Рис. 13
Диаграмма напряженности электрического Е и магнитного Н полей и потоке фотонов в плоскости уz точки А (а) и точки В (в)
Рис. 14
Проекция напряженности электрического Е и магнитного Н полей в плоскости ху и xz соответственно потока фотонов
Во втором аналогичном центре находится в подобном же положении отрицательные заряды. Ансамбль из двух последовательных центров представляет собой фотон.
Такая структура фотона приводит к тому, что во время излучения происходит преимущественно коллективный выход фотонов, скоординированных между собою по длине и по сечению, они неподвижны относительно друг друга. Эта группа фотонов называется цугом. Цуг становится жесткой устойчивой во времени и пространстве структурой, напоминающей по форме кристаллическую. Размер и конфигурация определяется условиями излучающего тела. Деление цуга на части не изменяет свойства частей. При распространении света на космические расстояния в течение длительного времени, несмотря на значительное уменьшение количества фотонов в цуге, они сохраняют свои свойства неизменными. Неоднородная структура потока, состоящая из звеньев, при движении похожа на волны и может быть описана соответствующими математическими уравнениями.
Скорость распространения света относительно источника равна примерно 3·108 м/с. Если источник движется относительно приемника, то в системе приемника скорость света векторно складывается из скорости света и скорости излучателя.
Изученные свойства света дают основания считать его уже не простым потоком элементарных независимых друг от друга шариков — фотонов, а сложным объектом природы, существенной частью реального мира. Электромагнитное излучение занимает промежуточное положение в иерархии материи между элементарными частицами, такими как электроны, позитроны, и структурными элементами, составляющими поля, — электрическое, магнитное и гравитационное.
* * *Из наблюдений О. Рёмера однозначно следует, что скорость света подчиняется классическому закону сложения скоростей. Поэтому, например, рассматривать эксперименты с измерением скорости синхротронного излучения, как доказательство истинности постулата с = const, неправомочно. Авторы этих опытов необоснованно предполагают, что излучателем является электрон, находящийся на орбите ускорителя, а не сам ускоритель. Не рассматривается же в качестве излучателя электрон в атоме водорода, излучающим объектом является атом водорода, а для синхротронного излучения — ускоритель.
Приведенные примеры показывают, что второй постулат теории относительности — с = const противоречит опытным данным, а скорость света подчиняется классическому закону сложения скоростей. Хотя очевидно, что на таком постулате не может быть построена теория, адекватно описывающая реальный мир, тем не менее, для большей обоснованности, рассмотрим и первый постулат теории относительности — принцип относительности Эйнштейна.
5. Первый постулат теории относительности
Принято считать, что первый постулат теории относительности является развитием принципа относительности Галилея. Однако это не так.
Краткое содержание принципа относительности Галилея следующее: никакими опытами внутри изолированной системы невозможно определить, движется ли система равномерно и прямолинейно или покоится. Иными словами: механические, оптические, электромагнитные и другие явления природы во всех инерциальных системах протекают одинаково. Инерциальными называются те системы, которые движутся относительно друг друга равномерно и прямолинейно. Принцип относительности Галилея возник из обобщения наблюдений и опытов. Математическое описание пространственных и временных величин в инерциальных системах движущихся относительно друг друга, называется преобразованиями Галилея и имеет следующий вид в прямоугольной системе координат:
Эти уравнения описывают координаты и время одного и того же точечного тела в системе отсчета Oxyzt — условно неподвижной, и O1x1y1z1t1 — движущейся относительно первой вдоль оси Ох со скоростью v. Время отсчитывается от момента совпадения О и О1.
Согласуясь с принципом относительности Галилея, Ньютон ввел понятия абсолютного, истинного, пространства и абсолютного, истинного, времени, являющегося неизменными безотносительно к чему-либо. Меры этих величин — расстояние между двумя точками прямой и интервал времени между двумя событиями в инерциальных системах — неизменные, они носят название инвариантов преобразований Галилея.
Действительно, возьмем отрезок прямой — Δх и интервал времени — Δt в системе O, и равные им — Δx1 и Δt1 в системе О1. Затем системе О1 придадим скорость v1 v. В движущейся системе O1, согласно принципу относительности Галилея, невозможно определить опытным путем новое инерциальное состояние по сравнению с прежним. Из этого следует, что отрезок прямой Δx1 и интервал времени Δt1 остаются прежними и равными Δx и Δt.
В качестве иллюстрации проявления принципа относительности Галилея рассмотрим необходимый в дальнейшем изложении пример. Представим две системы отсчета: неподвижную, условную, Oxyzt, и движущуюся относительно первой вдоль оси Ох со скоростью v, O1x1y1z1t1. Направление соответствующих осей совпадает, (рис. 15, а). В момент совмещения начала координат в точке ОО1 происходит вспышка света. Если этот момент принять за начало отсчета времени, то положение фронта распространения света в момент времени t будет описываться уравнением сферы радиуса r равного
с центром в точке О, если источник был неподвижен относительно системы Oxyzt в момент вспышки. Относительно же центра О1 скорость света по оси х равна разности (с – V). И наоборот, если источник был неподвижен относительно системы O1x1y1z1t1, то центр сферы будет находиться в точке О1, а относительно О скорость света по оси х равна сумме (с + v), (рис. 15, б).
Рис. 15
Типичное изложение первого постулата теории относительности следующее: механические, оптические и электромагнитные явления во всех инерциальных системах отсчета протекают одинаково [3, 305].
Но изложенная формулировка маскировочная, в постулате заложен совсем иной смысл, чем тот, что дан в определении. Вводя в теорию второй постулат, Эйнштейн приходит в противоречие с принципом относительности Галилея, который несовместим с постулатом с = const. Несовместимость наглядно доказывается следующим образом.
Вернемся к примеру, изображенному на рис. 15. При тех же условиях в момент совпадения начала координат происходит вспышка света (рис. 16), этот момент принимаем за начало отсчета времени.
Рис. 16
Теперь, не учитывая, где находятся источник в системе О, или О1, так как в обеих системах скорость света от одного и того же источника согласно постулату с = const равна с, имеем, что с одной стороны, положение фронта распространения света в момент времени t будет описываться уравнением сферы радиуса
с центром в точке О, с другой стороны, фронт распространения света в момент времени t1 будет описываться уравнением сферы радиуса
с центром в точке О1. Таким образом, в один и тот же момент времени t = t1 фронт распространения света достигнет различных точек пространства, что лишено смысла.
Создавшееся противоречие Эйнштейн решает отказом от понятий абсолютного, истинного, пространства и абсолютного, истинного, времени Ньютона и введением сформулированных А. Пуанкаре и Г. Лоренцем понятий относительного пространства и относительности одновременности. Этим нововведением производится замена принципа относительности Галилея совсем другим принципом, согласно которому в инерциальных системах отсчета, движущихся относительно наблюдателя, процессы природы протекают уже иначе. Преобразование координат и времени принципа относительности Эйнштейна, записанные в виде уравнений, описывающих координаты и время одного и того же точечного тела в системах, движущихся одна относительно другой со скоростью v по оси Ох, имеют вид:
Здесь в движущейся системе отрезок прямой
