Уважаемый
VictorNovak, я прошёл по ссылке из стартового сообщения, прочитал все Ваши комментарии в этой теме - в СТО Вы пока не разбираетесь. Как мне видится, большинство Ваших вопросов и фантазий оттого, что Вы "даже не вникали". У Вас совершенно неверные представления об источниках естественно-научных знаний, о теории электромагнетизма, об известных по этому вопросу фактах и об истории возникновения СТО. Поэтому Ваше сочинение по большей части представляет набор ошибочных утверждений. К концу обсуждения кое-что стало вставать на свои места, но всё же...
Смотрите сами. Пишете, что постулатов СТО не знаете, метод постулатов Вам не нравится, между тем свой подход строите точно так же на "постулатах" - утверждениях, положенных в основу дальнейших рассуждений:
Путь к ответу довольно прост:
1. Сила магнита НЕ должна зависеть от того, где проводится эксперимент...
...
2. Дело в том, что наш металлический шар (как и любой другой неравнодушный к электромагнетизму объект) "узнаёт" о пуске тока через контур НЕ сразу.
...
Это не что иное, как 2 постулата - "относительности" и "конечности скорости распространения взаимодействий". Причём Вы вводите свои постулаты без какого-либо обоснования. Если Вы полагаете, что теоретическая физика - это сборник эзотерических догматов, то Вы глубоко заблуждаетесь. Ни Эйнштейн, ни другие физики конца XIX - начала XX века не брали формулы и законы "с потолка". Единственное достоверное основание физики - эксперимент, практика. А постулаты и законы - теоретическое обобщение эмпирики.
(замечание)
Поскольку стиль Вашего текста намекает на его "обучающую" направленность, как бы разъяснение от знающего человека всем интересующимся, то позволю себе чуть больше придирок, в т.ч. и терминологических.
Контур совсем не "высоковольтный". Ток нужен большой, а вот напряжение - нет.
Заменять контур большой площади на узкую "трость с разрезом" - ошибка. Расположив рядом два проводника с равными по силе, но противоположными токами, Вы делаете практически незаметным магнитное поле такого контура даже на небольших расстояниях: магнитные поля проводников складываются только в щели между ними, а снаружи взаимно компенсируются.
"Сила магнита НЕ должна зависеть от того, где проводится эксперимент". Почему? Это утверждение может следовать только из экспериментов. Что у Вас - не совсем понятно. Вы вроде как априори это утверждаете. Это я к тому, что Ваши рассуждения не добавляют ясности даже в этом моменте.
А стоит отметить, что в XIX веке как раз было много теоретических и практических вопросов касательно электромагнитных и световых явлений в движущихся телах. Собственно отсюда и выросла СТО.
Были такие уравнения Максвелла (задолго до Эйнштейна), из которых науке стало известно, что магнитное и электрическое поля (до того воспринимаемые отдельно) - влияют друг на друга: любое изменение в одном (скажем, если вы потрясёте магнитом в воздухе, или пропустите электрический ток через нейтральный металл) вызывает изменение в другом
Опять пишете ерунду. Науке это стало известно задолго до Максвелла и не из уравнений, а из экспериментов. Связь электрического и магнитного полей обнаружили Эрстед в 1820 г. (магнитное поле токов), а потом в 1831 г. Фарадей (электромагнитная индукция). Правда лишь в том, что уравнения, выражающие эту связь, позднее вошли в систему ур-ий Максвелла.
те же выводы Максвелла показывают, что эти "изменения" распространяются в э.м. поле как волны: они стабильны (т.е., однажды возникнув - не меняют своей скорости, или направления; во всяком случае до появления препятствий), а также не нуждаются в материальной среде (т.е., э.м. поле существует даже в космосе, или вакууме).
И это не правда. Максвелл был сторонником теории эфира. Его уравнения описывают поперечные колебания "упругой среды". Ни о каком распространении полей и волн в вакууме речи тогда не шло, отсутствие эфира из уравнений Максвелла не следует. От эфира отказались с подачи Эйнштейна и то не сразу.
В случае же нашего очень наэлектризованного контура
Наэлектризованным называют физическое тело, обладающее ненулевым электрическим зарядом. Описанный же Вами контур электрически нейтрален, т.е. не наэлектризован, а просто по нему течёт ненулевой ток, создающий вокруг контура магнитное поле.
- полагаю, что речь идёт о радиоволнах, которые пробуждают свободные электроны в нейтральном металличеком шаре; и эти электроны, выстраиваясь вдоль радиоволн
- перестают быть ориентированы в пространстве случайным образом (из-за чего шар до того и был нейтральным), и потому притягиваются к "проводу" (по сути - к его электронам, которые в первую очередь выстроились аналогичным образом из-за действия на контур напряжения батареи).
Полнейшая ерунда от начала и до последнего слова. В описанном опыте шар притягивается магнитным полем, которое создаётся
постоянным током, а никакими не радиоволнами. Поле это статическое. Как постоянное магнитное поле воздействует на вещество, почему в магнитном поле на предметы действуют силы (кстати, это может быть и отталкивание, а не только притяжение) можно почитать в любом учебнике по электромагнетизму. Да даже и в википедии что-то найдётся. Но там нет ничего общего с описанием от
VictorNovak. Кстати, уже Лоренц предполагал, что магнитные свойства вещества связаны с движением зарядов, но не столько свободных, сколько связанных. И не просто с движением, а со спиновым (как тогда полагали - вращением заряда вокруг оси) и орбитальным вращением.
Да, в момент включения тока будут переходные процессы, будет "волна возмущения" - сравнительно небольшая область (слой, на больших расстояниях близкий по форме к сферическому), отделяющая ту часть пространства, где магнитного поля ещё нет от той, где уже есть постоянное магнитное поле контура. Двигаться она будет со скоростью света. Но причина притяжения шара к контуру не в ней.
И даже более того: сразу же за первым "фронтом" следуют и второй, и третий, и так далее
При постоянном токе ничего подобного не происходит. Как я писал выше, фронт всего один, а за ним магнитное поле стационарно.
Мой внутренний электрик спешит заметить, что ток в "контуре", создаваемый батареей, должен быть переменным
"Электрик" немного подвёл. Для излучения радиоволн ток нужен переменный, только вот радиоволны в данном случае не нужны. Сила притяжения шара возникает из-за магнитного поля, а не из-за радиоволн. Ток в контуре может быть и переменным - эффект притяжения останется. Правда сила притяжения тоже будет переменной. Всё как и в случае с постоянным током, только чуть сложнее из-за колебаний тока, наличия излучения и др. эффектов.
Всё это потому, что носители эл. зарядов ... по сути они являются крошечными (и очень необычными) магнитиками: всё это стало известно уже после Эйнштейна
На самом деле "магнитиками" являются не только носители эл. заряда, а "к э.-м. возмущениям" "неравнодушны" не только "магнитики", но и собственно электрические заряды, что было известно до Эйнштейна (сила Лоренца).
В реальном мире электромагнит удерживает стальной шар вовсе не из-за фронтов радиоволн. Поэтому "вывод"
Вот при чём здесь скорость, движение, и то, как они связывают воедино
пространство и время.
повисает в воздухе. Собственно как и все дальнейшие рассуждения про сверхсветовые ракеты, в которых "фронты" не долетали бы до шара (кстати, тут Вами использован постулат о независимости скорости света от движения источника) и он упал бы.
Вообще мысленные эксперименты не могут служить источником экспериментальных данных для построения новых теорий. Что мы и видим: в реальности электромагнитные явления протекают совсем не так, как в Ваших фантазиях.
Вот тут-то Эйнштейн и мог бы прийти к СТО!
Перечитайте ещё раз свои "объяснения". Вы серьёзно? К СТО приводят рассуждения типа "Не может же в ракете, летящей со сверхсветовой скоростью, стальной шар не притягиваться к электромагниту"? Теории строятся на базе экспериментов, а не на чьих-то вере или неверии. Настоятельно рекомендую посмотреть книжки Пайс А. "Научная деятельность и жизнь Альберта Эйнштейна" (гл. 6-7), Мандельштам Л. "Лекции по оптике, теории относительности и квантовой механике" (Лекции по физическим основам теории относительности), ну и хотя бы первую страницу (там вообще нет формул - только пояснения) статьи самого Эйнштейна "К электродинамике движущихся тел". В этих книгах подробно и обстоятельно рассказано, как пришли к СТО, с какими проблемами столкнулась физика в конце XIX в. и почему предложенный Вами путь к СТО не ведёт.
Ну т.е., я почему-то считал, что мы могли принять требование независимости магнитной силы от скорости движения (см. п. 1) за постулат, типа как "в рамках эквивалентности законов физики в инерциальных системах" (хотя это уже вроде ОТО)
Вы предлагаете принять за постулат ошибочное утверждение. В реальности магнитная сила (магнитное поле) зависит от скорости движения. Инвариантным будет общий эффект от электромагнитного поля, однако, какая часть силы имеет электрическую природу, а какая магнитную, зависит от скорости движения проводника с током. К тому же Вы вроде как хотели обойтись без постулатов... :) И это ещё не ОТО, а СТО.
Всё, что уравнения Максвелла делают ... - говорят нам о свойствах вакуума: о такой-то постоянной; о сякой-то постоянной; и об э.м. волнах, скорость которых
напрямую от них зависит ...
Т.е., эта скорость и эти свойства вакуума - они уже НЕ зависят от наблюдателей (будь они на ракетах, диванах, или поездах).
О свойствах вакуума говорят не уравнения Максвелла, а эксперименты. Входящие в уравнения константы получены из опытов. А опыты эти проводятся наблюдателями на диванах и в поездах. Собственно как и сами ур-я Максвелла получены из экспериментов вполне конкретными наблюдателями при вполне конкретных условиях. И так вот прямо очевидным образом ниоткуда не следует, что выявленные закономерности должны сохраняться при любых скоростях движения, что на ракете эксперименты по определению постоянных вакуума дадут те же значения. Это следует из принципа относительности. Но из какого? Экспериментально в механике в то время был подтверждён лишь принцип относительности Галилея, однако ур-я Максвелла ему не удовлетворяют (они не инвариантны относительно преобразований Галилея, относительно которых инвариантны уравнения ньютоновской механики).
Более того, Максвелл записал свои уравнения не для вакуума, а для неподвижного эфира (который в его понимании ничем принципиально не отличался от диэлектриков) и неподвижных тел в нём. Что будет с движущимися телами - это вопрос, который занимал всех физиков того времени, и чёткого ответа на этот вопрос не было. Например, Френель считал эфир неподвижным (относительно сферы неподвижных звёзд) и лишь частично увлекаемым телами, Герц полагал эфир полностью увлекамым, а Лоренц - полностью неподвижным. И лишь Эйнштейн недвусмысленно предложил от эфира отказаться.
Ну а то, что уравнения Максвелла так хорошо совпадают с экспериментами (как и значения этих постоянных вакуума) - ну, это просто очень хорошая "карта территории", строго говоря.
Ещё раз: ур-я Максвелла так хорошо совпадают с экспериментом, потому что они из экспериментов и получены (выведены на основе обобщения экспериментальных данных), а не с потолка взяты. Сам по себе факт совпадения скорости света со скоростью распространения электромагнитных волн лишь наводит на мысль, что свет - это электромагнитные волны, но не говорит о том, что это максимальная скорость распространения взаимодействий.
Скорость света абсолютна.
...
Но на самом деле этот постулат можно заменить на "Скорость света не зависит от скорости источника".
На самом деле "абсолютность" скорости света не имеет места в неИСО, а вот независимость от скорости источника имеет место всегда. Эйнштейн пользовался более универсальным предположением.
Тогда не проще ли сказать, что скорость элекромагнитных волн не складывается ни со скоростью источника, ни скоростью приёмника?
Не проще. Вместо одного утверждения Вы предлагаете два. Причём второе требует аккуратного рассмотрения и не всегда верно. Но в тех смыслах, в которых верно, непосредственно следует из первых двух постулатов.
будь то эфир, или QFT
Тёплое с мягким не путайте. Эфир - это среда с механическими и электромагнитными свойствами, а QFT - это раздел теоретической физики, квантовая теория поля.
Ну т.е., не можем мы принять
за некий общий знаменатель (за 1, как у звука, а не за 2), потому что они - константы, и мы "должны уважать" их обе; и уравнения Максвелла (и Ампер с Кулоном) говорят, как именно нам следует это делать
Вообще-то можем. Наличие двух констант
и
связано чисто с выбором системы единиц и никакого специального физического смысла не имеют. Например, в так называемой Гауссовой системе единиц они обе равны безразмерным единицам, а физический смысл имеет только константа
- скорость электромагнитных волн в вакууме.
Так-то инвариантность скорости электромагнитных волн в вакууме прямо следует из уравнений Максвелла.
Инвариантность относительно чего? В те времена экспериментально (и теоретически) была подтверждена только галилеевская инвариантность. Ур-я Максвелла ей не удовлетворяют. Ритц, например, вообще предложил отказаться от Максвелловских ур-ий, построив заново электродинамику без предположения о независимости скорости света от движения источника.
Для магнетизма свободные электроны тоже нужны - но, по всей видимости, их должно быть немного.
Предложение ошибочное. Ещё раз показывает, что строить физическую теорию на основе каких-то своих надуманных (а не выведенных из экспериментов) моделей - дело бесполезное. Получится модель, имеющая мало общего с реальным миром. И на каждый новый экспериментальный результат постфактум вам придётся придумывать к такой модели новый "костыль" (гипотезу ad hoc). Это означает, что у вас нет теории.
В первом посте я подробно рассмотрел возникновение и распространение э.м. волн, их влияние на тела - чтобы сделать однозначный вывод о необходимости инвариантности скорости их распространения.
Во втором - я понял, что эта необходимость была заложена ещё Максвеллом, и рассказал, как именно.
Да как бы нет. Ни возникновения волн, ни их распространения Вы не рассмотрели вообще никак (а уж тем более не подробно). И никакого вывода об инвариантности скорости не получили. Максвеллом было "заложено" существование электромагнитных волн в неподвижном эфире. Любые уравнения и модели физики - это лишь приближения. Учёные это понимали и в XIX веке, и раньше. Будут ли справедливы ур-я Максвелла при рассмотрении движущихся тел, никто заранее не знал. Более того, несчётное число раз проверенные уравнения Ньютона оказались, вообще говоря, не верны. Это сейчас, спустя столетия, когда электродинамика и СТО проверены и перепроверены, а результаты преподнесены вам на блюдечке, создаётся впечатление, что эти результаты можно было взять за основу. Вы, грубо говоря, подсмотрели ответ в конце учебника, а теперь подгоняете под него "решение", которое при ближайшем рассмотрении решением-то и не является.
всё же продолжу настаивать на том, что в этих уравнениях никакого движения нет
Именно что так. Поэтому из них и нельзя сделать никаких выводов относительно движущихся тел и систем отсчёта (а именно тогда нужна СТО. Если всё неподвижно, кроме электромагнитных волн, то и никакие преобразования не нужны - ни Лоренца, ни Галилея).
но Максвелл открыл, что эти свойства (и скорость их распространения) должны быть всегда и везде одинаковыми, для всех тел
Нет, этого он не открывал. Ещё раз повторю: ур-я Максвелла лишь утверждали, что скорость распространения э.-м. волн не зависит от скорости движения источника. Объяснялось это тем, что волны эти распространяются в неподвижном эфире. Но в отношении света это было известно задолго до Максвелла.
Уравнения Максвелла были изначально (но не намеренно) записаны так, что инвариантность относительно преобразований Лоренца была в них включена.
Вообще говоря, не совсем так. Электрическое и магнитное поля не являются векторами по отношению к группе Лоренца. Уравнения сохраняют свой вид при переходе к движущейся системе координат только при специальном преобразовании компонент электрического и магнитного полей, при котором они (компоненты) перемешиваются. Правда выясняется, что это специальное преобразование полей оказывается "естественным", если компоненты векторов полей объединить в тензор или, как принято говорить, записать уравнения в явно ковариантном виде. Ещё нагляднее получается, если записать уравнения через 4-вектор потенциала или в явно инвариантном виде через дифференциальные формы.
Я понимаю. И всё же поля без этих свойств "развалились бы".
Без их взаимосвязи.
Так они и "разваливаются". И на практике в том числе. Собрать их вместе помогают только объединение в единый тензор напряжённости и преобразования Лоренца. Причем подтверждение, что делать надо именно так, а не по-другому - только экспериментальное. Поскольку формально возможны и другие варианты - см. те же теорию Герца или теории "истечения" Ритца, Толмена и др.
если пользоваться преобразованиями Галилея, то получаются не просто какие-то другие электромагнитные явления для движущегося наблюдателя
Если пользоваться преобразованиями Галилея, то ур-я Максвелла относительно них не инвариантны - мы теряем принцип относительности. То, что они не инвариантны ни в какой записи, показывается инвариантностью уравнений Герца (см., например, те же "Лекции" Мандельштама). Речь, конечно, идёт не о малых скоростях, а об эффектах порядка
и
.
Эйнштейн мог использовать именно такой "метод" из-за революционности своей теории.
Т.е., он сам, а возможно и по совету тех, кто помогал с публикацией, просто не стал связывать своё имя с Максвеллом - из, так сказать, "научно-политических" соображений.
Да Вы в работу Эйнштейна загляните: он там Максвелла не раз поминает, и уравнения его там выписывает, и преобразования Лоренца для полей из них выводит (заодно демонстрируя ковариантность уравнений Максвелла). Статья-то про электродинамику.
Эйнштейн писал(а):
Эти две предпосылки достаточны для того, чтобы, положив в основу теорию Максвелла для покоящихся тел, построить простую, свободную от противоречий электродинамику движущихся тел.
Эйнштейн понимал, что одних лишь ур-ий Максвелла недостаточно (а Пуанкаре так и вовсе (ошибочно) считал, что требуется и третий постулат).
если бы "правота Максвелла" НЕ подтвердилась
- это были бы вопросы не к Максвеллу, а ко всей электродинамике и магнетизму ДО него.
Скажем так: это были бы не вопросы, а уточнения, определение рамок применимости теории. Точно так же, как сейчас ньютонова механика и преобразования Галилея по-прежнему применимы и прекрасно согласуются с экспериментом при малых скоростях движения. В их области применимости к ним вопросов нет. Да, были попытки модификации теории Максвелла (см. выше), но обошлось почти без них: если быть точным, то та "классическая доэйнштейновская" электродинамика, которую мы сейчас знаем, - это теория Максвелла, существенно дополненная Лоренцем, его теорией строения материи из заряженных частиц. Кстати, у Лоренца всё сходилось с экспериментом вплоть до эффектов первого порядка по
включительно.