МЕНЮ

О постоянстве скорости света

В данной статье на основе фотонной концепции раскрывается физическая сущность понятия свет, на основании которой показывается несостоятельность второго постулата А. Эйнштейна о постоянстве скорости света.

Введение. Предположение о постоянстве скорости света было выдвинуто Альбертом Эйнштейном [1] в качестве второго постулата его знаменитой специальной теории относительности (СТО): “Любой луч света движется в “неподвижной” системе отсчёта с определённой скоростью c, независимо от того, испущен ли луч неподвижным или движущимся телом.

Обоснованию этого постулата в течение последнего столетия было посвящено множество астрономических наблюдений и экспериментальных исследований [2]. Многократно на протяжении этого времени постулат подвергался сомнениям со ссылками на недостаточную точность измерений, что, как правило, было связано с малой скоростью v движения источника по отношению к скорости света c и, кроме того, указывалось, что постулат противоречит классическому закону сложения скоростей [3].

Тем не менее, в среде профессионалов споры вокруг СТО прекратились уже более полувека назад. Но и по сей день редакции физических журналов постоянно осаждают любители, предлагающие варианты пересмотра СТО и, в частности, второго постулата, утверждающего постоянство скорости света для всех инерциальных систем отсчёта [2].

Проблема в том, что постоянство скорости света мистифицировано так же,  как постоянная Планка и постоянная тонкой структуры. Оно является таинственной загадкой для физики, которая второе столетие не может объяснить, почему скорость света не зависит от скорости источника света и скорости наблюдателя, относительно чего свет распространяется с постоянной скоростью (иначе говоря, относительно чего отсчитывается постоянная скорость света), и каким образом свет распространяется с постоянной скоростью. К тому же, наряду с открытием постоянства скорости света, выяснилось, что не существует эфира – вещества, считавшегося носителем световых волн в межзвёздном пространстве. И распространение волн света при отсутствии их носителя – в вакууме – ставит физику в тупик.

Отсутствие ответов на выше поставленные вопросы начинает играть важную роль в ряде отраслей физики, в частности, в астрономии [4]: радиолокационное определение астрономической единицы и некоторых астрономических постоянных путём радионаблюдений искусственных космических тел тесно связано с точными измерениями скорости света. Хотя скорость света c в настоящее время надёжно известна с точностью до шестого знака, однако, погрешность величины скорости света является единственным крупным источником ошибок радиолокационных измерений, если результат их необходимо получить с точностью до километров.

В электродинамике и метрологии [5]:  Электродинамика дала возможность установить вторую, независимую от закона Кулона, систему мер. Можно, например, в качестве единицы силы тока выбрать такой ток, который, протекая в длинном проводнике на расстоянии одного сантиметра от второго такого же проводника с таким же током, действует на единицу длины последнего с силой в одну дину. Эта электромагнитная единица такова, что равная ей сила тока в течение единицы времени дает конденсатору единицу количества электричества. Это с необходимостью привело к вопросу об отношении к электростатической единице, определенной законом Кулона. Из соответствующих формул увидели, что это отношение имеет размерность скорости. Его значение измерил в 1852 г. Вильгельм Вебер с удивительным результатом: это есть скорость света, равная 3 • 1010см/сек.  Джемс Клерк Максвелл проверил этот результат в 1868-1869 гг. с более высокой точностью, так как это имело основополагающее значение для электромагнитной теории света. В дальнейшем определение этого отношения было так усовершенствовано, что и сейчас считается точным измерением скорости света.

Однако, в 30-е годы ХХ ст. Н. П. Кастериным было показано [6], что уравнения Максвелла по точности своих результатов “не в состоянии обнять все явления электромагнетизма, известные в настоящее время. Современная теоретическая физика пытается достигнуть этой цели путем надстроек в виде релятивистской, квантовой и волновой механики, изменяя, обобщая и даже извращая основы классической механики и физики, но допуская tacito consensu, что уравнения Максвелла абсолютно точны. С нашей точки зрения уравнения электромагнитного поля Максвелла только первые приближения, и их недостаточность в настоящее время происходит оттого, что точность современных измерений  в электродинамике неизмеримо возросла по сравнению с временами Фарадея, Максвелла, Герца, со времени их установления.”

В результате проведенного исследования им был сделан вывод о том, что “обобщенные уравнения электромагнитного поля отличаются от уравнений Максвелла не только тем, что они нелинейны, но и тем, что скорость света c внутри поля переменна.”

На ограниченность уравнений Максвелла, обусловленных допущением постоянства скорости света, также указал  В. А. Ацюковский в работе [7]: “электрическое поле имеет продольное, а не поперечное распространение, что никак не вытекает из известных уравнений Максвелла”.  Такой характер электрического поля обусловлен неравномерным распределением носителей электрического заряда (фотонов), т.е. их разной скоростью движения.

Из выше изложенного следует, что, несмотря на не прекращающиеся доказательства постоянства скорости света сторонниками квантово-релятивистской концепции, решение этой проблемы далеко от завершения и имеет современный актуальный характер.

 

Философский аспект проблемы.  Пренебрежительное отношение части исследователей к достижениям философии приводит к появлению ложных научных концепций, на базе которых появляются следующие поколения недееспособных научных и технических проектов [8]. Одной из таких проблем стало постоянство скорости света.

Современное отношение сторонников квантово-релятивистской концепции к философии отражено в интервью [9] вице-президента РАН Г. А. Месяца, данному корреспонденту Российской философской газеты Сергею Шаракшанэ:

“-Геннадий Андреевич, вам в профессиональной деятельности ученого

философия помогала?

— Наше поколение особое, и жили мы при особой философии, никакой другой

философии не было. Если говорить честно, конечно, она нам, ученым, была не нужна и

ничего не давала.”

Доминирующая последнее столетие квантово-релятивистская концепция сформировала определенный тип мышления в физике — абстрактное:

“В отличие от физики XVIII и XIX вв., пытающейся понять внутреннюю суть явлений и сводящей сложные явления к поведению элементов, участвующих в этих явлениях, физика ХХ в. фактически сняла эти цели. Целями развития некоторых областей физики стало подразумеваться создание внутренне непротиворечивого описания с помощью все более усложняющегося математического аппарата.” [10]

С точки зрения мыслительной деятельности человека абстрактное мышление представляет собой высшую ступень. В диалектической логике понятие абстракция часто употребляется в негативном смысле: как нечто одностороннее, неразвитое, слишком оторванное от жизни, в отличие от конкретного. [11]

Абстрактное мышление не может быть у всех одинаково. Как его отсутствие, так и чрезмерное увлечение может вызвать определенные проблемы. Решение этой задачи в физике дает философия.

В этой связи следует вспомнить работу Гегеля Г. «Кто мыслит абстрактно?» и блестящую статью-комментарий [12] советского философа Э.В. Ильенкова.

Э.В. Ильенков:

“– Так кто же мыслит абстрактно?

            – Необразованный человек, а вовсе не просвещенный.”

Такой «образованный читатель» – не редкость и в наши дни. Обитая в уютном мирке шаблонных представлений, с которыми он сросся, как с собственной кожей, он всегда испытывает раздражение, когда наука показывает ему, что вещи на самом-то деле совсем не таковы, какими они ему кажутся. Себя он всегда считает поборником «здравого смысла», а в философской диалектике не видит ничего, кроме злокозненной наклонности «выворачивать наизнанку» обычные, «общепринятые» значения слов. В диалектическом мышлении он видит одно лишь «неоднозначное и нестрогое употребление терминов», искусство жонглировать словами с противоположным значением – софистику двусмысленности.”

И если принять все это во внимание, то сразу же начинает выглядеть по-иному и проблема «абстракции». «Абстрактное» как таковое (как «общее», как «одинаковое», зафиксированное в слове, в виде «общепринятого значения термина» или в серии таких терминов) само по себе ни хорошо, ни плохо. Как таковое оно с одинаковой легкостью может выражать и ум, и глупость. В одном случае «абстрактное» оказывается могущественнейшим средством анализа конкретной действительности, а в другом – непроницаемой ширмой, загораживающей эту же самую действительность. В одном случае оно оказывается формой понимания вещей, а в другом – средством умерщвления интеллекта, средством его порабощения словесными штампами. И эту двойственную, диалектически-коварную природу «абстрактного» надо всегда учитывать, надо всегда иметь в виду, чтобы не попасть в неожиданную ловушку…

            В этом и заключается смысл гегелевского фельетона, изящно-иронического изложения весьма и весьма серьезных философско-логических истин. “

В современной физике за непроницаемой ширмой стоят такие фундаментальные понятия как электрический заряд, электрическое и магнитное поля, постоянная Планка и постоянная тонкой структуры и т. д. Постоянство скорости света также относится к этой категории.

 

Фотонная концепция света. Раскрыть проблему постоянства скорости света невозможно без вскрытия физической сущности понятия свет. Согласно современным представлениям:

 СВЕТ — 1) в узком смысле — то же, что и видимое излучение, т. е. электромагнитные волны в интервале частот, воспринимаемых глазом (7,5*1014— 4,0*1014 Гц), что соответствует длинам волн в вакууме от ~400 до ~760 нм. Свет очень высокой интенсивности глаз воспринимает в несколько более широком диапазоне. Световые волны разд. частот воспринимаются человеком как различные цвета (подробнее см. в ст. Колориметрия ).

2) Свет в широком смысле — то же, что оптическое излучение. [13]

ОПТИЧЕСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ — электромагнитные волны, длины которых заключены в диапазоне с условными границами от единиц нм до десятых долей мм (диапазон частот ~3 х 1017 — 3 х 1011 Гц). К оптическому излучению помимо воспринимаемого человеческим глазом видимого излучения (обычно называемого светом) относятся инфракрасное излучение и ультрафиолетовое излучение. [14]

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ — электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве с конечной скоростью. [15]

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ – взаимосвязанные колебания  электрического (E) и магнитного (Н) полей, составляющих единое электромагнитное  поле. [16]

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ – физическое  поле, взаимодействующее с электрически заряженными частицами вещества, а также с частицами, имеющими собственные дипольные и мультипольные электрические и магнитные  моменты. [17]

ПОЛЯ ФИЗИЧЕСКИЕ – физические  системы, обладающие бесконечно большим числом степеней свободы. [18]

ФИЗИЧЕСКАЯ СИСТЕМА — объект физических исследований, такое множество взаимосвязанных элементов, отделенных от окружающей среды, что взаимодействует с ней, как целое. [19]

Таким образом, последовательно раскрывая выше указанные представления современной физики о свете можно сделать следующий вывод: свет это некоторое множество взаимосвязанных элементов, отделенных от окружающей среды, которые  взаимодействует с ней, как целое.

Такова логика абстрактного мышления при вскрытии физической сущности понятия свет на основе современных представлений физики. Очевидна абсурдность  такого представления о свете.

Исторически [20] представления о свете складывались как поток частиц, однако, в конце XVII века на основе развития теории представлений о свете возникли две концепции – корпускулярная (Ньютон – Декарт) и волновая (Гук – Гюйгенс).

Корпускулярные воззрения на природу света И. Ньютон развил в стройную теорию истечения. Свет – корпускулы, испускаемые телами и летящие с огромной скоростью.   Ньютон изложил теорию света на абстрактном уровне, не вникая в физическую сущность световых корпускул и среды, в которой они летят. Его теория осталась фактически необоснованной и поэтому стала легко доступной для критики. Тем не менее, в течение ста с лишним лет корпускулярная теория имела гораздо больше приверженцев, чем волновая. Однако в начале XIX в. французскому физику О.Ж. Френелю удалось на основе волновых представлений объяснить все известные в то время оптические явления. В результате волновая теория света получила всеобщее признание, а корпускулярная теория была забыта почти на столетие.

Возрождению корпускулярной ньютоновской теории света в начале ХХ столетия способствовала концепция фотона, заложенная работами Дж. Стони (электрон),

Ф. Эренгафта (субэлектрон), М. Планка (квант), а также работами в области теории фотоэффекта (Г. Герц, А. Г. Столетов, А. Эйнштейн).

В 1905 г. А. Эйнштейн выдвинул идею, обобщавшую гипотезу квантов  М. Планка, и положил ее в основу новой теории света (квантовой теории фотоэффекта). Согласно теории Эйнштейна, свет с частотой ν не только испускается, как это предполагал Планк, но и распространяется и поглощается веществом отдельными порциями (квантами), энергия которых  E = h· ν. Таким образом, распространение света нужно рассматривать не как непрерывный волновой процесс, а как поток локализованных в пространстве дискретных световых квантов, движущихся со скоростью распространения света в вакууме (с). Квант электромагнитного излучения получил название фотон. [21]

Неспособность физики ХХ столетия разобраться с сущностью фотона [22] привела ее к созданию мифов о корпускулярно-волновом дуализме и постоянстве скорости света. Несмотря на то, что концепция фотона все еще находится на стадии доказательства [23], именно она позволяет решить выше указанные проблемы, связанные с постоянством скорости света.

Согласно корпускулярной теории света и гипотезы квантов М. Планка очевидно, что свет представляет собой поток фотонов, а согласно эфиродинамической концепции [24],  средой существования фотонов является эфир. Поток фотонов совместно с эфиром образуют фотонный газ. На основании этого можно дать следующее определение:

Свет это поток фотонного газа, частицы (фотоны) которого образуют излучение,  длины волн которых заключены в диапазоне с условными границами от единиц нм до десятых долей мм (диапазон частот ~ 3 ·1017 — 3·1011 Гц), предназначенный для переноса энергии.

Фотон [20] это элементарная частица, представляющая собой замкнутый тороидальный вихрь уплотненного эфира с кольцевым движением тора (как колеса) и винтовым  движением внутри него, осуществляющая поступательно-циклоидальное движение (по винтовой траектории), обусловленное гироскопическими моментами собственного вращения и вращения по круговой траектории  и предназначенная для переноса энергии.

Фотон это элементарная частица обладающая двойным гироскопическим эффектом, которые обуславливают высокую стабильность его параметров, в частности, постоянство скорости прямолинейного движения.

Фотон это понятие, которое относится к множеству элементарных частиц, основным свойством  которых является зависимость их параметров от длины волны, например, скорость фотонов (ν) зависит только от длины волны (λ) , ν = f (λ).

Длина волны фотона, в отличие от электромагнитной волны,  это период движения по поступательно-циклоидальной траектории.

Таким образом, скорость отдельно взятого фотона (λ = const) это величина постоянная, не зависящая от системы пространственных координат и системы отсчёта времени, т. е. от систем отсчета.

Эта особенность фотонов  была положена  А. Эйнштейном в основу второго постулата. Несостоятельность второго постулата Эйнштейна заключается в том, что луч света представляет собой поток фотонного газа, частицы-фотоны которого, согласно зависимости ν= f (λ), движутся с разными скоростями. Доказательством того, что фотоны в луче света имеют разные длины волн, а значит и скорости, служит известное еще Ньютону явление дисперсии света [25]. Экспериментальным доказательством зависимости скорости от длины волны фотона являются работы в области лазерной генерации частоты. Например, по данным, приведенным в работе [26], показано, что установленная постоянная скорости света в вакууме, равная  299792458 ±1,2 м/с [27], это ничто иное как скорость фотонов длиной волны 3,39 мкм. Там же показано, что фотоны, имеющие длину волны меньше 3,39 мкм движутся с большей скоростью, т. е. больше скорости света. Согласно эфиродинамической концепции предельным значением скорости фотонов (гамма-фотонов) является вторая звуковая скорость эфира, гипотетическое значение которой равно 3·108 м/с. [24]

Особенностью данного параметра фотонов (ν = f (λ)) является то, что в области существования фотонов в диапазоне длин волн от ед. пм  до  десятых долей мм изменение скорости прямолинейного движения составляет порядка 0,1%, а в оптическом еще меньше. Т. е. скорость прямолинейного движения фотонов носит квазипостоянный характер.

Существующие способы измерения скорости света не учитывают зависимости скорости фотонов от длины волны, а оперируют некоторой интегральной, т. е. обобщенной характеристикой в области оптического излучения, которая для данного диапазона волн всегда будет постоянной или ее изменение будет находиться за пределами погрешности измерений [28]. С этой точки зрения эти способы измерения являются некорректными и не могут служить доказательством постоянства скорости света.

Не достигнув результата в доказательстве постоянства скорости света в оптическом диапазоне сегодня для сохранения позиций СТО используются новые способы. В частности, в работе [29] сообщается о наблюдении сверхсветовой скорости нейтрино. Там же делается обоснование и вывод: заявленный результат коллаборации OPERA трудно вместить в какие-либо, даже в самые экзотические теоретические модели, т. е. нейтрино не может двигаться со сверхсветовой скоростью.

Таким образом, наглядно демонстрируется незыблемость позиций СТО.

“Фокус” данного мероприятия заключается в том, что нейтрино, как элементарной частицы, в природе не существует, а потому и результат этого эксперимента носит чисто виртуальный характер, т. е. представляет собой очередную ширму.

 

Выводы. Основой квантово-релятивистской концепции физики ХХ столетия стало создание внутренне непротиворечивого описания физических явлений с помощью все более усложняющегося математического аппарата, с точки зрения философии являющегося абстрактным мышлением. Опыт использования абстрактного мышления показывает его противоречивость: В одном случае «абстрактное» оказывается могущественнейшим средством анализа конкретной действительности, а в другом – непроницаемой ширмой, загораживающей эту же самую действительность.

            Современное представление о свете не раскрывает его внутренней сущности. Решение этой проблемы стало возможным с использованием фотонной концепции, на основании которой дано определение понятия света: Свет это поток фотонного газа, частицы (фотоны) которого образуют излучение,  длины волн которых заключены в диапазоне с условными границами от единиц нм до десятых долей мм (диапазон частот ~ 3 ·1017 — 3·1011 Гц), предназначенный для переноса энергии.

Постоянство скорости света в физике это абстрактное понятие, ставшее в современных условиях ширмой, за которой скрывается, с одной стороны, несостоятельность второго постулата Эйнштейна, а с другой, сдерживается не только повышение точности астрономических измерений, но и развитие важнейшей области физики – электродинамики.

 

Литература:

  1. A. Lorentz, A. Einstein, H. Minkowski, and H. Weyl, The Principle of Relativity (Dover, New York, 1958), pp. 35-65.
  2. Е.Б. Александров, П.А. Александров, В.С. Запасский, В.Н. Корчуганов, А.И. Стирин «Эксперименты по прямой демонстрации независимости скорости света от скорости движения источника (демонстрация справедливости второго постулата специальной теории относительности Эйнштейна)» 181 1345–1351 (2011).
  3. https://ru.wikipedia.org/wiki/ Специальная теория относительности.
  4. Фундаментальные постоянные астрономии.М.: Мир1967, 382 с.
  5. Лауэ М. История физики.М. ГИЗ технико-теоретической литературы 1956г. 231 с.
  6. http://sceptic-ratio.narod.ru/po/kasterin-1.htm Кастерин Н. П. Обобщение основных уравнений аэродинамики и электродинамики. Доклад на особом совещании при Академии Наук СССР 9 декабря 1936 г. Издательство Академии Наук СССР Москва —1937 г.
  7. Ацюковский В.А.Эфиродинамические основы электромагнетизма2-е изд. — М.:Энергоатомиздат, 2011. — 194 с.
  8. https://www.proza.ru/2013/12/22/1614 Леонович В. Импульс фотона, фотонный двигатель и философия.
  9. Месяц Г.А. Уравнения Максвелла окупили науку на сотни лет вперед(интервью). VZN_09, с.13.
  10. http://newphysics.h1.ru/Denisova/Denisova-contents.htm Денисова Н.А. В ЧЕМ ЗАБЛУЖДАЮТСЯ ФИЗИКИ?
  11. http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/759611 Абстрактное мышление.
  12. http://www.hegel.ru/ilyenkov2.html Ильенков Э.В. Так кто же мыслит абстрактно?
  13. http://www.femto.com.ua/articles/part_2/3544.html Свет.
  14. http://femto.com.ua/articles/part_2/2647.html ОПТИЧЕСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ.
  15. http://femto.com.ua/articles/part_2/4667.html ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ.
  16. http://femto.com.ua/articles/part_2/4668.html ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ.
  17. http://femto.com.ua/articles/part_2/4666.html ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ.
  18. http://femto.com.ua/articles/part_2/2985.html ПОЛЯ ФИЗИЧЕСКИЕ.
  19. https://ru.wikipedia.org/wiki/ Физическая система.
  20. http://nauka2000.com/ Лямин В. С.,  Лямин Д. В. К 125-летию открытия фотона.
  21. http://ens.tpu.ru/POSOBIE_FIS_KUSN/ Фотонная теория света.
  22. http://www.regels.org/Q-Physics.htm Регельсон  Л. Мифология квантовой физики.
  23. http://www.regels.org/ НАУКА. ОСНОВАНИЯ КВАНТОВОЙ ФИЗИКИ.
  24. Ацюковский В.А. Общая эфиродинамика. Моделирование структур вещества и полей на основе представлений о газоподобном эфире. Издание второе. М.: Энергоатомиздат, 2003. 584 с.
  25. http://femto.com.ua/articles/part_1/1051.html ДИСПЕРСИЯ СВЕТА.
  26. Рили Ф. Стандарты частоты. Принципы и приложения.  / Ф. Риле ; пер. с англ. Н. Н. Колачевского. — Москва : ФИЗМАТЛИТ, 2009. – 512 с.
  27. http://www.femto.com.ua/articles/part_2/3693.html СКОРОСТЬ СВЕТА.
  28. sciteclibrary.ru/texsts/rus/stat/st5816.pdf Юхимец А.К. К вопросу о прямом измерении скорости света.
  29. https://elementy.ru/novosti_nauki/431680/Eksperiment_OPERA_soobshchaet_o_nablyudenii_sverkhsvetovoy_skorosti_neytrino Иванов И. Эксперимент OPERA сообщает о наблюдении сверхсветовой скорости нейтрино.

Лямин В.С. , Лямин Д. В.  г. Львов

1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звёзд6 звёзд7 звёзд8 звёзд9 звёзд10 звёзд (Еще не оценили)
Загрузка...


Вы можете оставить комментарий к записи