Кто же виноват в появлении СТО?

[Хартиков Сергей]

     Глядя на критику СТО, я вижу, что все авторы стараются заявить либо об ошибочности опытов по определению скорости света, либо о неправильной трактовке их результатов, а также о том, что Эйнштейн незаконно постулировал свой принцип относительности и принцип постоянства скорости света. Я призываю всех, как противников СТО, так и ее сторонников, высказать свое мнение о предлагаемом эксперименте.
     Моей задачей является показать, что истинной причиной появления теории относительности (СТО) являются вовсе не эксперименты по определению скорости света и не неудачные попытки построения механических теорий эфира, а совокупность экспериментальных данных по электромагнетизму, причем только в статической области (при постоянных во времени полях) - без электродинамики и света в том числе.
     Вот что к началу 20-го века было известно из электростатики и магнитостатики и подтверждено многочисленными экспериментами (я рассматриваю далеко не все):
     1) Существование элементарных зарядов - уже в послемаксвелловский период,
     2) Закон Кулона - для электростатических сил,
     3) Закон Ампера - для магнитных сил токов,
     4) Использование вместо сил понятия поля - вектора E и B,
     5) Закон Гаусса - обобщение закона Кулона с использованием понятия поля,
     6) Сила Лоренца - следствие из обобщения всех этих фактов.

     Подчеркну, что многие авторы, в том числе и Максвелл, ставили себе задачу объяснения всех этих явлений на основе представления об эфире. Но наличие или отсутствие приемлемых объяснений такого рода, конечно, не влияли на экспериментальный характер указанных законов. Все эксперименты производились не в некоторой абсолютной системе отсчета (АСО), а в самых обыкновенных земных лабораториях.
     Здесь я сделаю одно замечание. Большинство сторонников АСО почему то утверждают, что уравнения Максвелла выведены Максвеллом исключительно для АСО и в других ИСО должны применяться с изменениями. Достаточно прочитать работы Максвелла, чтобы понять, что это не так: на самом деле, Максвелл в очень удобной форме обобщил все известные факты, а понятие эфира применял в качестве "фиктивного" и "воображаемого" средства для облегчения понимания новой теории. Позднее он пытался заниматься построением теори эфира, но, по его же словам, это нисколько не отменяло того факта, что уравнения соответствуют факту сами по себе и без всякого объяснения. Так что нет никаких экспериментальных оснований привязывать их исключительно к АСО.
     Допустим, мы не знаем, есть ли АСО или нет и действует ли эйнштейновский принцип относительности на опыте. Также мы предположим, что уравнения Максвелла не совсем точны - то есть пределы чувствительности аппаратуры "не замечают" некоторых тонких членов в этих уравнениях.
     Поступим так, как рассуждали Лоренц и физики начала века. Рассмотрим электрон, летящий со скоростью V вдоль проводника с постоянным током. Скорость V выберем достаточно малой - это могут быть миллиметры в секунду - так что заведомо уравнения Максвелла выполняются в пределах точности измерений. Направление полета - в сторону движения электронов проводимости в проводе (то есть против условного направления тока). Измерения (и вычисления по известным законам) показывают, что вокруг проводника есть магнитное поле B, вектор которого направлен по окружности вокруг оси провода и по правилу буравчика.
     Какая электромагнитная сила действует на электрон? Это - сила Лоренца. Ее электростатическая составляющая равна нулю, так как средняя плотность электронов и положительных зарядов в проводнике равна нулю (мы всегда можем задать такие условия нашего опыта). Электромагнитная же часть силы, вызванная скоростью V перпендикулярно вектору B, направлена к оси проводника. Мы легко можем рассчитать ее по формулам из приведенных законов, и она будет равна измеренному значению в эксперименте. Что мы увидим со стороны: электрон начнет приближаться к проводу.
    Теперь сами начнем идти вдоль провода со скоростью электрона V. Эта скорость достаточно мала, так что вероятные поправки в уравнениях электромагнетизма малы. Кроме того, из опыта известно, что при малых скоростях очень хорошо работает принцип относительности Галилея - опять же, с точки зрения возможных малых поправок. Что мы теперь увидим? Что электрон неподвижен относительно поля B - то есть электромагнитная составляющая силы Лоренца равна нулю. Провод по условиям опыта не заряжен - электростатическая составляющая также равна нулю. Мы находимся в ИСО. Так отчего же тогда электрон начнет приближаться к проводу?
     Вряд ли кто усомнится, что при малых скоростях не работает принцип относительности Галилея и уравнения электромагнетизма. Так что мы увидим приближение электрона к проводу. В этих условиях нам остается сделать вывод, что электрон находится в электрическом поле E. Откуда же оно берется, если закон Гаусса дает нулевую напряженность из-за электронейтральности провода?
     В классической теории и в СЭТ соответствие между размерами тел в разных ИСО однозначное: в классике - это "один к одному", в СЭТ - есть коэффициент Лоренца, но если он в одну сторону "уменьшает", то в обратную - "увеличивает". Значит, ничего с электронейтральностью провода произойти здесь не может. В обоих случаях, видимо, придется сделать вывод, что законы электромагнетизма содержат некоторые поправки, которые приводят к возникновению дополнительной электростатической силы. Каковы должны быть эти поправки? Что, если мы возьмем достаточно сильный ток и достаточно крупное заряженное тело, двигающееся вдоль него с малой скоростью V. Тогда чувствительность наших приборов заведомо позволит обнаружить эти поправки не только в этом эксперименте, но и во многих других. Проблема в том, что этого на опыте никто не наблюдал.
     Может я  в чем-то неправ, и кто-то из сторонников АСО и эфира предложит другое объяснение, не противоречащее опытным данным? Желающим я предлагаю указать его. А я пока покажу простое объяснение этому факту в рамках СТО.
     Несмотря на малость релятивистской поправки в СТО, наблюдатель в системе электрона увидит изменение плотности электронов проводимости и положительных зарядов. Причем, эти изменения обратны друг к другу. Изменения плотности вызваны изменением объемов областей пространства, занятых зарядами при наблюдении их из разных систем отсчета. Я не буду приводить выкладки: желающие могут посмотреть, например, у Фейнмана - там результат для случая, когда V равна средней скорости электронов в проводе, а общий случай произвольной V можно получить самому, не забывая о правиле сложения скоростей в СТО. Таким образом, двигаясь параллельно электрону, мы обнаружим, что весь провод равномерно заряжен, что и является причиной появления электростатической силы притяжения. Сила эта, с точностью до стандартной релятивистской поправки, равна "старой" магнитной силе Лоренца. А если учесть еще и "замедление" времени, то совпадение получается 100 процентно точным - в смысле закона сохранения импульса.
     Таким образом, я лично делаю вывод, что в появлении СТО надо винить совсем не Эйнштейна, а Ампера, Гаусса и прочих физиков 19-го века, исследовавших заряды и токи в условиях статических полей: эфир и АСО никакого отношения к экспериментальным данным не имеют. Я уверен, что если на опыте появятся проявления этих сущностей, то соответствующая теория может быть разработана. А пока - для ее появления нет никаких оснований. Ваши мнения?

[george telezhko]

Относительно связи электромагнитных явлений и СТО, как естественного их следствия, никаких возражений.

Даже если и возникнет когда-то кандидат на АСО, все равно любой наблюдатель может считать себя неподвижным, а всю эту АСО несущейся куда-то мимо и, возможно, оказывающей на него какое-то воздействие, пропорциональное относительной скорости этой АСО

Ну как движение зарядов в проводнике оказывает воздействие на магнит

[Che]

Даже если и возникнет когда-то кандидат на АСО, все равно любой наблюдатель может считать себя неподвижным, а всю эту АСО несущейся куда-то мимо и, возможно, оказывающей на него какое-то воздействие, пропорциональное относительной скорости этой АСО

Любой наблюдатель конечно может считать себя неподвижным, а всю эту АСО несущейся куда-то мимо. Но он должен учесть возможные эффекты от своего движения в АСО, а это и есть выделенность АСО, то есть невыполнение принципа относительности.

[george telezhko]

Даже если и возникнет когда-то кандидат на АСО, все равно любой наблюдатель может считать себя неподвижным, а всю эту АСО несущейся куда-то мимо и, возможно, оказывающей на него какое-то воздействие, пропорциональное относительной скорости этой АСО

Любой наблюдатель конечно может считать себя неподвижным, а всю эту АСО несущейся куда-то мимо. Но он должен учесть возможные эффекты от своего движения в АСО, а это и есть выделенность АСО, то есть невыполнение принципа относительности.

Таких выделенностей и без АСО много. Если со скоростью метр в секунду я сближаюсь в открытом космосе с пылинкой, то это она на меня наткнулась. А если я со скоростью 1 метр в секунду упал с койки, то это я в пол впилился.

[Тать]

АСО можно ввести только законодательно: Москва - центр, все остальное - околица.

[Che]

АСО можно ввести только законодательно: Москва - центр, все остальное - околица.

А МФИ, занимающее всю Вселенную, изотропно в АСО Москвы?

[george telezhko]

АСО можно ввести только законодательно: Москва - центр, все остальное - околица.

А МФИ, занимающее всю Вселенную, изотропно в АСО Москвы?

Уважаемый Che, это мы уже обсуждали. Нет доказательств, что локально наблюдаемая анизотропия МФИ распространяется на всю Вселенную.
Это все равно что сказать: вот меня овевает ветер со скоростью 1 метр в секунду. Я нашел доказательство существования АСО: это система воздушного шара в этом потоке воздуха.

[Хартиков Сергей]

     Я все-таки ожидаю объяснение описанного мною эксперимента в рамках АСО и любой теории эфира

[Хартиков Сергей]

     Цитата evgeni: "Сергей, извиняюсь, что не даю объяснение описанного Вами эксперимента - желания нет даже и читать. Ну - просто - мне хватило Ваших двух первых абзацев в реплике, которой Вы открыли тему.", "Ну - а объяснение описанного Вами эксперимента - можете и сами дать... исходя из Теории Эфира динамического,.. про который собственно я."

     Уважаемый evgeni! В первых абзацах я всего-лишь указал причину того, почему я задаю вопрос, и ни в коем случае, не пытался огульно ругать всех противников СТО. Я прошу Вас дать объяснение предлагаемому эксперименту, потому что мне непонятно, как это сделать в рамках Вашей концепции, и искренне обещаю, что обсуждение будет касаться только этого Вашего объяснения, а не Ваших взглядов. Если у Вас нет желания искать объяснение, то я прошу Вас: откройте соответствующую отдельную тему.

[Che]

это мы уже обсуждали. Нет доказательств, что локально наблюдаемая анизотропия МФИ распространяется на всю Вселенную.

В классе ИСО есть (глобальных ИСО, а не локальных). Это наблюдаемая карта МФИ. В ней суммирается эффект от всех областей Вселенной. Что позволяет сказать, что все области Вселенной ведут и вели себя одинаково. И в какой бы области Вселенной мы не находились, и с кокой бы скорости не двигались, наблюдаемую нами картину можно пересчитать из наблюдаемой сейчас. Если бы существовала область, в которой локально наблюдалась бы карта, наблюдаемая нами, но тот наблюдатель двигался бы относительно нас, то на нашей карте мы бы не увидели изотропии, так как в направлении этой области появилось бы температурное пятно, отличающееся от остальных направлений.

[george telezhko]

это мы уже обсуждали. Нет доказательств, что локально наблюдаемая анизотропия МФИ распространяется на всю Вселенную.

В классе ИСО есть (глобальных ИСО, а не локальных). Это наблюдаемая карта МФИ. В ней суммирается эффект от всех областей Вселенной. Что позволяет сказать, что все области Вселенной ведут и вели себя одинаково. И в какой бы области Вселенной мы не находились, и с кокой бы скорости не двигались, наблюдаемую нами картину можно пересчитать из наблюдаемой сейчас. Если бы существовала область, в которой локально наблюдалась бы карта, наблюдаемая нами, но тот наблюдатель двигался бы относительно нас, то на нашей карте мы бы не увидели изотропии, так как в направлении этой области появилось бы температурное пятно, отличающееся от остальных направлений.

Спасибо за ответ. А если таких наблюдателей много, и они движутся на разных расстояниях случайным образом, так что мы здесь и сейчас наблюдаем среднюю изотропию температуры?

Возьмем молекулу в газе в состоянии равновесия: газ для каждой молекулы выглядит изотропным (включая излучение), но другие молекулы при этом имеют самые разные относительные скорости.

[Rangelov]

 Причина необходиостииспользования СТо есть существование (проявлние) волновых свойств вакуума. Благодаря этому преобразование Лоренца остает инвариантным волновое уравнение и поэтому его необходимо использовать при переходе с одной ИКС в другую ИКС.Это есть физическая интерпретация причины необходимости использовать преобразования Лоренца при переходе для получения значении кординаты и времени в различных ИКС.

[Che]

Причина необходиостииспользования СТо есть существование (проявлние) волновых свойств вакуума. Благодаря этому преобразование Лоренца остает инвариантным волновое уравнение и поэтому его необходимо использовать при переходе с одной ИКС в другую ИКС.Это есть физическая интерпретация причины необходимости использовать преобразования Лоренца при переходе для получения значении кординаты и времени в различных ИКС.

Инвариантность вида физических законов на самом деле не означает выполнения принципа
относительности. Действительно, в другой ИСО параметры, входящие в формулу закона, могут иметь другие значения (могут иметь и одинаковые), константы - тоже. а вид формулы , тем не менее, может быть таким же.
К примеру, формула Доплера в СЭТ едина для всех ИСО, имеющих разные абсолютные скорости. В разных ИСО частота источника разная, скорость света разная, частота в приемнике разная, изменение частоты приемник/источник может быть разное - однако формула одна и та же.

[Che]

Уважаемый Хартиков Сергей!
Мне кажется, в рассмотренном Вами примере Вы исходите из неверных предпосылок.

    Теперь сами начнем идти вдоль провода со скоростью электрона V. Эта скорость достаточно мала, так что вероятные поправки в уравнениях электромагнетизма малы. Кроме того, из опыта известно, что при малых скоростях очень хорошо работает принцип относительности Галилея - опять же, с точки зрения возможных малых поправок. Что мы теперь увидим? Что электрон неподвижен относительно поля B - то есть электромагнитная составляющая силы Лоренца равна нулю.

Электрон по условию задачи двигается в поле В тока. От того, что наблюдатель двигается рядом с электроном, не следует, что электрон становится неподвижным в поле В.

     Несмотря на малость релятивистской поправки в СТО, наблюдатель в системе электрона увидит изменение плотности электронов проводимости и положительных зарядов. Причем, эти изменения обратны друг к другу. Изменения плотности вызваны изменением объемов областей пространства, занятых зарядами при наблюдении их из разных систем отсчета. Я не буду приводить выкладки: желающие могут посмотреть, например, у Фейнмана - там результат для случая, когда V равна средней скорости электронов в проводе, а общий случай произвольной V можно получить самому, не забывая о правиле сложения скоростей в СТО. Таким образом, двигаясь параллельно электрону, мы обнаружим, что весь провод равномерно заряжен, что и является причиной появления электростатической силы притяжения

С какой бы скоростью наблюдатель не двигался относительно тела с суммарным нулевым зарядом, заряд на этом теле не появится. С какой бы скоростью нейтральное тело не двигалось относительно Вас, заряда это ему не прибавит.

[george telezhko]

Уважаемый Хартиков Сергей!
Мне кажется, в рассмотренном Вами примере Вы исходите из неверных предпосылок.

    Теперь сами начнем идти вдоль провода со скоростью электрона V. Эта скорость достаточно мала, так что вероятные поправки в уравнениях электромагнетизма малы. Кроме того, из опыта известно, что при малых скоростях очень хорошо работает принцип относительности Галилея - опять же, с точки зрения возможных малых поправок. Что мы теперь увидим? Что электрон неподвижен относительно поля B - то есть электромагнитная составляющая силы Лоренца равна нулю.

Электрон по условию задачи двигается в поле В тока. От того, что наблюдатель двигается рядом с электроном, не следует, что электрон становится неподвижным в поле В.

Но поле B существует в той ИСО, в какой есть, а не в абсолютной. Мы можем договориться считать любую ИСО избранной и пересчитывать то, что видим сами в то, что видят в избранной ИСО. Относительно нас электрон покоится и не имеет магнитного поля, но в избранной ИСО он движется и имеет магнитное поле. А можем договориться, что каждый считает по-своему, если это удобно.
При этом избранной можно договориться считать любую ИСО, хоть бы и ту, для которой МФИ локально изотропно.

 

   Несмотря на малость релятивистской поправки в СТО, наблюдатель в системе электрона увидит изменение плотности электронов проводимости и положительных зарядов. Причем, эти изменения обратны друг к другу. Изменения плотности вызваны изменением объемов областей пространства, занятых зарядами при наблюдении их из разных систем отсчета. Я не буду приводить выкладки: желающие могут посмотреть, например, у Фейнмана - там результат для случая, когда V равна средней скорости электронов в проводе, а общий случай произвольной V можно получить самому, не забывая о правиле сложения скоростей в СТО. Таким образом, двигаясь параллельно электрону, мы обнаружим, что весь провод равномерно заряжен, что и является причиной появления электростатической силы притяжения

С какой бы скоростью наблюдатель не двигался относительно тела с суммарным нулевым зарядом, заряд на этом теле не появится. С какой бы скоростью нейтральное тело не двигалось относительно Вас, заряда это ему не прибавит.

Это так. Но изменит распределение зарядов, если они в этом нейтральном теле циркулируют. Поэтому электрон будет притягиваться в току, параллельному его движению, и отталкиваться от той части проводника, по которой ток возвращается обратно. Если мы догоним электрон, то увидим, что электроны в замкнутом проводнике "сгустились" в той его части, где они движутся более быстро относительно нас и пробного электрона и менее "сгущены" там, где они движутся медленнее относительно нас - но там более сгущены положительные ионы материала проводника. В нашей системе поэтому действует электростатическая сила, а в исходной системе - магнитная.

[Хартиков Сергей]

     Цитата Che: "Мне кажется, в рассмотренном Вами примере Вы исходите из неверных предпосылок."

     Уважаемый Александр, вопрос я поставил не так. Я привел объяснение эффекта в рамках СТО и хотел бы видеть объяснение в рамках других теорий (СЭТ, АСО и т.д.). Но раз Вы вместо этого сомневаетесь в корректности объяснения в рамках СТО, то давайте обсудим.

     Цитата: "Электрон по условию задачи двигается в поле В тока. От того, что наблюдатель двигается рядом с электроном, не следует, что электрон становится неподвижным в поле В."

     Я предвидел такие слова. Действительно, можно сказать так: "А на каком основании мы забываем, что электрон все-равно движется сквозь поле B?" Ответ такой - мы забываем на том основании, что все эксперименты 19-го века по электромагнетизму проводились в земных лабораториях и во всех полученных зависимостях (формулах) фигурируют только те вектора B и E, которые измерены в данной лаборатории (системе отсчета), а не в некоторой АСО. Я еще раз напоминаю, что мы можем считать, что формулы 19-го века содержат малые поправки, которые просто не были обнаружены из-за плохой точности эксперимента. Но в данном случае (опыте с электроном или заряженным телом) мы имеем достаточно большую силу притяжения, которая обязательно проявилась бы и в других экспериментах 19-го века. Но она не была обнаружена.

     Цитата: "С какой бы скоростью наблюдатель не двигался относительно тела с суммарным нулевым зарядом, заряд на этом теле не появится. С какой бы скоростью нейтральное тело не двигалось относительно Вас, заряда это ему не прибавит."

     Такой ответ дает СЭТ и классика. А вот в СТО такое реально происходит. Другими словами это объяснил и george telezhko. Я же не прошу выражать сомнение в СТО, а дать объяснение в рамках других теорий.
     Самое поразительное, что это наблюдается на очень малых скоростях! Обращаю также Ваше внимание, что речь идет не об одном нейтральном теле, а о совокупности неподвижных положительных ионов и двигающихся электронов проводимости - фактически, тела разные.

[Che]

 Но поле B существует в той ИСО, в какой есть, а не в абсолютной. Мы можем договориться считать любую ИСО избранной и пересчитывать то, что видим сами в то, что видят в избранной ИСО. Относительно нас электрон покоится и не имеет магнитного поля, но в избранной ИСО он движется и имеет магнитное поле.

В условии задачи поле В определено как

...вокруг проводника есть магнитное поле B, вектор которого направлен по окружности вокруг оси провода и по правилу буравчика.

а вовсе не как поле электрона.

[george telezhko]

Поле В действует только на носители поля В же. Движущийся электрон есть ток, имеющий магнитное поле. Магнитное поле не действует на электрический заряд вообще, но только на оный в движении, когда помимо электростатического поля он создает и магнитное. В формуле для силы Лоренца присутствует скорость заряда ОТНОСИТЕЛЬНО ЛАБОРАТОРНОЙ СИСТЕМЫ ОТСЧЕТА.

В той ИСО, где его скорость равна нулю, сила Лоренца равна нулю, но движение относительно проводника с током не уничтожается. Почему? А потому что магнитная сила стала электростатической в этой новой ИСО, из-за перераспределения плотности положительных и отрицательных зарядов проводника, находящихся в движении друг относительно друга (поскольку в проводнике течет ток)..

[Хартиков Сергей]

     Совершенно верно написал george telezhko: "В формуле для силы Лоренца присутствует скорость заряда ОТНОСИТЕЛЬНО ЛАБОРАТОРНОЙ СИСТЕМЫ ОТСЧЕТА"

     Я лишь добавлю, что формула для силы Лоренца - это обобщение экспериментальных фактов. Так она называется потому, что первым ее опубликовал Лоренц в одной из своих работ (после открытия электрона). Обращаю внимание - обобщил факты, а не вывел. Именно присутствие в этой формуле скорости V относительно лабораторной системы отсчета и без связи с какой-то АСО, навело большинство физиков на мысль о принципе относительности, как экспериментальном факте (иначе V входила бы не сама по себе, а как-то по-другому).

     Я еще хотел бы заметить о Лоренце. Просмотрел я его работу о теории электрона (1904) и совсем не увидел в ней никакой ЛТО - Лоренцевской теории относительности. Там он рассматривает свои преобразования и в более поздних примечаниях сетует на себя за то, что не догадался, как Эйнштейн, записать уравнения в более изящной форме. Он даже указывает причину - просто, не смог тогда отвлечься от мысли об абсолютности времени. Но нигде в его работе не сказано, что уравнения работают лишь для некоторой выделенной ИСО!
     Я об этом пишу потому, что некоторое время назад с удивлением обнаружил, что Лоренцу приписывают создание некоторой ЛТО, в которой Лоренц, якобы, "привязывал" АСО к гравитационным полям и т.д. Ничего подобного я у него не видел.

[lvov]

Уважаемый Хартиков Сергей, дело в том, что связь электрического и магнитного полей  в движущейся СО вида E'=E+[VB] и B'=B-[VE], а также появление распределенного заряда у нейтрального проводника с током в новой СО были известны из классической (доэйнштейновской) электродинамики. И эти явления не имеют никакого отношения к СТО.

 Суть же СТО в том, что все известные физические явления (не только электромагнитные) остаются инвариантными в произвольной ИСО, характеризующейся лоренцевым преобразованием пространственно-временных координат. Именно из последнего положения следуют кинематические и динамические соотношения СТО. Пионерская роль Эйнштейна в том, что он, получив лоренцево преобразование координат из условия постоянства скорости света в новой СО (опыт Майкельсона), выдвинул указанную в начале абзаца обобщающую гипотезу.

     С уважением, О.Львов