Возможны ли измерения в теории относительности? Конечно, нет!

Анатолий Овчинников

Возможны ли измерения в теории относительности? Конечно, нет!

1. Введение

Начало разговору об измерениях в теории относительности было положено здесь [1]. Поэтому данная работа является продолжением обсуждения этой важной темы. Далее в работе [2] я показал, что измерить длину движущегося стержня по методу, предложенному Эйнштейном, невозможно. И что такая попытка приводит лишь к порочному кругу, то есть; чтобы измерить длину движущегося стержня, надо сначала знать, какова эта самая длина. Здесь же показано, что попытка измерить промежуток времени (по Эйнштейну) движущимися часами также приводит к порочному кругу. Далее в работе [3] я показал, что релятивистский подход к науке приводит к ненаучной логике познания: если A больше B, то и B больше A. Но такая логика исключает возможность каких-либо измерений. Таким образом, основы теории относительности всякий раз упираются в вопрос: «Каким образом релятивист собирается что-либо измерять, и возможно ли такое измерение»? Процедура измерения есть эксперимент, а результат измерения есть опытный факт. Но именно с этих вещей и начинается физика как наука. Посматривая дискуссии по основам теории относительности на различных физических сайтах, я убедился, что подавляющее большинство физиков (и не только физиков) все ещё верят в миф о том, что в теории относительности измерения возможны. Это побудило меня продолжить разговор на эту тему. Цель данной книги: привести дополнительные аргументы в пользу вывода о невозможности проводить измерения в теории относительности. В книгу включены также результаты моей последней публикации по вопросу измерений в теории относительности [4].

Поскольку начинать разговор мне придется с измерений в геометрии и математике, то я должен предупредить вас, что в этой работе речь идет о классической геометрии и математике. Геометрия здесь – евклидова. Математика – традиционная. В ней используются знаки и операции: больше, меньше, равно, плюс, минус, умножить, поделить, и. д. Таким образом, это – не теория множеств и не топология, где таких знаков нет.

Поясню также, почему приходится начинать с измерений в геометрии. Дело в том, что в современной физике геометрия, математика, и собственно физика, настолько взаимосвязаны, что вопрос о том, какая из них главнее при изучении законов природы становится чисто риторическим. А вот вопрос о том, с чего общего начинаются все эти три науки, действительно весьма важен. И с чего же одного общего они начинаются? Они начинаются с двух экспериментальных фактов: 1-й – построения геометра; 2-й – измерения геометра.

Замечания об обозначениях. Книга предназначена и для электронного и для бумажного варианта. Самые важные места я буду выделять курсивом. Далее, простейшие формулы я буду печатать в строку, используя для этого подходящие символы. Например, запись a/b будет означать – a деленное на b. Чтобы избежать печати верхних и нижних индексов, я буду широко использовать скобки, так запись t(3) будет означать – время, отсчитанное часами в точке номер 3. А запись СО(2) будет означать – система отсчета номер 2. Скорость точки всегда буду обозначать прописной (а не строчной) буквой V. Запись V(1) будет означать – скорость в точке пространства номер 1.

2. Понятие измерения

Мы настолько часто пользуемся словом «измерение», что от такого частого его употребления также часто забываем и о его настоящем понимании. И в результате этого понятие измерения превращается просто в слово – измерение. Поэтому мне придется сейчас вместе с вами кое- что вспомнить именно о понятии измерения.

Необходимость в понятии измерения появилась у геометров (разумеется, древних геометров). И эта необходимость появилась после того, как геометр сначала научился строить геометрические фигуры. Геометр первый сообразил, что измерить это значит узнать, во сколько (или на сколько) длина одного отрезка отличается от длины другого отрезка. Или во сколько (или на сколько) один угол отличается от другого угла. А для такого узнавания (то есть измерения) надо обязательно иметь возможность прикладывать один отрезок (эталонный и абсолютный) к другому отрезку, измеряемому. И обязательно иметь возможность прикладывать один угол (эталонный и абсолютный) к другому углу, измеряемому. А это в свою очередь означает, что при перемещении (движении), построенные уже эталонные фигуры, обязаны быть неизменными.

Сейчас я изложу, предположительно, как рассуждал бы древний геометр, когда пришел к выводу, что абсолютные (эталонные) отрезки обязательно необходимо иметь, раз мы заговорили об измерении. Пусть имеются два равных отрезка (отрезок – 1 равен отрезку – 2). Но вот в результате каких-то обстоятельств затем оказалось, что отрезок – 1 стал короче отрезка -2. Как узнать, что произошло с ними на самом деле? Здесь имеются пять вариантов развития событий.

1-й вариант. 1-й отрезок стал короче; 2-й отрезок не изменился.

2-й вариант. 1-й отрезок не изменился; 2-й отрезок стал длиннее.

3-й вариант. 1-й отрезок стал короче; 2-й отрезок стал длиннее.

4-й вариант. Оба отрезка укоротились, но 1-й отрезок укоротился больше, чем 2-й

5-й вариант. Оба отрезка стали длиннее, но 2-й отрезок удлинился больше, чем 1-й.

Нет никакой возможности узнать, что произошло с отрезками на самом деле. Это можно узнать, если только заранее… «Что если только заранее…»? Если только заранее у нас имеется аксиома: «Обязательно существует отрезок, длина которого не меняется ни при каких обстоятельствах. Этот отрезок абсолютен, и он может быть принят за единицу измерения, а измерения после этого будут возможны, однозначны и непротиворечивы». Точно такая же аксиома у геометра появится и по отношению к углам. После того как эталонный отрезок или угол будут построены геометром, то они уже не имеют права меняться ни при каких обстоятельствах. То же самое будет иметь силу и для других фигур, также уже построенных геометром. Иначе ни о каких измерениях речи быть не может! А теперь вопрос, что означает «ни при каких обстоятельствах»? А это в том числе означает и то, что фигуры, будучи построенные геометром, не меняются и тогда когда они двигаются относительно чего-либо. К вопросу неизменности фигур при движении я ещё вернусь, когда буду обсуждать относительность движения. Но внимательный читатель уже сейчас понимает важность «аксиом неизменности фигур». У релятивистов длина движущегося отрезка зависит от скорости, а это противоречит только что высказанной аксиоме, превращая понятие измерения в бессмыслицу.

Итак, восстанавливая приблизительную схему рассуждений древнего геометра про возможность измерений, мы убеждаемся в том, что он вполне корректно (по-научному) применил принцип относительности в решении этого вопроса. И хотя он, наверно, и не пользовался словами «абсолютное и относительное», он все-таки интуитивно понимал, что эти «сущности» в правильных, логичных рассуждениях всегда присутствуют вместе. Выражаясь современным языком, древний геометр понимал, что абсолютное и относительное – парные понятия, и каждое по отдельности, одно без другого есть бессмыслица. А что же тогда мешает нам, современным, достаточно образованным людям понимать это и сейчас, в наше время? А мешает такому пониманию появление релятивистов. Они появились, заявили, что «все относительно», предложили нам откровенно псевдонаучную «теорию относительности», под видом научной теории. Говоря простым языком, многих из нас им удалось «сбить с толку». Эта книга как раз и посвящена объяснению того, как релятивистам удается «сбивать нас с толку».

3. О субъективной относительности в процедуре измерений

Итак, релятивист появился. И он говорит: «Вот вы говорите, что единицы измерения у всех геометров обязаны быть одинаковы и абсолютны. Однако каждый геометр может (то есть в праве) выбрать свою единицу. И результаты измерения длины отрезка у всех геометров будут получаться разными, а значит и относительными. Вот видите, все относительно». И про измерение угла релятивист скажет то же самое.

Однако когда геометр вправе выбирать свои единицы по своему усмотрению? Когда он говорит о субъективной науке (только для себя), или когда он говорит об объективной науке (науке для всех)? Он вправе это делать, если только он собирается создавать субъективную, а не объективную науку. В самом деле. Пусть, например, соберется вместе десяток геометров, и у каждого свои (субъективные) единицы измерения длин и углов. Спорам о том, чему равно расстояние между двумя точками A и B, или чему равен угол между прямыми AB и AC, не будет конца. А между тем, и расстояние между точками, и угол между прямыми ничуть не изменятся, сколько бы геометры не спорили. Этим спорам положит конец геометр, который скажет: «Мы создаем объективную (одинаковую для всех) науку. У нас отрезок AB и угол BAC одинаковы (объективны) для всех. У нас величина этого отрезка и величина этого угла одинаковы для всех. А почему тогда результаты измерения этих величин у нас различны? Потому, что они субъективны. И мы сделаем эти результаты также объективными. Мы введем объективные (одинаковые для всех) единицы измерения длин и углов. Эти единицы теперь будут абсолютными. И они будут подчиняться аксиоме неизменности фигур». После этого все другие единицы измерения тотчас перейдут в разряд относительных единиц. Коэффициенты пересчета относительных единиц к абсолютным единицам заносятся в таблицу единиц измерения. И эти коэффициенты теперь уже становятся объективными, они не зависят от мнения какого-либо субъекта.

Итак, субъективная относительность, которую пытается нам «впарить» релятивист в качестве основного закона природы, тотчас же исчезает, как только речь заходит об объективной науке. В объективной науке остается лишь объективная относительность, например, такая, как в утверждении: «Часть отрезка всегда меньше самого отрезка». Легко видеть, что в своих рассуждениях релятивист манипулирует понятиями «могут быть» и «должны быть». Он все время говорит о том, какими могут быть единицы измерения. Всякому дураку понятно, какими «могут быть» единицы измерения. Однако мы создаем объективную науку, и, более того, собираемся что-то измерять (объективно, однозначно, непротиворечиво). А это значит, что говорить-то надо о том, какими должны быть единицы измерения в объективной науке. «Могут быть» и «должны быть» – это далеко не одно и то же. К сожалению, субъективная относительность в сознании современных умов удерживает прочные позиции. Совсем недавно на одном физическом интернет-форуме я встретил утверждение: «Перешел на точку зрения другого наблюдателя, перелинуй метрику». Самое печальное тут в том, что большинство физиков ничего не имеют против этого утверждения. А ведь оно насквозь пропитано субъективной относительностью. С какой стати я должен перелиновывать метрику, если она у меня и так является общей для всех и абсолютной? Это другой наблюдатель, если он по недомыслию использовал другую метрику, обязан пересчитать её к общей для всех и абсолютной. Итак, у релятивиста хватает ума понять, что измерения могут проводится при помощи индивидуальных (субъективных) единиц измерения. Но у него не хватает ума понять, что этого недостаточно для построения объективной науки. Необходимо ещё пересчитать эти измерения к измерениям с помощью единых для всех, то есть абсолютных единиц измерения. Но релятивист отрицает существование таких абсолютных единиц. А на деле это есть отрицание объективной науки, и попытка заменить её субъективной наукой. Замечу, что релятивист всегда излагает дело так, как будто он и не думал заменять объективную науку на субъективную. Но, как говорится «шила в мешке не утаишь». И теперь уже не важно, думал или не думал, а важно, что так оно и есть. В следующем пункте мы увидим, как релятивист протаскивает субъективную относительность туда, где мы начинаем говорить о понятии движения.

4. Движение, геометрия, измерение, субъективная относительность

Поскольку мы начинаем говорить о движении, то во всех последующих рассуждениях существование абсолютно неподвижной системы координат считается само собой разумеющимся. И хотя её существование или отсутствие не скажется на ходе рассуждений (до некоторых пор), я оговариваю это, чтобы не было недомолвок. О существовании или отсутствии абсолютно неподвижной системы координат речь подробно пойдет, когда мы начнем говорить об измерении перемещения точки.

Итак, вернемся к аксиоме неизменности (абсолютности) единиц измерения длины и угла в геометрии. Они неизменны ни при каких обстоятельствах, то есть и тогда, когда они двигаются. Но может быть их неизменность при движении вовсе не обязательна? Может они изменяются при движении, и превращаются из абсолютных единиц в относительные? А измерения как были возможны, так и останутся таковыми? Увы, это призрачные надежды, в этом случае понятие измерения также станет бессмыслицей, как и при отказе от самих абсолютных единиц. Рассмотрим здесь подробнее ситуацию с измерениями, когда (по уверениям релятивистов) длина отрезка (стержня) зависит от его скорости.

Пусть, как и прежде, имеется с десяток геометров, каждый из которых предварительно измерил один и тот же отрезок, одними и тем же единицами и, как и следовало ожидать, получил один и тот же (объективный) результат измерения (L). Пусть теперь этот отрезок двигается относительно геометров, а сами геометры двигаются ещё и относительно друг друга. Эта ситуация совершенно тождественно определяется и так: отрезок (объект) – неподвижен, а геометры (субъекты) двигаются относительно него (отрезка) с разными скоростями. Что произойдет, если среди геометров окажутся релятивисты и не релятивисты? У не релятивистов не будет проблем с измерением. У них есть аксиома неизменности фигур и при их движении. Поэтому у не релятивистов результат измерения будет одинаков для всех (объективен), однозначен, непротиворечив, и тот же самый (L). А вот что будет происходить с измерением у релятивистов? Да ничего хорошего. Объект – отрезок длиной L, уже построенный и, значит объективно существующий, должен пытаться менять свои размеры, согласно требованиям релятивиста (субъекта)? А у всех релятивистов требования различны, они же имеют несчастье двигаться с разными скоростями. И как только объект (отрезок) попытается удовлетворить одновременно все эти различные требования, его длина станет неопределенной, а измерение его длины превратится в бессмыслицу. На самом же деле, объект (отрезок) и не подумает «плясать под дудку» релятивиста. Он останется таким, какой он есть, длиной L. Как и прежде, найдется геометр, который скажет: «Мы создаем объективную науку, в которой измерения также объективны. Поэтому аксиома неизменности остается в силе и тогда, когда геометр и объект двигаются относительно друг друга. Релятивистам только кажется, что отрезок должен менять длину со скоростью. И это «кажется» появляется в его голове вместе с идеями релятивизма. Все мы знаем, что надо делать, когда что-то кажется. Надо или креститься или расстаться с релятивизмом». Итак, релятивизму нет места в объективной науке, если он полагает, что длина отрезка обязана изменяться со скоростью. Однако эта идея занимает в субъективной науке, каковой является, так называемая специальная теория относительности, весьма почетное место.

5. Измерение скорости и релятивизм

В этом пункте я покажу, что при измерении скорости мы также должны опираться на аксиому неизменности фигур геометра, при любых обстоятельствах, если мы хотим что-то измерять. Согласно определению, скорость V входит в фундаментальное соотношение L=Vt, где t – время движения материальной точки со скоростью V вдоль отрезка длиной L. Перед началом измерения скорости, мы обязаны иметь часы, и пусть мы их имеем. Тогда поделив длину заранее измеренного отрезка L (путь пройденный точкой) на измеренное часами время её движения мы и узнаем (то есть измерим) скорость точки. Но что мы понимаем под словами «заранее измеренный отрезок L»? Это значит, что отрезок измеряется геометром, или физиком, который точно следует инструкциям геометра. Но у геометра есть аксиома неизменности отрезка, поэтому и у физика она также должна быть. А потому результат измерения скорости получится у всех субъектов одинаковым (объективным), так как у всех субъектов и часы одинаковы (объективны). Более того, этот результат будет однозначен и непротиворечив.

Что произойдет, если мы в этом измерении скорости забудем про аксиому неизменности? И введем, например, утверждение: длина отрезка зависит от скорости. Ситуация с измерением скорости станет неразрешимой. В самом деле. Как только точка начнет двигаться относительно отрезка, так тотчас и отрезок начнет двигаться относительно точки. И согласно уверениям релятивиста, тотчас изменится и его длина. Получается, что мы не успели ещё измерить время движения точки вдоль отрезка, а он уже стал короче, чем он был (когда его предварительно измеряли). И в результате такого «релятивистского измерения» мы измерим вовсе не скорость точки. А что мы измерим? Да все что угодно, но только не скорость. В самом деле. Чтобы измерить скорость надо сначала узнать, на сколько укоротится отрезок, когда точка начнет двигаться относительно отрезка, а отрезок начнет двигаться относительно точки. А чтобы узнать, насколько укоротится отрезок, надо сначала узнать, с какой скоростью двигается точка (или отрезок относительно точки). То есть надо сначала знать ту самую скорость, которую мы и собирались измерять. Получается порочный круг: чтобы измерить скорость точки, надо сначала знать, чему равна эта самая скорость. Точно такой же порочный круг, какой получается, когда мы пытаемся измерять длину движущегося стержня, по методу, предложенному Эйнштейном [2]. Процедура измерения скорости потеряла смысл. Итак, субъективная относительность должна быть исключена из процедуры измерения скорости, а аксиома неизменности фигур остается. И в вопросе измерения скорости мы приходим к тем же выводам, что и в предыдущем пункте. Читатель может сам легко убедится, что аксиома неизменности фигур также необходима, когда речь заходит об объективном измерении времени.

Кроме указанного выше фундаментального соотношения L=Vt имеется ещё второе фундаментальное соотношение (когда речь заходит о вращении точки вокруг некоторой оси) ϕ=ωt, здесь ϕ – угол поворота, ω – угловая скорость. Из сказанного выше, следует правило. Объективное измерение длины, угла, времени, скорости, угловой скорости обязано проводиться только с соблюдением аксиомы неизменности фигур, и никак иначе. При этом произведение Vt, измеренное физиком, всегда должно равняться L, измеренному геометром; произведение ωt, измеренное физиком, всегда должно равняться ϕ, измеренному геометром. И в таких измерениях нет места субъективному релятивизму. А почему указанные выше соотношения являются фундаментальными? Да потому, что с них-то как раз и начинается физика, и это начало принято ныне называть кинематикой точки. Мы можем пока ничего не знать про силу, массу, законы сохранения, заряд и т. д. Но мы не можем не уметь выражать в математической форме, самое общее для всей природы явление – движение точки. У геометра есть понятие движения, но нет понятий «быстро или медленно, долго ли, коротко ли». Его наука обходится и без них. А вот у физика они появляются и это – скорость, время. И указанные выше фундаментальные соотношения связывают по сути дела исследование геометром свойств пространства и движения в нем, с теми же свойствами, исследуемыми физиком. И физик представляет понятие движения в виде произведения двух множителей: скорости и времени. Вот почему в своих основаниях геометрию и физику нельзя различить, как отдельные науки. Выражаясь образно, я говорю: «Геометрия и физика это разные деревья, однако, у них одни и те же корни». И каковы же эти корни? Это – два экспериментальных факта: 1-й – построения геометра, 2-й – измерения геометра.

6. Кое-что о материалистах и идеалистах

Часто можно слышать упрек (и в мой адрес тоже). Вот вы говорите, что время есть L/V, а после этого говорите, что скорость есть L/t. И получается порочный круг в рассуждениях. Это не хорошо! Да, формально это – порочный круг. Но он всегда появляется там, где речь заходит об основных понятиях. В самом деле. В тройке величин L, V, t две из этих величин обязательно являются настолько основными, что «основнее уже некуда». И их нельзя определить через другие, уже известные понятия, форме какого-то утверждения. В таких случаях порочный круг разрывается посредством обращения к экспериментальному факту (у нас измерению). Как разрывается порочный круг, например, по отношению к понятию время? По правилу: «Если я знаю, как измерять время, то я знаю что такое время. Потому, что в знании как оно измеряется, как раз и содержится знание о том, что такое время. Но если я не знаю, как оно измеряется, то я уже ничего не знаю о том, что такое время». Это правило основано на материалистическом подходе к основным понятиям науки. От экспериментального факта (измерения), к его рациональному осмыслению. Идеалист в науке действует не так. Он начинает свои рассуждения не от факта измерения, существование которого уже неоспоримо (он и так уже имеется), а от мысли (субъективной) в его голове. Однако такая мысль всегда может быть оспорена другими субъектами и, более того, может оказаться ложной. В современной физике основными величинами (чаще всего) считаются длина и скорость света (c). Поэтому, чтобы уметь измерять время, достаточно построить часы, показания которых не противоречат соотношению L/c. Но так было не всегда. Например, в начале прошлого века, когда ещё не были достаточно хорошо изучены свойства скорости света, основными величинами были длина и время.

Неплохо здесь привести пример, как разрывается порочный круг в основных понятиях геометрии. Это делается точно так же, как и в предыдущем примере, по-материалистически: от экспериментального факта (построения) к его рациональному осмыслению. В самом деле. Меня спрашивают: «Что такое прямая, извольте дать определение». И как бы я ни старался «дать определение», всякий раз меня будут уличать или в порочном круге, или в тавтологии. И многим это хорошо известно. Почему так получается? Да потому, что понятие прямая – основное понятие, настолько основное, что «основнее некуда». И здесь я буду уже применять материалистическое правило: «Если я знаю, как построить прямую, то я знаю, что это такое. Почему? Потому, что в знании как построить прямую, как раз и содержится знание о том, что такое прямая. Но если я не знаю, как её построить, то я ничего уже не знаю о том, что такое прямая». Ну и как же строить прямую? А так. Я беру достаточно тонкую, гибкую, нерастяжимую нить и натягиваю её между точками A и B. То, что после этого получится и будет частью евклидовой прямой между этими точками. Это построение легко может быть продолжено как угодно далеко по обе стороны от точек A и B. Нужно лишь добавить, что у геометра свойства нити не должны зависеть от внешних условий, поэтому у геометра нить невесома, никуда не притягивается, абсолютно гибкая, абсолютно нерастяжимая, и предельно тонкая. И эти условия для геометра вполне нормальны, иначе какой же он геометр. В реальных геометрических построения, конечно, используется не только нить, она не везде удобна. Используют вторичные её эталоны, например световой луч, или линейку, изготовленную по образцу натянутой нити и т. д. Мы видим, что своим существованием евклидова прямая обязана существованию 3-го закона Ньютона. И здесь связь геометрии с физикой предельно ясна (попробуй, различи, где геометрия, а где физика). 3-й закон Ньютона – объективен, то есть одинаков для всех, а потому и евклидова прямая будет объективна, и одинакова для всех, в том числе и для всех геометров. Эта прямая будет одна и та же у всех кто бы эту нить не натягивал будь это: Евклид, Лобачевский, Риман, Гильберт и т. д. А тогда как могло случиться, что у всех перечисленных геометров геометрии получились разные? Я думаю, что читатель уже догадывается: Лобачевский, Риман, Гильберт, не знают, как на самом деле строятся те прямые, о которых они говорят. И, следовательно, они ничего не знают о том, что такое прямая. Но они полагают, что знают это. И в результате приходят к ложному выводу о том, что могут существовать ещё и другие, неевклидовые прямые. Но, как мы только что видели из опыта, объективна лишь евклидова прямая. А все остальные, «неевклидовы прямые», будут субъективны. И неевклидовы геометрии также будут субъективными. Это будут всего лишь воображаемые (субъектом) геометрии, и никакого отношения к объективным свойствам пространства они иметь не будут. Почему так происходит? Да потому, что создатели неевклидовых геометрий (идеалисты) начинают рассуждения от мысли: «Прямые существуют». А это утверждение ещё нужно сначала доказывать. А геометры-материалисты начинают рассуждения от мысли: «Как нужно строить прямые, чтобы, будучи построенные, они после этого начали существовать». В этой ситуации неевклидовы геометры ведут себя, как законченные идеалисты. В самом деле. Попробуйте-ка, докажите, что прямые существуют, предварительно не построив прямую, по каким-то обоснованным правилам! Вам это не удастся, сколько бы вы ни старались. Прямая будет существовать только после того, как её кто-то построит. А чтобы её построить, надо сначала знать, как её построить. И материалисты-геометры как раз и начинают с её построения.