Лошадь и Кристиан Доплер против СТО.
Великий Ньютон как-то заявил, что «гипотез не измышляем». То есть, по его мнению, физика, кроме как в арифметических аксиомах, в каких либо гипотезах (физических постулатах) не нуждается. Сэр Исаак считал, что математика позволяет вычислить в этом мире ВСЕ с чем, судя по всему согласны современные физики теоретики. По этой причине они глубоко уверены в том, что настоящему физику ничего кроме математики знать не нужно. То есть, по сути, они считают, что физика это не более чем один из разделов прикладной математики. Однако математика это всего лишь инструмент. И если им попытаться заметить физику, то можно попасть впросак, который на полном серьезе воспринимается в одной уважаемой физической теории. Однако давайте по порядку.
Привяжем к столбу лошадь и с помощью динамометра измерим силу, с которой она может тянуть столб. Особо не напрягаясь, животное сможет развить усилие порядка
ньютон. Все, достаточно физики, дальше обратимся к математике.
Пусть к лошади привязана гирька массой
грамм. Рассчитаем ускорение, какое она (лошадь) может придать гирьке. Из второго закона Ньютона получим:
. При таком ускорении через 100 секунд лошадь ускорит гирьку до субсветовой скорости.
Внимательный читатель скажет: вот придурок, он же массу лошади в расчете не учел. Виноват, сейчас исправим. Пусть животное имеет массу 200 килограмм. В этом случае массой гирьки можно пренебречь, а лошадь будет двигаться с ускорением
. Тоже неплохо, этого ускорения достаточно, чтобы через минуту скорость лошади приблизилась к скорости звука.
Однако опыт показывает, что лошади (даже самые породистые и резвые) с трансзвуковыми скоростями не бегают. Проверяем исходные данные расчета: силу, массу лошади, правильность хода секундомера. Все правильно, а лошадь все равно так быстро не бежит.
В чем тогда ошибка? А в том, что по жизни лошадь бегает от силы со скоростью 15…20 м/с потому, что она лошадь, а не реактивный самолет. Спрашивается, а как учесть это «лошадиное» обстоятельство в расчетах.
А, например, вот так. Обозначим предельную скорость бега лошади как «c». Тогда, как только груз, который ускоряет лошадь, достигнет этой скорости, никакого ускоряющего усилия на него лошадь оказывать не сможет. То есть, сила, с которой лошадь толкает себя, станет равной нулю. Ограниченные возможности лошади можно отобразить так:
где v и F – ткущее значение скорости груза и усилия, действующего на него со стороны лошади;
– усилие, которое лошадь создает на неподвижный груз.
С учетом этого второй закон Ньютона следует записать так:
Из этого соотношения следует весьма известный вывод: в классической форме закон Ньютона можно использовать лишь при малых скоростях
. При приближении скорости лошади к «с» возникает «лошадиный» барьер.
Существование «лошадиного» барьера можно объяснить и иначе. Будем считать, что лошадь может бежать сколь угодно быстро. А вот масса груза, который она тянет, зависит от скорости вот так:
Если с учетом этого обстоятельства записать второй закон Ньютона, то мы вновь получим соотношение (1). Но эта гипотеза не внушает доверия потому, что никто еще не видел неутомимых лошадей и бесконечно больших жокеев.
Заменим термины: вместо лошади ускоряющая электромагнитная волна в ускорителе элементарных частиц, а вместо гири – элементарная частица. Спрашивается, до какой скорости можно ускорить элементарную частицу в этом ускорителе. По аналогии с лошадью ответ очевиден: до скорости распространения электромагнитной волны в ускоряющем тракте ускорителя и не более. И никаких манипуляций с массой ускоряемой частицы не требуется.
Уважаемая публика может заявить, что аналогия с лошадьми и гирями в таком серьезном вопросе неуместна. Хорошо. Давайте рассуждать более строго. Энергия электромагнитной волны связана с ее частотой так:
, где h – постоянная Планка,
– частота волны в системе отсчета неподвижного наблюдателя. Отсюда, энергия ускоряющей электромагнитной волны в системе отсчета ускоряемой частицы, согласно эффекту Доплера, будет равна:
Отсюда возникает «лошадиное» ограничение: при
, энергия ускоряющей волны, в системе отсчета ускоряемой частицы, становится нулевой. То есть по достижению частицей этой скорости никакой энергии волна ей передать не может, а потому рост скорости частицы прекратится.
Можно возразить, что приведенное соотношение записано для классического, а не релятивистского эффекта Доплера. Однако нетрудно убедится, что и в рамках релятивистского эффекта Доплера при скорости движения частицы
, параметры ускоряющей электромагнитной волны также обнуляются.
Можно заявить, что эффект Доплера показывает суть «светового» барьера с другой стороны и лишний раз подчеркивает, так сказать, глыбину и ширину выводов СТО. Можно и так. Но есть одна закавыка: этот эффект заодно не позволяет передать средствами электромагнитного взаимодействия заряженной частице НЕОГРАНИЧЕННОЕ количество энергии, которое (согласно СТО) является необходимым условием для возникновения «светового» барьера.
Таким образом, есть дилемма. Можно, в рамках ньютоновского формализма, считать, что сила (неважно, лошадиная или электромагнитная) – это независимая величина. Тогда для объяснения наблюдаемого характера движения лошадей на ипподроме и заряженных частиц в ускорителях, следует считать их массу, зависящей от скорости. Соотношениям Доплера в такой концепции не то, чтобы нет места. Просто их следует считать, так сказать, региональными: они описывают свистки паровозов, милиционеров и т.п. чепуху.
А можно считать, что соотношения Доплера имеют универсальный характер. Тогда сомнениям подвергается концепция релятивистской механики, ну а за ней и СТО в целом.
Что выбрать я не знаю. Поэтому прошу наставить меня на путь истинный (по возможности доказательно) уважаемых участников форума.
И еще. Внимательный читатель может возразить. Если СТО такая «нехорошая» теория, то куда девать ее и ОТО эффекты, которые были подтверждены в опытах? Если, уважаемый читатель, Вас это действительно интересует, то Вам сюда:
http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog ... 13160.html.
Или сюда:
http://forum.lebedev.ru/viewtopic.php?p=66243#66243.
Здесь будет показано, что существует иной, чем СТО способ описания упомянутых выше эффектов. Причем более общий, поскольку позволяет с единых позиций описать не только эффекты СТО и ОТО, но включит в это же описание магнетизм.