Показано, что в рамках волнового варианта теории Ритца существуют два способа отображения движущихся объектов и их характеристик: мгновенное (классическое) отображение и отображение с помощью световых лучей. Дано качественное рассмотрение взаимодействия волны и заряда. Результаты этого анализа имеют большое значение для правильного понимания принципов и особенностей работы линейных и циклических ускорителей.
Ларгранжиан взаимодействия двух зарядов
В третьем параграфе мы рассмотрели взаимодействие двух зарядов. Как было показано в работе [10] классический подход позволяет корректно (в отличие от релятивистской теории [8]) объяснить магнитные явления для малых скоростей зарядов, создающих ток.
Что касается больших скоростей, то, как говорится, “вопрос остается открытым”. Уже в тот период (начало 20 века) можно было бы провести ряд экспериментов по проверке фундаментальных положений физики (это не поздно сделать и сейчас).
К несчастью, господствующий в физике позитивизм, “новейшие” теории (в первую очередь СТО), а также стремление к “новым научным открытиям”, толкают ученых строить “новую” физику, не обращая внимания на экспериментальную слабость фундаментальных основ науки. Более того, для сохранения существующих предрассудков был создан метод “сепарации” научных результатов. Во внимание принимаются только те из них, которые “подтверждают” эти предрассудки. Негативные (теоретические и экспериментальные) результаты списывают на “ошибки” эксперимента, замалчиваются или же объявляются “лженаучными”.
Согласно Конту главный тезис позитивизма: “наука есть сама себе философия и в других философиях не нуждается”. Причина того, что материализм стал постепенно оттесняться позитивизмом, не в “незнании физиками диалектики”, а в неумении использовать философию как инструмент познания. Виновны в этом не физики, а философы-“профессионалы”. Благодаря их “исследованиям” физики начали воспринимать философию как лженауку.
Материализм как научное мировоззрение может и должен опираться на объективные оценки и критерии научности. Это, в свою очередь, требует от ученого добросовестности, честности, критического отношения к результатам не только чужих, но и своих исследований.
Позитивизм это идеология капитализма. Туда, куда он проникает, расцветает коррупция, догматизм и другие негативные явления. Советское образование (школьное и ВУЗовское) славилось своей фундаментальностью, прочностью и глубиной. Но как только было введено платное образование и другие Западные “новшества”, уровень образования резко упал. В свое время Христос изгнал из Храма торговцев и ростовщиков. Пора государству изгнать их не только из Храма Науки, но из образования.
Вернемся к взаимодействию зарядов. Интеграл действия для малых скоростей имеет следующий вид
(7.1)
Здесь напрашивается обобщение лагранжиана взаимодействия для больших скоростей (второй член суммы в подынтегральном выражении). Возможно, что его следует записать в более сложном виде, например,
или и т.д.
При малых скоростях любое из этих выражений дает лагранжиан, отвечающий выражению (8.1). Экспериментальное исследование вопросов подобного характера не представляет технических сложностей для современной науки. В то же время оно принципиально важно для дальнейшего развития физики высоких энергий.
Поставленная задача имеет не только теоретический, но и важный прикладной характер. Экспериментальные работы Серла [14], Година и Рощина [15] и других исследователей указывают на удивительные свойства вращающегося магнитного поля и на его связь с гравитацией. Последнее обстоятельство может открыть перспективу создания пилотируемых объектов на основе антигравитации.
То же можно сказать и о множителе 1/R. Предельные переходы в физике (например, к бесконечности) Гегель именовал “дурной бесконечностью”. Действительно, экстраполяции в физике возможны и даже необходимы, но ученый должен понимать, что существуют пределы, за которыми экстраполяция становится бессмысленной, не отвечающей физической реальности. Именно отыскание пределов применимости выражения (7.1) и преобразование этого результата для случая больших скоростей сейчас является актуальной задачей.
Два способа отображений
Теория относительности А. Эйнштейна достаточно долго удерживается “на плаву” несмотря на критику только по утверждению, что ее “подтверждает” теория ускорителей элементарных частиц и эксперименты, проводимые на них. Вопрос этот не простой, поскольку ни одна из альтернативных гипотез на него не смогла привести достаточно убедительного контраргумента. Мы попробуем изложить свои контраргументы, опираясь на волновой вариант теории Ритца.
Но прежде необходимо дать предварительные пояснения, поскольку за 100 лет выводы из СТО уже столь основательно “вбиты” в сознание обывателя, что осмысление нового превращается в трудную работу.
Классическое отображение
. Со школьной скамьи, решая физические задачи механики, мы привыкли к тому, что положение тела в пространстве в данный момент времени отображается объективно (без каких либо искажений). Такое отображение опирается по своей сути на “мгновенное взаимодействие” (мгновенную передачу информации). Оно никогда и ни у кого не вызывало подозрений в некорректности, хотя никто и никогда не предлагал физической модели реализации этого способа.
Отображение с помощью световых лучей
. Иное дело – световые лучи. Ни один “мысленный эксперимент” А. Эйнштейна не обходится без световых лучей. Это не случайно. Сейчас наша задача будет состоять в том, чтобы проанализировать этот способ и сравнить его с классическим.
Начнем мы с простого примера. Пусть мимо наблюдателя проносится с постоянной скоростью некое тело, двигаясь прямолинейно (рис. 2). Под каким бы углом θ мы ни наблюдали этот объект (используя классический способ) мы всегда и в любой момент времени найдем, что его скорость постоянна и равна V. Назовем ее “галилеевской скоростью”.
Обратимся теперь к СТО. В этой теории информация о движении тела передается с помощью световых лучей. При угле θ = 900 с помощью световых лучей мы будем наблюдать и измерять скорость v, которая входит в преобразование Лоренца. Назовем v “лоренцевской скоростью”. Одинаковы ли галилеевская и лоренцевская скорости или же различны?
Представьте себе, что вы сидите в глубине вагонного купе, а в окне мимо вас проносятся телеграфные столбы. Зная расстояние между ними и, засекая время, вы можете определить лоренцевскую скорость вашего движения v. Но ведь у вас имеется возможность выглянуть в окно и посмотреть вдаль по ходу поезда или в обратную сторону. Более того, вы можете измерить скорость в зависимости от угла наблюдения. Световые лучи доставят вам необходимую информацию.
Оказывается, что измеренная вами скорость уже не будет постоянной, а будет зависеть от угла наблюдения θ. График зависимости скорости от угла наблюдения приведен на рис.3. Вы с удивлением обнаружите, что вследствие “замедления” скорости на вас должно в принципе действовать ускорение (= сила!), которого нет и в помине!
Рис. 3
Так какая же скорость, судя по графику движения, является действительной скоростью движения объекта?
Все эти изменения скорости являются кинематическими и обусловлены они двумя эффектами: эффектом Доплера и искажением фронта световой волны, излученной или отраженной движущимся объектом. Интересно отметить, что существует угол θ0, при котором эти эффекты “исчезают” [10]. Об этом угле мы говорили в предыдущих параграфах. Заметим попутно, что, излучая импульсы в движущуюся систему отсчета под углом θ0, мы можем успешно решить проблему “взаимной синхронизации” часов в этих системах отсчета.
Запишем преобразование Лоренца, которое является частным случаем (5.2)
При θ = 900 мы будем иметь лоренцевскую скорость, а при углеθ0 мы получим галилеевскую скорость V, которая равна [10]. Ее мы измерим при отсутствии искажений, вносимых эффектом Доплера и изменением фронта волны. Связь между галилеевской и лоренцевской скоростями проста.
или (8.1)
Таким образом, преобразование Лоренца можно выразить через галилеевскую скорость движения, т.е. через скорость, которая имеет место на “самом деле”. Что касается лоренцевской скорости, то она является “кажущейся” скоростью. Лоренцевская скорость есть отображение действительной скорости объекта с помощью световых лучей, искажающих движение.
Преобразование Лоренца, выраженное через галилеевскую скорость, будет иметь вид
(8.2)
Как видно из (8.2) действительная скорость движения объекта (галилеевская, т.е. скорость, полученная классическим способом) не ограничена скоростью света. Она может меняться вплоть до бесконечности. Более того, она постоянна в фиксированной инерциальной системе отсчета и не зависит от угла наблюдения θ.
Соотношение (8.2) показывает, как будут отображаться с помощью световых лучей пространственные и временные масштабы из движущейся инерциальной системы отсчета в неподвижную и обратно. Как преобразование Лоренца, так и новое преобразование принадлежат классу преобразований (5.2).
На рис. 4 показаны изображения зеленого куба, наблюдаемого под различными углами, для двух случаев:
как будет восприниматься движущийся объект субъективно наблюдателем (вверху); куб будет казаться наблюдателю повернутым;
как он будет отображен с помощью радарных измерений (нижний ряд).
Рис.4. На рисунке δ – угол аберрации.
Из этого рисунка видно, что изменяется не только “длина” объекта, цвет, положение в пространстве в данный момент времени (аберрация), но и наблюдаемая форма объекта. На самом деле с объектом не происходит никаких изменений. Более подробно об искажениях, возникающих при передаче изображения движущегося объекта с помощью световых лучей можно найти в работе [10].
Итак, мы познакомились с двумя способами отображения движущихся объектов в систему отсчета неподвижного наблюдателя. Эти отображения не влияют на сам движущийся объект (кинематика), но могутискажать отображаемые характеристики этого движущегося объекта. Искажения никак нельзя интерпретировать как “реальныеизменения” самого объекта, тем более как изменение пространственно-временных отношений. Мы специально столь долго обсуждали этот вопрос, поскольку многие релятивистские спекуляции построены на непонимании такого простого факта.
Заметим, что преобразование Лоренца (или иные родственные преобразования) не может отменить классический способ отображений параметров движущихся объектов или же заменить собой (= исключить) преобразование Галилея. Классический способ всегда и неизменно будет существоватьприиспользовании в физике любых других преобразованийпараллельноэтим преобразованиям и одновременно с ними!
Из выражений (8.1) и (8.2) видно, что новый подход, если и коснется количественных математических результатов, то весьма несущественно. Изменятся немного формулы с точностью до замены переменных (например, замены v на V и т.д.). Однако интерпретация явлений изменится радикально.
Рассмотрим пример “подтверждающий” СТО - эксперимент с m
-мезонами. Они проходят сквозь атмосферу путь L со скоростью, близкой к скорости света (согласно СТО). Релятивисты объясняют, что мезоны проходят столь большой путь, поскольку имеет место “замедление” времени их жизни. Это рассматривается как “железное” подтверждение СТО.
На самом деле этот результат имеет другую (правильную) интерпретацию:
Время жизни мезонов не зависит от выбора системы отсчета, а действительная скорость мезонов (галилеевская V, а не лоренцевская v) превышает скорость света.
Эта “неуловимая” электромагнитная волна.
Теперь остановимся на вопросе о постоянстве скорости света в любой инерциальной системе отсчета. Когда мы переходим в новую систему отсчета, скорость волны сохраняется той же самой. Как понять этот факт?
Волновой вариант теории Ритца опирается на следующие положения:
Евклидово пространство является общим для всех инерциальных систем отсчета.
Время во всех инерциальных системах отсчета едино.
Электромагнитная волна это особый, самостоятельный вид материи; ее свойства отличаются от свойств обычных тел.
Последнее обстоятельство позволяет волне сохранять свою скорость в любой инерциальной системе отсчета. Волна это особый вид материи и к ней нельзя применять “шаблонно” те методы, которые используются для обычных материальных тел.
Представьте себе, что мимо вас со скоростью света распространяется электромагнитная волна. Предположим также, что в одном направлении с волной движется материальный объект с такой же галилеевской скоростью V = c.
Вам будет казаться, что и волна и этот объект двигаются вместе синхронно и объект находится в точке постоянной фазы волны. Перейдем теперь в систему отсчета, связанную с движущимся объектом. Старая система будет теперь двигаться в обратную сторону относительно неподвижного объекта. Оказывается, что и здесь в новой системе отсчета волна распространяется со скоростью света! Однако параметры волны изменились, например, частота ее колебаний стала ниже. Такова ее особенность.
Рис. 5
Если бы мы попытались отобразить движение этого объекта с помощью световых лучей, находясь в системе отсчета неподвижного наблюдателя (рис. 5), то в отличие от классического способа отображения:
мы видели бы объект не в том месте, где он в данный момент находится (аберрация);
наблюдаемая (лоренцевская) скорость движения v была бы ниже ее истинной (галилеевской) скорости V; эта скорость равнялась бы
.
Наблюдаемая с помощью световых лучей скорость никогда не может превысить скорость света, хотя действительная скорость тела может значительно ее превышать. Таковы специфические свойства электромагнитной волны и ее способность отображать движение.
Вариационный принцип и волновая электродинамика
Аналитические основы релятивистской механики опираются на релятивистский вариационный принцип (принцип наименьшего действия). Оказывается, что реализация этого принципа в СТО некорректна [13] .
Релятивистский интеграл действия, составлен из инвариантов. Вариация этого интеграла всегда равна нулю , т.е. релятивистский интеграл действия есть постоянная величина, не имеющая экстремумов. Принцип наименьшего действия не может быть реализован в рамках релятивистских представлений.
Это происходит потому, что 4-уравнение движения Gi и вариация 4-координат δxi всегда взаимно ортогональны!
По причине ортогональности уравнение движения, равно как и законы сохранения, определяется неоднозначно, т.е. к нему можно добавить любой член, ортогональный δxi и т.д.
Поясним содержание понятия “принцип наименьшего действия”. Предположим, вам необходимо спроектировать ледяную трассу с крутого берега к реке такую, чтобы время спуска по ней оказалось наименьшим. Вы можете выбрать прямую наклонную трассу, трассу с прогибом вниз или с выпуклостью. Вариантов получается много, а решение должно быть единственным.
Оказывается, что такое решение существует, и оно реализуется только тогда, когда в каждой точке траектории движения по трассе разность между кинетической и потенциальной энергией тела минимальна. Чтобы определить траекторию составляется специальный интеграл действия, зависящий от разности этих энергий. Те траектории, на которых этот интеграл принимает наименьшее значение, как раз и реализуют принцип наименьшего действия. Чтобы найти эти траектории интеграл действия подвергается математической процедуре “варьирования”, в результате которой получается “уравнение движения” тела под действием сил. Это уравнение хорошо известно в механике под названием “второй закон Ньютона”. Этот принцип изложен в работе [4] для описания квазистатических явлений электродинамики.
К сожалению, классический вариационный принцип для описания взаимодействия заряда и волны в настоящее время не разработан, а релятивистский противоречит принципам вариационного исчисления. Есть еще одна сложность в этом поиске. Как показал анализ основ электродинамики [10], многие современные интерпретации явлений электродинамики не соответствуют сути уравнений Максвелла (ошибочны или некорректны). Проведенный анализ позволил выявить следующее.
В рамках уравнений Максвелла (калибровка Лоренца) существует три вида потоков электромагнитной энергии: поперечные волны векторного потенциала, продольные волны векторного потенциала и продольные волны скалярного потенциала. При этом плотность энергии и плотность потока волн скалярного потенциала отрицательны.
Поскольку в природе продольных волн обнаружено не было, разумно было предположить, что продольные волны векторного и скалярного потенциалов взаимно уничтожают друг друга. Оказалось, что это возможно, если токи, возбуждающие электромагнитную волну являются безынерциальными, т.е. удовлетворяющими однородному волновому уравнению. Такие токи существуют, например, на стенках волноводов при распространении электромагнитных волн.
В силу того, что плотность энергии поля скалярного потенциала (калибровка Лоренца) имеет отрицательный знак, предельного перехода от волновых уравнений к квазистатическим уравнениям (v/c ®
¥
) не может существовать принципиально. Иными словами, квазистатические явления электродинамики должны описываться особой группой уравнений.
Более того, заряженные инерциальные частицы в рамках уравнений Максвелла не могут излучать электромагнитные волны при ускоренном движении.
Взаимодействие волны и заряда
Поскольку принцип наименьшего действия для взаимодействия заряда и волны пока не разработан, мы обсудим качественную картину взаимодействия волны и заряда. Для этого рассмотрим сначала плоскую электромагнитную волну, в поле которой оказалась покоящаяся заряженная частица. Скорость волны в любой инерциальной системе отсчета равна скорости света. Энергетический баланс взаимодействия представлен на рис. 6.
Электромагнитное поле падающей волны взаимодействует с заряженной частицей, т.е. воздействует на заряд с некоторой силой. Частица начинает двигаться, т.е. забирает у волны энергию. Изменяется кинетическая энергия частицы.
В свою очередь, двигаясь в поле электромагнитной волны, частица совершает в этом поле работу, т.е. создает новое поле, которое распространяется в обе стороны от частицы. Это волна, переизлученная назад, и волна, переизлученная вперед. Последняя, складываясь с полем невозмущенной волны, создает прошедшую волну. Заметим, что энергетический баланс (баланс энергий или мощностей) не должен зависеть от выбора наблюдателем системы отсчета.
Рис. 6.
Ранее мы говорили о том, что взаимодействие физических объектов определяется их относительным расстоянием и относительной скоростью движения. Плоская однородная электромагнитная волна в этом смысле является исключением, поскольку у нас нет информации об ее источнике и скорости его движения. Более реальным случаем является излучение электромагнитной волны в свободное пространство конкретным источником (антенной) и взаимодействие этой волны с движущимся зарядом.
Знание относительного расстояния и относительной скорости позволяет нам найти поле, которое воздействует на частицу в сопутствующей системе отсчета, а также те волны, которые переизлучены зарядом, в системе отсчета, связанной с антенной. В общем случае эта задача во многом сводится к рассмотренному выше случаю. В рассмотренных примерах фазовая скорость волны в системе отсчета связанной с зарядом всегда равна скорости света.
Взаимодействие частицы с замедленной волной
Заряд может получать продольное ускорение (длительно взаимодействуя с волной) только при выполнении двух условий:
Волна должна иметь продольную составляющую напряженности электрического поля Ez (направленную по скорости движения заряда), взаимодействуя с которой заряд получает ускорение.
Для их длительного взаимодействия скорость волны относительно заряженной частицы должна быть небольшой, т.е. vф – vз должно быть мало по сравнению с vф.
Рис. 7. Движение волны относительно заряда.
Если относительная скорость велика, то в течение половины периода колебаний заряд будет ускоряться. Затем фаза волны меняется на противоположную, и заряд будет испытывать замедление, как показано на рис. 7, и т.д.
Для создания волны, имеющей продольную составляющую электрического поля и фазовую скорость ниже скорости света, используются специальные устройства, называемые “замедляющими структурами”. Качественную картину взаимодействия мы сейчас рассмотрим.
На рис. 8 показан диафрагмированный прямоугольный волновод, в котором распространяется электромагнитная волна (тип Е11) с замедленной фазовой скоростью. Вместе с ней в ее продольном поле движется заряженная частица.
Рис. 8
Современное объяснение опирается на отображение явлений с помощью световых лучей. Фазовая скорость волны, измеренная в системе отсчета, связанной с замедляющей структурой обычно близка к скорости света (vф ~
0,99 c или выше, приближаясь к с). На заряды, скорость которых чуть меньше фазовой скорости волны, действует продольная составляющая электрического поля волны. На рис. 8 изображены силовые линии этого поля. Часть зарядов, попавшая в тормозящую фазу, замедляется, а другая часть будет ускоряться продольным полем.
Это объяснение будет справедливо и для классического отображения процесса. Различие лишь в величинах скоростей и кинетических энергий. Заряды будут двигаться с галилеевской (а не лоренцевской!) скоростью, а фазовая скорость волны в сопутствующей зарядам системе отсчета тоже будет выше в соответствии с преобразованием (8.2) или (5.2). Поток зарядов будет представлять собой последовательность “сгустков”, которые ускоряются продольным полем волны.
Здесь хотелось бы отметить следующее обстоятельство. Заряды, взаимодействуя с волной, забирают у волны (или отдают) часть энергии. Это выражается в том, что появляются переотраженные волны, как уже говорилось раньше. Одна из них будет распространяться вдоль оси z, а другая в обратном направлении. Частота колебаний этих волн будет немного отличаться от частоты исходной ускоряющей волны.
Волна, бегущая в обратном направлении будет слабо взаимодействовать с зарядами. А вот переотраженная волна, бегущая вперед будет влиять на процесс ускорения, т.е. будет длительно взаимодействовать с зарядами. Это влияние зависит от дисперсионных свойств замедляющей структуры. При нормальной дисперсии эта волна будет отставать и влиять на “хвост” банча, а при аномальной дисперсии картина будет обратной.
Примерно такая же картина имеет место, когда вместо замедляющей структуры используется для ускорения последовательность резонаторов.
Парадоксы во вращающейся системе отсчета
В классической теории Ньютона взаимодействие протекает объективно и его описание не зависит от выбора наблюдателем системы отсчета. В отличие от ньютоновской теории теорию относительности можно назвать теорией одного наблюдателя. Действительно, как только при описании процессов мы вводим других наблюдателей, покоящихся в разных инерциальных системах, между их показаниями возникают противоречия [7].
Рассмотрим сначала пример: наблюдение движущегося объекта несколькими наблюдателями. Пусть светящийся объект движется вдоль оси х с лоренцевской скоростью v (галилеевская, соответственно, V). Расположим вдоль оси х наблюдателей на равном расстоянии L. Каждый наблюдатель будет видеть картину, изображенную на рис. 4, но с запаздыванием на Т относительно картины предыдущего наблюдателя.
Рис. 9
Наблюдатели имеют часы (синхронизированные! – показывающие одно время). В момент прохождения объектом зенита каждый наблюдатель засекает время, а затем они определяют время Т прохождения участка L.
T = t4 – t3 = t3 – t2 = t2 – t1
Как связано время пролета Т с указанными на рисунке скоростями? Здесь могут быть только два ответа: 1. L = v T ; 2. L = V T.
Первый ответ абсурден, поскольку все наблюдатели находятся в равноправном положении. Для каждого из них в момент фиксации времени угол аберрации должен быть тем же самым. Если принять этот первый вариант, то окажется, что углы аберрации у всех наблюдателей в моменты фиксации окажутся разными.
Остается второй ответ: отрезок между соседними наблюдателями объект проходит с галилеевской скоростью! Аналогичную ситуацию мы рассматривали выше при объяснении ситуации с m
-мезонами. Там релятивисты настаивали на “увеличении” времени жизни m
-мезона. Здесь же мы имеем дело с интервалом времени Т, измеренным в неподвижной системе отсчета. Поэтому ссылки на “удлинение времени жизни” беспредметны.
Обычно, критикуя СТО А.Эйнштейна, рассматривают парадокс близнецов. Но есть весьма широкая область, где СТО вообще не может дать серьезных объяснений. Это область вращательных движений. Здесь парадоксов не меньше.
Рассмотрим вращающийся диск (рис. 10а). Пусть ось вращения диска совпадает с осью z. При малых угловых скоростях линейная скорость пропорциональна радиусу.
Рис. 10
По мере увеличения угловой скорости возрастает линейная скорость периферийных слоев, которая в соответствии со СТО не может превышать скорость света. По этой причине угловая скорость внешних слоев будет меньше, чем внутренних. Это должно привести к возникновению внутренних напряжений и, в конечном счете, к разрушению диска. Такова суть парадокса Эренфеста.
Есть и другой парадокс (рис. 10b). По краю диска на равном расстоянии размещены 10 лампочек. При релятивистских скоростях расстояние между ними должно уменьшаться. Пусть v / c »
0,6. Тогда, сфотографировав диск, мы должны увидеть на снимке 12 лампочек. Какие из них сумели “сфотографироваться” дважды?
Мы не будем здесь приводить нелепые релятивистские объяснения, кивки на “кривизну” и ссылки на ОТО. Все точки на ободе диска равноправны и движутся с галилеевской скоростью. Если условно “развернуть” круговое движение тела в прямолинейное, то наблюдатель (покоящийся на оси вращения) как бы мгновенно “перескакивает” из положения “наблюдатель № 1” к положению “наблюдатель № 2” и так далее (см. рис. 9). Он будет видеть движение объекта с галилеевской скоростью, причем угол аберрации сохраняется для него постоянным. Объект наблюдения будет всегда находиться в зените, т.е. на линии, перпендикулярной траектории. Никакой лоренцевской скорости он не обнаружит и не измерит.
Циклические ускорители
Пусть заряженная частица влетает в область однородного магнитного поля и далее движется по окружности. Здесь возможны 3 варианта интерпретации движения (рис. 11). Рассмотрим их.
Вариант первый.
Рассмотрим сначала классический способ отображения. Частица, летящая с галилеевской скоростью V, подлетает к точке А и затем с той же скоростью движется по окружности в магнитном поле.
Вариант второй
. Отображение с помощью световых лучей имеет особенность. К точке А частица подлетает с лоренцевской скоростью v (наблюдаемая, кажущаяся скорость). После ее прохождения частица мгновенно принимает галилеевскую скорость V и с этой скоростью движется по окружности. Здесь мы будем наблюдать галилеевскую скорость даже с помощью световых лучей.
Вариант третий
- современный подход. Частица (как до точки А, так и после нее) имеет лоренцевскую скорость движения v. Кажется, что непрерывность скорости существует. Но, как мы показали выше, это самообман: лоренцевская скорость есть кажущаяся скорость (наблюдаемая с помощью световых лучей). При такой интерпретации действительная скорость будет испытывать скачок в точке А. Это необходимо учитывать при работе циклических ускорителей.
Рис. 11
Здесь мы процитируем критические замечания А.В. Мамаева [17], касающиеся работы циклических ускорителей. Хотя мы по разному относимся к решению релятивистских проблем, но его критические замечания считаем квалифицированными. Мамаев следующим образом оценивает характеристики армянского ускорителя (синхротрон АРУС) и объяснение его работы. Цитируем:
“Интересующие нас технические характеристики электронного синхротрона АРУС имеют следующие значения. (Быстров Ю. А., Иванов С. А. Ускорительная техника и рентгеновские приборы. - М.: Высшая школа, 1983. - с. 159 - - 162):
- длина орбиты 2p
R = 216,7 м;
- энергия инжекции электронов W = 50 МэВ;
- частота ускоряющего поля f = 132,8 МГц;
- кратность ускорения g = 96;
- энергия покоя электрона E0 = 0,511 МэВ.
Согласно формуле (10.4), вытекающей из специальной теории относительности, частота обращения электронных сгустков по орбите ускорителя АРУС в момент инжекции электронов при кинетической энергии электронов W = 48,55 МэВ будет равна
(10.9)
А согласно формуле (10.3), вытекающей из новой теории пространства-времени, частота обращения электронных сгустков по орбите ускорителя АРУС в момент инжекции электронов с кинетической энергией W = 48,55 МэВ будет равна
(10.10)
т. е. по новой теории пространства-времени частота обращения электронных сгустков в ускорителе АРУС в момент инжекции электронов точно равна частоте ускоряющего поля.
Но в настоящее время специальная теория относительности считается абсолютно истинной теорией и поэтому частота обращения электронных сгустков в момент инжекции электронов в ускоритель АРУС считается равной значению 1,3843МГц, рассчитанному по формуле (10.9), вытекающей из специальной теории относительности.
Однако если на траектории движения электронных сгустков в ускорителе АРУС установить мишень, то период облучения этой мишени электронными сгустками при W = 48,55 МэВ окажется равным не величине
соответствующей частоте обращения 1,3843 МГц, а величине
T = 1/f = 1/(132,8 MГц) = 7,53 нс, (10.12)
т. е. величине, соответствующей частоте обращения сгустков по новой теории пространства-времени.
Но период 7,53 нс обращения электронных сгустков по орбите длиной 216,7 м означал бы, что электроны движутся со скоростью, в 96 раз большей скорости света c0. Согласно же специальной теории относительности сверхсветовые скорости электронов невозможны.
Поэтому для того, чтобы объяснить экспериментальное значение периода облучения мишени 7,53 нс в рамках специальной теории относительности, потребовалось ввести понятие "кратность ускорения" и объявить, что "под действием ускоряющего поля частицы инжектированного пучка распадаются на сгустки, группирующиеся вокруг устойчивых равновесных фаз. Число таких сгустков, располагающихся по окружности ускорителя, равно кратности ускорения g". (Бурштейн Э. Л. Ускорители заряженных частиц // Большая советская энциклопедия, 3-е изд., т. 27. - М.: Советская энциклопедия, 1977. - с. 108).
И действительно, разделив величину из выражения (10.11) на величину из выражения (10.12), получим g = 96 - кратность ускорения электронного синхротрона АРУС. А, разделив величину из выражения (10.6) на величину из выражения (10.7), получим, что кратность ускорения протонного синхротрона ЦЕРН в эксперименте равна 19. (Test of the second postulate of special relativity in the GeV region / Alvager T., Farley F., Kjellman J., Wallin J. // Physical Letters. - 1964. - v. 12. –No. 3. - p. 260 -262)
Таким образом, экспериментальные значения частоты обращения сгустков элементарных частиц в рассмотренных двух ускорителях подтверждают не формулу (10.4) из специальной теории относительности, а формулу (10.3) из новой теории пространства-времени. Для объяснения же экспериментальных значений частоты обращения сгустков элементарных частиц в рамках специальной теории относительности и согласования этих значений с формулой (10.4) используется специальная гипотеза, основанная на введении ad hoc понятия "кратность ускорения"”.
Мы уже говорили, что современное объяснение работы циклических ускорителей опирается на третий вариант. В результате физики сталкиваются с проблемой “скачка реальной скорости” в точке А (рис. 11а, с), которая появляется в третьем варианте. Вот и приходится теоретикам вводить гипотезу ad hoc о существовании кратности ускорения – g. На самом деле никакого “распада на сгустки, группирующиеся вокруг устойчивых равновесных фаз” в синхротроне не существует. Это домысел. А действительные (галилеевские) скорости частиц превышают скорость света в вакууме.
Синхротронное излучение
Этот вопрос достаточно сложен и мы лишь обозначим наши предположения в форме гипотезы. Но прежде очертим круг твердо установленных исходных посылок.
Ранее нами было строго установлено, что поле заряда имеет мгновенно действующий характер. Этот вывод является непосредственным следствием отсутствия продольных волн в электродинамике [16].
Было также установлено, что поперечные электромагнитные волны излучаются “безинерциальными” зарядами и токами [16]. Электроны самостоятельно излучать электромагнитную энергию не могут, даже если движутся с ускорением и по круговым орбитам.
Заряженные частицы, как показано выше, могут иметь действительные (галилеевские) скорости, во много раз превышающие скорость света в вакууме
Обратимся к независимым исследованиям. Вот что пишет Ю.К. Сахаров [18]:
“Ускорение, которое испытывают электроны у катода электронной пушки кинескопа современного телевизора, на два порядка превышают максимальные нормальные ускорения в циклических ускорителях, но излучение в рентгеновском диапазоне вблизи телевизоров не наблюдается…. В циклических ускорителях, по мнению автора, источником синхротронного излучения являются не сами заряженные частицы, но возбуждаемые ими атомы газа (азот, аргон), часть которых неизбежно остается в камере прибора после его промывки и вакуумирования. (При разряжении 10-13 мм. рт. ст. в 1 см3 содержится 4000 атомов газа)”….
….. “Однако элементарный расчет показывает, что СИ (синхротронное излучение) не может являться следствием нормального ускорения частиц, так как последнее на ускорителях различного диаметра варьируется на два порядка и более, что показано в приведенной ниже таблице, тогда как параметры СИ на всех ускорителях достаточно близки”.
Таблица [18]
Место
установки
W
Гэв
R
м
an = v2 /R
при v ®
c, м/сек2
an
_________
an (Дубна)
Наблюдаемое
излучение
Циклические
ускорители
Дубна
10
36
2,5 1015
1
Мягкий
рентген
u
³
1018 с-1
Серпухов
76
236
3,8 1014
0,15
Женева
400
1100
8,1 1013
0,03
К сожалению, мы не нашли в литературе данных по измерению спектров синхротронных излучений. Либо их нет, либо они не опубликованы, поскольку противоречат СТО (принцип “сепарации” публикуемых результатов). Имеющиеся описания дают следующее. Например, Черенков наблюдал в воде излучение голубого цвета (излучение водорода в молекулах воды). Синхротронное излучение протонов имеет красно-багряный цвет (излучение азота и аргона). Итак, синхротронное излучение, видимо, вызывается не излучением электронов при их ускорении, а остаточными молекулами газа в области, где движутся ускоряемые заряженные частицы. Это первое предположение (гипотеза), которое имеет достаточное основание.
Известно также, что синхротронное излучение имеет узко направленный характер и устойчивую поляризацию. Оно регистрируется в достаточно узком интервале углов. Такую направленность может создать только вынужденное когерентное излучение. Возбуждение и когерентность излучения атомов остаточного газа обусловлены влиянием быстро пролетающих заряженных частиц и вынужденным излучением возбужденных атомов. Конечно, в силу случайного характера распределения молекул газа общее излучение будет складываться из когерентных излучений отдельных локальных источников (т.е. групп атомов), излучающих со случайной начальной фазой. По этой причине ожидаемая длина когерентности не должна быть большой.
Угол излучения при такой модели излучения должен зависеть от скорости движения заряженных частиц: cos θ = c / V; где θ – угол между направлением излучения и направлением движения заряженных частиц. Если эта гипотеза верна, мы имеем независимый способ непосредственного измерения действительной (галилеевской) скорости движения заряженных частиц.
Заключение
Подготавливая эту статью, мы учли пожелания читателей изложить материал окончания статьи в доступной, популярной форме. В силу этого мы старались использовать минимальное количество математических доказательств. Мы дали лишь качественную картину взаимодействия зарядов с электромагнитной волной, контурно обозначив вариационные основы этого взаимодействия. Мы постараемся дать детальное изложение вариационных основ взаимодействия волны с зарядом в специальной работе.
Теперь необходимо подвести некоторые итоги.
Опираясь на материалистическое миропонимание в вопросе пространственно-временных отношений, удалось развить волновой вариант теории Ритца.
В результате стало возможным дать непротиворечивое объяснение парадоксам, связанным с поступательным и вращательным движением материальных объектов.
Было показано, что взаимодействие заряженных частиц между собой опирается на относительные расстояния между частицами, их относительную скорость и опирается на классический принцип наименьшего действия.
Рассмотрено взаимодействие частиц с электромагнитной волной и обозначена схема взаимодействия зарядов и поля.
Результаты анализа имеют прямое отношение к теории ускорителей элементарных частиц. Мы надеемся, что некоторые полученные нами выводы, связанные с работой ускорителей, будут интересны специалистам, поскольку мы сами таковыми не являемся.
Новый подход потребует не только изменения в понимании сути физических процессов, но и приведет к изменению количественных соотношений, к перерасчету и переосмыслению уже имеющихся экспериментальных результатов.
За 100 лет существования СТО в физике накопилось достаточное количество теоретических ошибок и неверно истолкованных физических экспериментов. Причину столь затяжной стагнации мы видим в утрате научным сообществом материалистического миропонимания и, как следствие, отсутствие критического отношения к существующим теориям, а также запреты на публикацию критических статей и альтернативных гипотез в “толстых” журналах.
Попытки многих физиков стать “выше философских мировоззрений” завели физику в болото позитивизма с его лозунгом: “успех любой ценой!”. Не помогли выйти из кризиса неуклюжие поползновения “пристегнуть” религию к науке или же науку к религии.
Если наша точка зрения будет понята и принята (не сразу, конечно), физику ожидают серьезные изменения. Мы имеем в виду не только объяснение релятивистских явлений, но и интерпретацию явлений микромира (квантовые теории, КЭД и т.д.). Здесь также накопилось немало противоречий, связанных и не связанных со специальной теорией относительности.
Источники информации:
Кристиан Маршаль. Решающий вклад Анри Пуанкаре в специальную теорию относительности (Перевод с английского Ю. В. Куянова). Препринт ИВФЭ, - Протвино, 1999.
М.В.Корнева, В.А.Кулигин, Г.А. Кулигина. Математические ляпы в электродинамике. http://www.inauka.ru/blogs/article78145.html
В.А. Кулигин. Электродинамика отвергает теорию относительности. http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/8037.html
В.А.Кулигин, Г.А. Кулигина, М.В.Корнева. Кризис релятивистских теорий. Часть 6. http://n-t.ru/tp/ns/krt.htm
М.В.Корнева, В.А.Кулигин, Г.А. Кулигина. “Магнитные” парадоксы и их объяснение. http://www.inauka.ru/blogs/article79750.html
В. Пановски , М. Филипс. Классическая электродинамика. ГИФМЛ, М., 1963.
В.А.Кулигин, Г.А. Кулигина, М.В.Корнева. Парадоксы теории относительности на одно лицо. http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/8085.html
В.А.Кулигин, Г.А. Кулигина, М.В.Корнева. “Конвективный потенциал” и философия. http://www.inauka.ru/blogs/article66754.html
В.А.Кулигин, Г.А. Кулигина, М.В.Корнева. От явления к сущности теории относительности
http://n-t.ru/tp/ns/ys.htm
В.А.Кулигин, Г.А. Кулигина, М.В.Корнева. К столетнему юбилею СТО
А.В. Мамаев. Высшая физика. (Эксперимент на электронном синхротроне АРУС) http://www.acmephysics.narod.ru/b_r/r10.htm
Ю.К. Сахаров. Противоречия в современной концепции излучения заряженных частиц и строения атома. //Проблемы пространства, времени, тяготения. (IV Международная конференция 16-21.09.1996). ПОЛИТЕХНИКА, С.-П., 1997.
Авторские работы исследовательской группы АНАЛИЗ можно найти на сайте
(7.1)
или 
и т.д.
или 
(8.1)
(8.2)
, т.е. релятивистский интеграл действия есть постоянная величина, не имеющая экстремумов. Принцип наименьшего действия не может быть реализован в рамках релятивистских представлений.
(10.9)
(10.10)
