телам неприменим. Подобный цилиндр будет обладать инерцией и в отсутствие горизонта удаленных масс. Это согласуется с тем фактом, что ОТО никак не связана с принципом Маха. Из модели массы следует, что пробные тела инертны относительно движущихся безмассовых квантов энергии. Скорость света и является той абсолютной системой референции, тем горизонтом , по отношению к которой возникает инертность материальных тел.
Многие физики справедливо рассматривают принцип Маха как псевдопроблему. Дирак считал этот принцип физически непонятным и, следовательно, стоящим вне всякого подлинного физического знания и потому он не может находиться в арсенале серьезного, ответственного ученого. Между
29-04-2015, 01:56