Материальная система координат

 

Некогда во времена классической физики система координат понималась как воображаемые прямые линии во вселенной и единое в ней время, поскольку такое представление даётся людям от природы и объяснять его не нужно. В отличие от нее, релятивистская система координат современной физики сугубо материальна. Ее система координат или система отсчета (СО) была представлена Эйнштейном как репер из трех ортогональных жестких стержней – осей координат, на которые нанесены масштабные деления, и часов, которые расставлены вдоль осей и идут синхронно между собой. Часы синхронны с точки зрения наблюдателя, неподвижного относительно СО.

 

Но в природе не бывает абсолютно жестких стержней, все они состоят из атомов, образующих пространственные решетки путем самоорганизации, т.е. являются упругими телами и самоорганизующимися системами. Потому мы можем построить эти стержни из своих самоорганизующихся технических устройств и простейших осцилляторов. При этом неважно, излучают ли они что-либо или нет, ибо свойства размеров и масштабов от этого не зависят. Подключив к осцилляторам часы – счетчики колебаний и их долей, мы получим систему часов, которые синхронизируются сами собой и восстанавливают свой синхронизм после ускорений и других воздействий на систему. Они идут тоже синхронно с точки рения наблюдателя, неподвижного относительно СО.

 

С точки зрения классической физики обе эти системы -  из стержней естественных и искусственных – тождественны. А с точки зрения самой частной теории относительности (СТО) их тождество может быть формально доказано следующими рассуждениями. Пусть обе системы расположены в космическом пространстве рядом друг с другом, а их масштабные деления и показания часов подстроены друг к другу и точно совпадают с точки зрения наблюдателя, неподвижного относительно них, т.е. с его точки зрения точно равны. Тогда они и с точек зрения других наблюдателей, движущихся с разными скоростями, тоже точно равны. В противном случае нарушался бы сам принцип относительности, ибо наблюдаемые изменения равенства не соответствовали бы преобразованиям Лоренца и позволяли бы вычислить абсолютную скорость наблюдателя. Да и было бы слишком фантастичным полагать, что пролетающий мимо космонавт видит, например, сдвоенные часовые стрелки как расположенные под углом друг к другу или в разных местах.

 

Эти рассуждения вполне достаточны для доказательства. Можно было бы в принципе полагать, что эти две системы по-разному зависят от абсолютной скорости и по разному меняются при ускорениях, но в СТО существуют только скорости относительные, абсолютная скорость отрицается.

 

Самоорганизующаяся СО, двигаясь сквозь классический светоносный эфир в направлении оси x, реорганизуется при ускорениях, как и все подобные системы в средах, и остаётся реорганизованной при движении относительно эфира по инерции. Размеры и масштабы оси x сокращены как (1 – v²/c²)^1/2, во столько же раз замедлены колебания осцилляторов и ход подключенных к ним часов. Масштабы по двум другим осям не меняются, в них лишь замедляется ход часов. Каждые передние в движении часы оси x отстают от следующих за ними на некоторый временной интервал, ибо при любом способе их синхронизации она производится через сигналы, идущие вперед относительно системы медленнее, чем назад, что и приводит к расхождению их показаний.

 

Результат реорганизации оси x можно изобразить в координатах (x,ct) неподвижной системы или в координатах (x,ct’-ct), как показано на этом рисунке, где t – показания часов движущейся системы, а t’ – часов системы движущейся.

 

 

 

В виде кружков со стрелками представлены положение часов движущейся СО и их показания. В момент времени t = 0 в неподвижной СО каждые часы движущейся СО отстают от движущихся вслед за ними на временной интервал dt’, равный l*v/c² (по часам движущимся, потому замедленным), где l - расстояние между часами при неподвижной системе.

 

Положение этих часов вдоль оси x и их показания можно изобразить в виде точек на плоскости (x,ct’-ct), которые ложатся на ось x”. Расстояния между точками на плоскости пространство-время будем понимать как классический пространственно-временной интервал между часами. Такой интервал между часами «o» и «b» можно вычислить как гипотенузу треугольника aob, с катетами ab = c*lv/c² и ob = l/г = l*(1 – v²/c²)^1/2. Квадрат гипотенузы получается равным: (lv/c)²+ l²*(1 – v²/c²) = l², т.е. длина пространственно-временного интервала при любой скорости остаётся постоянной.

 

Мы не можем распоряжаться тем понятием интервала, которое присуще теории Эйнштейна, но выяснили что интервал в его обычном, классическом понятии не зависит от скорости, несмотря на реорганизацию системы и сокращение расстояний в ней. Таков характер реорганизации, причины которой нам уже известны, потому известна и причина постоянства длины пространственно-временного интервала, ее независимости от скорости. Но сам интервал не постоянен, его изображение на плоскости (x,ct) поворачивается, а его составляющие меняются.

 

Нетрудно понять и те причины, по которым скорость светового сигнала, измеренная масштабами и часами любой движущейся СО, представляется постоянной относительно СО и не зависящей от скорости СО. Масштабы СО сокращены, а часы сдвинуты во времени точно так, что скорость света, фактически постоянная относительно классической АСО (абсолютной системы отсчета), связанной с эфиром или мировой материей, измеряется в этих масштабах и в этой системе часов как постоянная относительно этой СО, а не эфира. Ведь моменты старта сигнала и его финиша определяются по разным часам, временной интервал между которыми создаётся тоже электромагнитным сигналом и так же зависит от скорости. При синхронизации часов СТО считается, что скорость света во все стороны одинакова, именно по этому условию она и выполняется, что и становится причиной ее равенства во всех направлениях.

 

Так классическая теория на свой лад объясняет постулаты о постоянстве длин интервалов и скорости света, на основании которых построена теория Эйнштейна, как и сам принцип относительности, давая всему этому причинные объяснения. Фактическое содержание СТО (но не ее натурфилософия и выводы) может быть изложено совсем по-другому - в классической системе понятий, со всеми причинно-следственными связями, что отчасти здесь и делаем.

 

Если погрузить самоорганизующуюся СО в жидкость, в которой скорость электромагнитных волн меньше, чем в пустоте, то это, с одной стороны, приведет к уменьшению длин волн и всех размеров системы. С другой стороны, если среда  столь же всепроникающая, как эфир, то она точно в той же степени уменьшит частоту осцилляторов, поскольку затечет, например, в катушки и конденсаторы колебательных устройств и скажется как магнитный сердечник в катушке и диэлектрик в конденсаторе, а это приведет к увеличению длин волн и восстановлению прежних размеров. При этом замедлится ход часов. И, если измерять скорость света по этим же часам, то она окажется вовсе не уменьшенной, а такой же, как и вне среды.

 

Таким образом, измеренная в этой СО скорость света не зависит даже от фактической его скорости в среде, ибо таковы свойства самой СО. Она не годится для подобных измерений, для того нужны другие средства. По этой причине скорость света всегда измеряется как величина постоянная в сравнении с размерами тел и ходом часов. Но в физике используется только такая релятивистская СО, и другой сегодня нет.

 

Эти свойства СО в среде можно представить так, будто бы время в этой среде замедлено, а всё остальное остаётся прежним. Имейте это в виду, когда читаете или слышите что-либо о замедлении времени, например, полями тяготения или искривлении хода лучей света. Разный ход времени, а точнее процессов, в разных точках пространства всегда можно истолковать и по-другому: как различие оптической (электромагнитной) плотности эфира в этих точках пространства, т.е. различие величин Э и м эфира, а потому и разные скорости света, разные частоты одних и тех же осцилляторов, иной ход счетчиков-часов. Все «заумные» построения релятивистской физики нам гораздо проще, не ломая головы, понимать профессионально: как движения электромагнитных систем и волн в однородной среде неравномерной плотности.