Предлагаю обсудить идеи, изложенные в моей статье
http://quater1.narod.ru/Newton_1.htm. Статья сравнительно небольшая, поэтому привожу здесь её текст полностью.
Мог ли Ньютон создать теорию относительности?
(Или чем отличается теория относительности от классической физики.)
©2007 Мясников В.М.
Аннотация.
Вопрос “Мог ли Ньютон создать теорию относительности?” подразумевает следующее: Ньютон и многочисленная плеяда замечательных ученых XVIII и XIX веков создали физику, которую принято называть ньютоновской (классической). Могла ли, скажем, до появления теории Максвелла, сформулирована и обоснована мысль о возможности построения физики, отличной от ньютоновской?
Содержание статьи, её главная идея состоит в попытке выявить наиболее глубокие корни теории относительности на уровне даже не физическом, но МЕТАфизическом. Так “постулат релятивистского времени”, альтернативный ньютоновскому “постулату ньютоновского времени”, можно рассматривать как одно из “начал” новой, не-ньютоновской физики (равно как “постулат ньютоновского времени” — одно из “начал” классической физики), подобно известным “началам” термодинамики.
Я утверждаю, что не-ньютоновская физика, построенная на основе “постулата релятивистского времени”, совпадает со специальной теорией относительности, впервые предложенной А.Эйнштейном, на основе совершенно других соображений. Предлагаемая мной редакция специальной теории относительности (СТО* — новая редакция) отличается от СТО Эйнштейна лишь иной интерпретацией и ролью понятия одновременности, напрямую связанных с “постулатом релятивистского времени”.
Более того, предлагаемый подход, привлекая дополнительно “постулат релятивисткой массы”, альтернативный “постулату ньютоновской массы”, позволяет построить новые (“новые” — в смысле пока неизвестные научной общественности и опубликованные только на моем сайте, см. ссылки в тексте статьи) теории, продолжающие и развивающие идеи как классической физики, так и канонической теории относительности.
(Замечание в скобках. Предлагаемый подход к построению неньютоновской (релятивистской) физики почти буквально повторяет историю создания неевклидовой геометрии. Помните? Отказ от одной аксиомы Евклида (о параллельных) в пользу альтернативной привел к созданию неевклидовой геометрии. Статью об истории создания неевклидовой геометрии можно было бы назвать “Мог ли Евклид создать неевклидовую геометрию?”)
--------------------------------------------------------------------------------
В “Началах”, в примечании, которое Ньютон поместил непосредственно за своими определениями, он выражает свои взгляды на время и пространство:
«
I.
Абсолютное истинное и математическое время само по себе и по самой своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно и иначе называется длительностью».
«
II.
Абсолютное пространство, по самой своей сущности, безотносительно к чему бы то ни было внешнему, остается всегда одинаковым и неподвижным». (Цит. по [1], с. 49, 52).
Из “I.” следует, что время не зависит от пространства, а из “II.” — пространство не зависит от времени. Сформулирую это в виде утверждения: «
время и пространство взаимно независимы» и назову «Постулатом
ньютоновского времени». Соответственно, время, удовлетворяющее этому постулату называю
ньютоновским или
временем классической физики.
Есть ли альтернатива ньютоновскому времени? Да, есть, она очевидна — «
время неразрывно связано с пространством». Это утверждение я называю «Постулатом
релятивистского времени» и, соответственно, время, удовлетворяющее этому постулату называю
релятивистским или
временем теории относительности. Обращаю внимание на слово “
неразрывно” в формулировке постулата релятивистского времени, этим я хочу подчеркнуть, что релятивистское время в принципе не может рассматриваться независимо от пространства, ни в каком смысле.
Не существует никакой “частичной” зависимости между временем и пространством — или время “абсолютно” не зависит от пространства, и тогда наука физика
с необходимостью приходит к классической физике, или же время “неразрывно” зависит от пространства, и тогда наука физика,
строго опираясь на постулат релятивистского времени,
с необходимостью приходит к специальной теории относительности.
Я уже имел возможность утверждать ( [6], [7] ), что постулат релятивистского времени в совокупности с принципом относительности Эйнштейна являются
необходимым и
достаточным условиями для построения специальной теории относительности (имеется в виду, скорее,
идеология теории относительности, в рамках которой можно построить СТО Эйнштейна, или мою СТО* – новая редакция, или иную). Основные идеи и этапы доказательства сводятся к следующему : в классической механике скорость, определяемая как “отношение пути ко времени” (включая и “математическую скорость” как производную от пути по времени!), правило сложения скоростей, т.н. формулы преобразования Галилея и некоторые другие, связанные с перечисленными, имеют смысл только в случае
независимости времени и пространства, т.е. только в рамках “Постулата ньютоновского времени”, когда мы имеем возможность рассматривать тела и их движения в «нашем» трехмерном пространстве “как они есть”, т.е. без каких-либо искривлений пространства, изменений масштабов и т.п..
Если же “Постулат ньютоновского времени” заменить “Постулатом релятивистского времени”, то все перечисленные понятия (скорость, правило сложения скоростей, преобразования Галилея и др.) уже не могут использоваться в
том же классическом смысле, они просто теряют этот свой смысл в терминах релятивистского пространства и времени и требуют переосмысления. Так “движение тел” определяется в теории относительности как “движение системы отсчета, в которой это тело покоится”, само движение инерциальных систем определяется как свойство этих систем, описываемых параметром, именуемым “скорость инерциальной системы” (В частности, движение системы отсчета со скоростью
V совсем не обязательно интерпретируется как некое механическое движение с классической скоростью
V, бессмысленным представляется “сложение” классической и релятивистской скоростей), и т.д. Преобразования Лоренца, обеспечивающие ковариантность уравнений Максвелла, выводятся чисто математически из преобразований Галилея процедурой ортогонализации (при их рассмотрении в пространстве Минковского и при условии “предельности скорости света” — вот то место, где “скорость света” с необходимостью появляется в теории относительности), и затем, в физике, эти преобразования берутся из математики уже в готовом виде для обеспечения ковариантности преобразований инерциальных систем отсчета, требуемых принципом относительности Эйнштейна.
Уже сейчас можно сделать важные выводы о соотношении классической физики и теории относительности: Классическая физика и теория относительности являются
равноправными физическими теориями (или даже —
идеологиями, парадигмами), ни одна из них не является ни обобщением, ни частным случаем (следствием) другой. При этом принцип соответствия имеет место в том смысле, что существует такая область значений параметров (малые скорости и т.п.), в которой физические явления объясняются, как с точки зрения классической физики, так и с точки зрения теории относительности, и тогда в этой области значений параметров возможен переход от одной теории к другой.
Теория относительности (на всякий случай, замечу, что речь пока идет только о специальной теории относительности) столь же проста, или, если угодно, столь же сложна как и классическая (ньютоновская) физика. Не более! И не менее!
Каждому физику, при решении конкретной задачи, следует определиться — или он принимает «Постулат ньютоновского времени» и решает задачу и делает выводы в рамках классической физики, или же принимает «Постулат релятивистского времени» и, соответственно, решает задачу методами и средствами теории относительности и делает соответствующие выводы. Нельзя методами классической физики получить какие-либо результаты или “опровержения” в теории относительности (замечание специально для “опровергателей” теории относительности. Я полагаю, что все т.н. “парадоксы”, “противоречия” теории относительности в умах многих современных физиков обязаны также и тому, что знакомство с теорией для них начинается "с конца" (с релятивистских эффектов — сокращение длин, замедление времени и др.) или, в лучшем случае, — “с середины” (постулаты Эйнштейна, преобразования Лоренца и др.). Я предлагаю делать это с “начала”.). Строго говоря, результаты, полученные в рамках теории относительности, тоже нельзя распространять на “классику”, но принцип соответствия позволяет обойти этот запрет для некоторых, практически интересных, значений параметров.
Идея зависимости/независимости времени и пространства подсказала подобную же идею зависимости/независимости массы и пространства. Ньютон сформулировал следующее определение массы:
«Определение 1. Количество материи (масса) есть мера таковой, устанавливаемая пропорционально плотности и объему её …» ([1], с. 68).
Ньютон не оговаривает специально “независимость массы от пространства”, но эта «независимость» очевидным образом подразумевается (сама постановка вопроса о зависимости “количества материи в теле” от пространства вне тела выглядит, во времена Ньютона, бессмысленной). Я полагаю, что ньютоновское определение массы как меры
количества материи недостаточно корректно, в частности, выглядит очень неубедительно возможность замены тела в физических моделях материальной точкой, имеющей "то же количество материи", что и тело. Я предлагаю определить массу тела (частицы) просто как некую динамическую характеристику этого тела, оставляя рассмотрение её физического смысла “на потом”. Теперь и определение материальной точки, и формулировка зависимости/независимости массы и пространства становятся вполне корректными.
Итак, формулирую «Постулат
ньютоновской массы» : «
Масса и пространство взаимно независимы» и альтернативный ему «Постулат
релятивистской массы» : «
Масса и пространство неразрывно связаны».
Различные комбинации постулатов времени и массы, при строгом следовании этим постулатам, приводят к четырем различным физическим теориям (
парадигмам) :
I. «Постулат
ньютоновского времени» + «Постулат
ньютоновской массы» => Классическая физика.
II. «Постулат
релятивистского времени» + «Постулат
ньютоновской массы» => Пространство-время. Специальная теория относительности (СТО* — новая редакция) ([2] гл. XIII, [3], [4] ).
III. «Постулат
ньютоновского времени» + «Постулат
релятивистской массы» => Пространство-масса. Постньютоновский закон тяготения. Классическая Вселенная. Иерархия материи во Вселенной. Принцип Маха. Темная энергия ([2] гл. IV-V, [3], [5]).
IV. «Постулат
релятивистского времени» + «Постулат
релятивистской массы» => «Специальная общая» теория относительности и Кватерная Вселенная (как "самостоятельная теория относительности"), решающие многие проблемы общей теории относительности для слабых гравитационных полей и релятивистской космологии. Могут рассматриваться как “ближайшие” предшественники общей теории относительности ([2] гл. XIV, [3], [4] ).
Самой большой моей удачей я считаю введение математических объектов, которые при физической интерпретации определяют новые физические объекты —
кватеры (кватернионы специального вида), которые оказались идеальными (адекватными) с точки зрения «Постулата релятивистского времени» (кватерное пространство-время, [2] гл. II, III) и «Постулата релятивистской массы» (кватерное пространство-масса, [2] гл. II, IV ). Именно эти объекты, с простой математикой (это просто “числа”!) и широкими возможностями физической интерпретации, позволили построить указанные теории (и не только!) совершенно естественным путем, без привлечения гипотез
ad hoc. Получено множество результатов, хорошо, или не очень, известных, в том числе абсолютно новых и неожиданных, например, зависимость постоянной Планка от скорости в СТО* ( [4] ), позволяющая, как я полагаю, сделать решающий шаг в деле объединения квантовой механики и теории относительности, или доказательство принципа Маха, утверждающего, что силы инерции суть “слегка замаскированные” гравитационные силы, тем самым устраняется сама
необходимость различения инертной и гравитационной масс и утверждается справедливость принципа эквивалентности Эйнштейна ( [5] ), и др.
Приглашаю посетить мой сайт
http://Quater1.narod.ru , где вы найдете, кроме перечисленных, много других интересных идей
Цитируемая литература:
[1].
Э.Мах, Механика, Историко-критический очерк её развития, гл. II. В сб. “Альберт Эйнштейн и теория гравитации”, “Мир”, М. 1979
[2].
Мясников В.М. Натуральная философия. Книга (19 глав + 5 приложений).
[3].
Мясников В.М.
Математические начала современной натуральной философии. Аннотация книги.
[4].
Мясников В.М.
“Специальные” теории относительности (СТО* — новая редакция, СОТО и Кватерная Вселенная). Статья
[5].
Мясников В.М. Вселенная. Постньютоновская (классическая) модель. Статья
[6].
Мясников В.М. Теория относительности, новые подходы, новые идеи. Статья.
[7].
Мясников В.М. Отличия СТО* от СТО Эйнштейна. Статья.
