трусики женские украина

На головну

 Парадокси спеціальної та загальної теорій відносності - Фізика

ПАРАДОКСИ спеціальної та загальної теорії відносності

В.І. Моренко

Abstract. This article is devoted to special relativity theory, Lorentz transformations and curvature of space-time. Isotropy and flatness of space have been experimentally proved but the theory (special and general relativity theories) demands different determination of space-time properties. Reasons of such disagreement are hidden in mathematical tools and methods used by the theories

Спеціальна теорія відносності заснована на двох, що вважаються експериментально доведеними, фактах - кінцівки швидкості світла і її сталості в різних інерційних системах відліку (незалежності швидкості світла від його джерела). Саме ці умови, на загальну думку, не дозволяють використовувати в механіці перетворення Галілея при переході від однієї системи відліку до іншої. І, як наслідок, за основу математичних принципів опису процесів руху приймається релятивістський принцип відносності, заснований на перетвореннях Лоренца. Очевидність цих перетворень здається настільки бездоганною, що не повинно, здавалося б, і виникати сумнівів у правомірності висновків, що випливають з застосування принципу лоренц-інваріантності у фізичній теорії.

Справді, відповідно з обома постулатами спеціальної теорії відносності (релятивістський принцип відносності Ейнштейна і принцип інваріантності швидкості світла у вакуумі) для двох інерційних систем відліку K і K ', можна записати:

У цих рівняннях компоненти швидкості світла за умови прямолінійності його поширення:

Перетворення Лоренца зберігають инвариантность координатного часу при переході від однієї локально-інерціальної системи відліку до іншої. Однак отримані ці перетворення досить спірним чином.

Дійсно, перетворення Лоренца - є лінійні перетворення координат і часу двох прямокутних лінійних координатних систем, одна з яких є нерухомою, а друга рухається відносно першої зі швидкістю V. Для визначення відповідності координат і часів використовується модель опису руху одиничного пробного фотона (сигналу) з єдиного в нульовий момент часу для обох систем початку координат O верб загальну для обох систем точку M. І все було б чудово, якби не та обставина, що траєкторія руху пробного фотона lfпрі заданих умовах не може бути одночасно прямолінійною в обох системах координат K і K ', крім очевидного випадку, коли OO'M - пряма лінія. Дане твердження випливає з порівняння напрямку вектора прямолінійного руху пробного фотона в системі K з напрямком вектора руху того ж самого фотона в системі K '. Очевидно, що компоненти швидкості фотона в системі K підкоряються рівнянню:

Але в системі K 'ці компоненти визначаються виразом:

У зв'язку з цим, рівняння в системі K:

в системі K 'може бути протиставлено тільки рівняння:

За цих обставин використання методу лінійних перетворень для порівняння координат і часу систем K і K 'є, звичайно, оригінальним, але навряд чи продуктивним прийомом.

Таким чином, спеціальна теорія відносності не може бути заснована на Лоренц-інваріатності, але припускає свободу вибору лабораторної системи координат, що тотожне твердженням про інваріантності математичної форми визначення координатного часу в різних локально-інерційних системах координат. Сама ж існуюча трактування СТО є наслідком нехтування правилами математики (фізики жартують).

На противагу СТО в загальній теорії відносності математичні переваги взяли гору над фізичним змістом, хоча наслідки таких переваг не мають такого явного виду (математики жартують акуратніше фізиків).

В даний час найбільш визнаним визначенням сутності загальної теорії відносності є вираз інтервалу:

Цей вираз трактується як зміна властивостей (мір довжини) простору в присутності мас при збереженні величини швидкості світла.

Але якщо уважно розглянути рівняння для інтервалу, розуміючи, що він не є Лоренц-інваріантним, але справедливий для будь лабораторної системи координат, можна знайти два способи його пояснення - математичний і фізичний. Перший заснований на геометричному способі рішення фізичних завдань і повністю реалізований в апараті загальної теорії відносності і польових теоріях. А ось другий спосіб, заснований на можливості зміни швидкості світла в присутності мас, з незрозумілих причин повністю виключений з розгляду у фізичних теоріях. Однак саме другий спосіб має чітке фізичне обгрунтування, оскільки в оптиці широко відоме явище заломлення світла, викликане зменшенням швидкості розповсюдження електромагнітних хвиль у фізичному середовищі; а присутність в даному виразі членаможет трактуватися і як наявність у природі масштабного фактора і як наявність у вакууму показника заломлення, величина якого в присутності гравітаційних мас відмінна від величини цього параметра у відсутності зазначених мас.

Для того, щоб зробити правильний вибір, яка з трактувань є задовільною, нам необхідно розібратися, що є причиною викривлення простору - фізичне явище або результат математичного опису гравітаційної взаємодії.

Для цього необхідно, перш за все, зрозуміти, про який саме просторі йдеться - про математичному (уявна сутність), або про фізичну (реальна сутність) гравітаційному полі. Те, що в рівнянні поля Ейнштейна об'єднані фізичні та геометричні величини, ще не свідчить про фізичну природу викривлення простору, так як фізичні величини цього рівняння відносяться не власне до простору, а до включених в нього джерел гравітаційного поля. І коректним, з позиції збереження безперервності системи координат, на якій базується формулювання членів з лівої частини рівняння поля Ейнштейна, є умова відсутності розміру у джерел поля - точкова модель елементарних частинок. Відзначимо, що дана умова є обов'язковим для будь-якого фізичного поля при його математичному описі відомими на даний момент методами геометричної побудови координатного простору. Якщо ж джерело поля має розміри, то початок пов'язаної з ним системи координат виявляється усередині відмінною від власне поля фізичної сутності - іншого простору. У цьому випадку виникає проблема виключення з розгляду внутрішнього простору і його заміни на зовнішнє. У загальній теорії відносності дана проблема проявляється при виникненні у рішеннях рівняння поля параметра, кількісно збігається з радіусом дірки в поле, заповненої речовиною джерела цього поля.

Для того, щоб хоч якось забезпечити відповідність математичної моделі (гравітаційного поля) фізичної реальності за умови збереження безперервності координатної системи, можна через поняття афінної зв'язності ввести уявлення про «викривленні» простору в присутності гравітаційних мас як спосіб відображення простору з «дірками» на безперервне простір. Але в цьому випадку викривлений простір вже не є фізичною суттю, а представляє з себе деяку адекватну математичну модель.

Таким чином, ефект викривлення простору виникає вже на етапі математичного опису гравітаційної взаємодії і, в принципі, не вимагає додатково фізичного обгрунтування.

У той же час, не змінюючи дуже зручних для математики та побутового мислення уявлень про простір як лінійної, однорідною і безперервної суті, можна використовувати наявність у елементарних частинок кінцевих розмірів для визначення показника зміни швидкості світла в околиці гравітаційної маси наступним чином:

Оскільки позначення очевидні, то необхідно лише пояснити, що в якості розрахункового розміру елементарної частинки прийнятий радіус частинки з масою, рівною масі протона, тільки для зручності при аналізі. Безумовно, цей радіус буде залежати від величини гравітаційного поля, і ми використовуємо деякий усереднений розмір, який ще необхідно визначити, бажано на основі експериментальних даних. Такому умові найбільше відповідають дані про зміщення перигелію Меркурія, на підставі яких можна обчислити величину зміщення перигелію інших планет і порівняти їх з дослідними даними. Для порівнянності з результатами, одержуваними методами загальної теорії відносності, а також зважаючи на складність знаходження прямого аналітичного рішення, будемо визначати залежність показника заломлення від відстані між Сонцем і планетою через фокальний параметр, тобто через середнє арифметичне значення зворотних радіусу величин в точках апогею і перигею:

У цьому випадку величина зміщення перигелію визначається виразом:

Шуканий середній розмір умовного протона буде дорівнює:

Тоді для Землі:

Для Венери:

Для Ікаруса:

Величина відхилення світла Сонцем визначається в результаті наступного:

Тоді, з урахуванням різниці показників заломлення світла на поверхні Сонця і на орбіті Землі маємо;

Очевидно практично повний збіг отриманих результатів з досвідченими даними і результатами, пророкує загальною теорією відносності. Більш того, дані щодо відхилення світла Сонцем значно більшою мірою збігаються з експериментом, ніж передбачення загальної теорії відносності.

Перевагою математичної моделі над фізичною моделлю загальної теорії відносності є необхідність знання тільки двох експериментальних параметрів - маси тіла і відстані, в той час як для фізичної моделі необхідно ще й значення радіуса умовного протона. Однак, якщо об'єднати зазначені моделі, то для визначення останнього можна записати вираз:

теорія відносності модель математична фізична

Отримане по даній формулі значення радіуса умовного протона буде відрізнятися всього лише на три відсотки від величини, заснованої на експериментальних даних про величину відхилення світла, проте така розбіжність не надто принципово, оскільки обидві моделі (фізична і математична) є умовними.

Таким чином, математична модель гравітаційного поля, заснована на принципі викривлення геометричного місця точок, і фізична модель, заснована на зміні оптичних властивостей вакууму, дають приблизно однакові результати. Але справедливість саме першого із зазначених моделей, що пророкує наявність у простору властивостей, визначених глобальним масштабним фактором, могла б бути доведена лише в разі виявлення так званих Г-shaped форм. Однак, як показують новітні дослідження (див., Наприклад, Astrophysical Journal, 591: 599-622, 2003, July 10), в природі не спостерігаються об'єкти, які могли б свідчити саме про викривлення простору.

На закінчення необхідно відзначити, що при вирішенні фізичних завдань важливо дотримуватися аксіоми і правила відразу двох дисциплін - фізики і математики. В іншому випадку маленькі неточності призводять до великих проблем вже у філософії.

Список літератури

1. Abers E., Lee B.W., Gauge Theories, Phys. Rep., 9C, 1 (1973)

2. Aharonov Y., Casher A., ??Susskind L., Phys. Rev., D5, 988 (1972)

3. Aitchison IJR, Relativistic Quantum Mechanics, Macmillan, London, 1972.

4. Altarelli G., Partons in Quantum Mechanics, Phys Rep., 81C, 1 (1982)

5. Arnison G. et al., Intermediate vector boson properties at the CERN super proton synchrotron collider, Geneva, CERN, 1985

6. Bernstein J., Spontaneous Symmetry Breaking, Gauge Theories and All That, Rev. Mod. Phys., 46, 7 (1974)

7. Bilenky SM, Hosek J., Glashow-Weinberg-Salam Theory of Electro-Weak Interactions and the Neutral Currents, Phys. Rep., 90C, 73 (1982)

8. Bogush AA, Fedorov FI, Universal matrix form of first-order relativistic wave equations and generalized Kronecker symbols, Minsk, 1980

9. Bogush AA, Fedorov FI, Finite Lorentz transformations in quantum field theory // Rep. Math. Phys., 1977, Vol. 11, № 1

10. JRBond et al, The Sunyaev-Zel'dovich Effect in CMB-Calibrated Theories Applied to the Cosmic Background Imager Anisotropy Power at l> 2000, Astroph.Journal, 626: 12-30, 2005 June 10

11. Carruthers P., Introduction to Unitary Symmetries, Wieley-Interscience, New York, 1966

12. Catrol Sean, University of Chicago, Astrophys. Journ., 01.09.00

13. Close FE, An Introduction to Quarks and Partons, Academic Press, London, 1979

14. Cook N., Exotic Propulsion, Jane's Defense Weekly, 24.07.02

15. Cook N., Anti-gravity propulsion comes out of the closet, Jane's Defense Weekly, 31.07.02

16. Dokshitzer YL, Dyakonov DI, Trojan SI, Hard Processes in Quantum Chromodynamics, Phys. Rev., 58C, 269 (1980)

17. Dolgov AD, Zeldovich YB, Cosmology and Elementary Particles, Rev. Mod. Phys., 53, 1 (1981)

18. Ellis J., Grand Unified Theories in Cosmology, Phys. Trans. Roy. Soc., London, A307, 21 (1982)

19. Ellis J., Gaillard MK, Girardi G., Sorba P., Physics of Intermediate Vector Bosons, Ann. Rev. Nucl. Particle Sci., 32, 443 (1982)

20. Ellis J., Sachrajda CT, In: Quarks and Leptons, NATO Advanced Study Series, Series B, Physics, Vol. 61, Plenum Press, New York, 1979

21. Faddeev L.D., Popov V.N., Phys. Lett., 1967, Vol. 25B, p. 30

22. Feynman RP, The Theory of Fundamental Processes, Benjamin, New York, 1962

23. Feynman RP, Quantum Electrodynamics, Benjamin, New York, 1962

24. Feynman RP, The Feynman Lectures on Physics, Addison Wesley, Reading, Mass., 1963

25. Feynman RP, Photon-Hadron Interactions, Benjamin, New York, 1972

26. Feynman RP, In: Weak and Electromagnetic Interactions at High Energies, Les Houches Session, 29, North-Holland, Amsterdam, 1977

27. Field RD, In: Quantum Flavordynamics, Quantum Chromodynamics and Unified Theories, NATO Advanced Study Series, Series B, Physics, Vol. 54, Plenum Press, New York, 1979

28. Fradkin ES, Tyutin IV, Renormalizible theory of massive vector particles // Riv. Nuovo Cimento, 1974, Vol. 4, № 1

29. Fritzch H., Minkowski P., Flavordynamics of Quarks and Leptons, Phys. Rep., 73C, 67 (1981)

30. Georgi H., Glashow SL, Unity of all elementary-particle forces, Phys. Rev. Lett., 1974, Vol. 32, № 8

31. Georgi H., Lie Algebras in Particle Physics, Benjamin-Cummings, Reading, Mass., 1982

32. Gilman FJ, Photoproduction and Electroproduction, Phys. Rep., 4C, 95 (1972)

33. Glashow SL, Partial symmetries of weak interactions, Nucl. Phys., 1961, Vol. 22, № 3

34. Glashow SL, Illiopoulos I., Maiani L., Weak interactions with lepton-hadron symmetry, Phys. Rev. Series D, 1970, Vol. 2, № 7

35. Goldstein H., Classical Mechanics, Addison Wesley, Reading, Mass., 1977

36. Goldstone I., Field theories with "superconductor" solutions, Nuovo Cimento, 1961, Vol. 19, № 1

37. Green M.B., Surv. High Energy Physics, 3, 127 (1983)

38. Green MB, Gross D., eds., Unified String Theories, World Scientific, Singapore, 1986

39. Green MB, Schwarz JH, Witten E., Superstring Theory, Vol. 1,2, Cambridge University Press, Cambridge, 1986

40. Greene B., The Elegant Universe. Superstrings, Hidden Dimensions, and the Quest for Ultimate Theory, Vintage Books, A Division of Random House, Inc., New York, 1999

41. Halzen Francis, Martin Alan D., Quarks and Leptons. An Introductory Course in Modern Particle Physics, 1983

42. Higgs PW, Broken symmetries, massless particles and gauge fields, Phys. Lett., Series B, 1964, Vol. 12, № 2

43. Kac V., Infinite Dimensional Lie Algebras, Bierkhauser, Boston, 1983

44. Kaku M., Introduction to Superstrings, Springer-Verlag, New York, 1988

45. Kim JE, Langacker P., Levine M., Williams HH, A Theoretical and Experimental Review of Neutral Currents, Rev. Mod. Phys., 53, 211 (1981)

46. ??Kobayashi M., Maskawa T., CP-violation in the renormalizible theory of weak interactions, Progr. Theor. Phys., 1973, Vol. 49, № 2

47. Langacker P., Grand Unified Theories and Proton Decay, Phys. Rep., 72C, 185 (1981)

48. Lautrup B., In: Weak and Electromagnetic Interactions at High Energies, NATO Advanced Study Series, Series B, Physics, Vol. 13a, Plenum Press, New York, 1975

49. Leader E., Predazzi E., Gauge Theories and the New Physics, Cambridge University Press, Cambridge, 1982

50. Llewellyn Smith CH, In: Phenomenology of Particles at High Energy, Academic Press, New York, 1974

51. Moody R.V.J., Algebra, 10, 211 (1968)

52. Mulvey JH, The Nature of Matter, Clarendon, Oxford, 1981

53. Nambu Y., Lectures at the Copenhagen Summer Symposium, 1970

54. Okubo S., Tosa Y., Duffin-Kemmer formulation of gauge theories, Phys. Rev., 1979, Vol. D20, № 2

55. Peccei RD, Status of the standard model, Hamburg, DESY, 1985

56. Politzer H.D., Quantum Chromodynamics, Phys. Rep., 14C, 129 (1974)

57. Polyakov A.M., Phys. Lett., 103B, 207, 211 (1981)

58. Popov VN, Quantum vortices in the relativistic Goldstone model, Proc. of XII Winter school of theoretical physics in Karpacz, p. 397 - 403

59. Review of particle properties, Particle data group, Geneva, CERN, 1984, Phys. Lett., 1986, Vol. 170B, p. 1 - 350

60. Reya E., Perturbative Quantum Chromodynamics, Phys. Rep., 69C, 195 (1981)

61. Rose ME, Elementary Theory of Angular Momentum, Wiley, New York, 1957

62. Salam A., Elementary particles theory, Stockholm, W.Swartholm Almquist and Weascell, 1968

63. Schwarz J.H., ed., Superstrings, Vol. 1,2, World Scientific, Singapore, 1985

64. Soding P., Wolf G., Experimental Evidence of QCD, Ann. Rev. Nucl. Particle Sci., 31, 231 (1981)

65. Steigman G., Cosmology Confronts Particle Physics, Ann. Rev. Nucl. Particle Sci., 29, 313 (1979)

66. Steinberg J., Neutrino Interactions, Proc. of the 1976 CERN School of Physics, CERN Rep. 76-20, CERN, Geneva, 1976

67. T'Hooft G., Renormalization Lagrangians for massive Yang-Mills fields, Nucl. Phys. Ser. B, 1971, Vol. 35, № 1

68. Vilenkin A., Cosmic strings and domain walls, Phys. Rep., 121, 1985

69. Weinberg S., Gravitation and Cosmology, Principles and Applications of the General Theory of Relativity, Mass., 1971

70. Weinberg S., Recent Progress in the Gauge Theories of the Weak, Electromagnetic and Strong Interactions, Rev. Mod. Phys., 46, 255 (1974)

71. Weinberg S., The First Three Minutes, A.Deutsch and Fontana, London, 1977

72. Wiik BH, Wolf G., Electron-Positron Interactions, Springer Tracts in Mod. Phys., 86, Springer-Verlag, Berlin, 1979

73. Wilczek F., Quantum Chromodynamics, The Modern Theory of the Strong Interaction, Ann. Rev. Nucl. Particle Sci., 32, 177 (1982)

74. Wu T.T., Jang C.N., Phys. Rev., D12, 3845 (1975)

75. Wybourne BG, Classical Groups for Physicists, Wiley, New York, 1974

76. О.І.Ахієзера, Ю.Л.Докшіцер, В.А.Хозе. Глюони // УФН, 1980, т.132.

77. В.А.Ацюковскій. Критичний аналіз основ теорії відносності. 1996.

78. Дж.Бернстейн. Спонтанне порушення симетрії // Зб. Квантова теорія калібрувальних полів. 1977.

79. НН.Боголюбов, Д.В.Шірков. Квантовані поля. 1980.

80. А.А.Богуш. Введення в калибровочную польову теорію електрослабкої взаємодій. 2003.

81. С.Вейнберг. Гравітація і космологія. 2000.

82. Дж.Вебер, Дж.Уіллер. Реальність циліндричних гравітаційних хвиль Ейнштейна-Лоренца // Зб. Новітні проблеми гравітації. 1961.

83. В.Г.Веретенніков, В.А.Сініцин. Теоретична механіка і доповнення до загальних розділах. 1996.

84. Е.Вігнер. Теорія груп і її додатки до квантовомеханічною теорії атомних спектрів. 2000.

85. В.І.Денісов, А.А.Логунов. Чи існує в загальній теорії відносності гравітаційне випромінювання? 1980.

86. А.А.Детлаф, Б.М.Яворскій. Курс фізики. 2000.

87. А.Д.Долгов, Я.Б.Зельдович. Космологія і елементарні частинки .// УФН, 1980, т.130.

88. В.І.Елісеев. Введення в методи теорії функцій просторового комплексного змінного. 1990.

89. В.А.Ільін, В.А.Садовнічій, Бл.Х.Сендов. Математичний Аналіз, Підручник у 2 частинах, 2004

90. Е.Картан. Геометрія груп Лі і симметрические простору. 1949.

91. Ф.Клоуз. Кварки і Партон: введення в теорію. 1982.

92. Н.П.Коноплева, В.Н.Попов. Калібрувальні поля. 2000.

93. А.Ліхнеровіч. Теорія зв'язностей в цілому і групи голономіі. 1960.

94. В.І.Моренко. Загальна теорія відносності і корпускулярно-хвильовий дуалізм матерії. М., 2004.

95. А.З.Петров. Нові методи в загальній теорії відносності. 1966.

96. А.М.Поляков. Калібрувальні поля і струни. 1994.

97. Ю.Б.Румер. Дослідження по 5-оптиці. 1956.

98. В.А.Рубаков. Класичні калібрувальні поля. 1999.

99. В.А.Садовнічій. Теорія операторів. 2001.

100. А.Д.Суханов. Фундаментальний курс фізики. Квантова фізика. 1999.

101. Дж.Уіллер. Гравітація, нейтрино і Всесвіт. 1962.

102. Л.Д.Фаддеев. Гамильтонова форма теорії тяжіння // Тези 5-й Міжнародній конференції з гравітації і теорії відносності. 1968.

103. Р.Фейнман. Теорія фундаментальних процесів. 1978.

104. В.А.Фока. Застосування ідей Лобачевського в фізиці. 1950.

105. Ф.Хелзен, А.Мартін. Кварки і лептони. 2000.

106. А.К.Шевелев. Структура ядер, елементарних частинок, вакууму. 2003.

107. Е. Шредінгер. Просторово-часова структура Всесвіту. 2000.

108. І.М.Яглом. Комплексні числа та їх застосування в геометрії. 2004.

Розміщено на http: // www.

Авіація і космонавтика
Автоматизація та управління
Архітектура
Астрологія
Астрономія
Банківська справа
Безпека життєдіяльності
Біографії
Біологія
Біологія і хімія
Біржова справа
Ботаніка та сільське господарство
Валютні відносини
Ветеринарія
Військова кафедра
Географія
Геодезія
Геологія
Діловодство
Гроші та кредит
Природознавство
Журналістика
Зарубіжна література
Зоологія
Видавнича справа та поліграфія
Інвестиції
Інформатика
Історія
Історія техніки
Комунікації і зв'язок
Косметологія
Короткий зміст творів
Криміналістика
Кримінологія
Криптологія
Кулінарія
Культура і мистецтво
Культурологія
Логіка
Логістика
Маркетинг
Математика
Медицина, здоров'я
Медичні науки
Менеджмент
Металургія
Музика
Наука і техніка
Нарисна геометрія
Фільми онлайн
Педагогіка
Підприємництво
Промисловість, виробництво
Психологія
Психологія, педагогіка
Радіоелектроніка
Реклама
Релігія і міфологія
Риторика
Різне
Сексологія
Соціологія
Статистика
Страхування
Будівельні науки
Будівництво
Схемотехніка
Теорія організації
Теплотехніка
Технологія
Товарознавство
Транспорт
Туризм
Управління
Керуючі науки
Фізика
Фізкультура і спорт
Філософія
Фінансові науки
Фінанси
Фотографія
Хімія
Цифрові пристрої
Екологія
Економіка
Економіко-математичне моделювання
Економічна географія
Економічна теорія
Етика

8ref.com

© 8ref.com - українські реферати


енциклопедія  бефстроганов  рагу  оселедець  солянка