Кинематические парадоксы и теория относительности. Некоторые парадоксы теории относительности. Миф о парадоксе Эренфеста

На первый взгляд, патентное бюро было не самым перспективным
местом, где могла начаться величайшая со времен Ньютона револю-

ция в физике. Но были у этой службы и свои преимущества. Быстро
разделавшись с заявками на патенты, загромождавшими его стол,
Эйнштейн откидывался на стуле и погружался в детские воспомина-
ния. В молодости он прочел «Естественнонаучные книги для народа»
Аарона Бернштейна, «работу, которую я прочел, затаив дыхание»,
вспоминал Альберт. Бернштейн предлагал читателю представить, что
тот следует параллельно с электрическим током, когда тот передается
по проводам. В 16 лет Эйнштейн задал себе вопрос: на что был бы
похож луч света, если бы его можно было догнать? Он вспоминал:
«Такой принцип родился из парадокса, на который я натолкнулся в
16 лет: если я гонюсь за лучом света со скоростью с (скорость света
в вакууме), я должен наблюдать такой луч света как пространственно
колеблющееся электромагнитное поле в состоянии покоя. Однако,
кажется, такой вещи не может существовать - так говорит опыт, и
так говорят уравнения Максвелла». В детстве Эйнштейн считал, что
если двигаться параллельно лучу света со скоростью света, то свет
будет казаться замерзшим, подобно застывшей волне. Однако никто
не видел замерзшего света, так что тут явно что-то было не так.

В начале нового века существовали в физике два столпа, на кото-
рых покоилось все: ньютоновская теория механики и гравитации и
теория света Максвелла. В 1860-е годы шотландский физик Джеймс
Кларк Максвелл доказал, что свет состоит из пульсирующих элек-
трических и магнитных полей, постоянно переходящих друг в друга.
Эйнштейну же предстояло открыть, к его великому потрясению, что
эти два столпа противоречат друг другу, и одному из них предстояло
рухнуть.

В уравнениях Максвелла он обнаружил решение загадки, которая
преследовала его на протяжении 10 лет. Эйнштейн нашел в них то,
что упустил сам Максвелл: уравнения доказывали, что свет пере-
мещается с постоянной скоростью, при этом было совершенно не-
важно, с какой скоростью вы пытались догнать его. Скорость света
с была одинаковой во всех инерциальных системах отсчета (то есть
системах отсчета, двигающихся с постоянной скоростью). Стояли
ли вы на месте, ехали ли на поезде или примостились на мчащейся
комете, вы бы обязательно увидели луч света, нес)шщйся впереди вас
с постоянной скоростью. Неважно, насколько быстро вы двигались
бы сами, - обогнать свет вам не под силу.

Такое положение дел быстро привело к появлению множества па-
радоксов. Представьте на миг астронавта, пытающегося догнать луч
света. Астронавт стартует на космическом корабле, и вот он несется
голова в голову с лучом света. Наблюдатель на Земле, ставший свиде-
телем этой гипотетической погони, заявил бы, что астронавт и луч
света двигаются бок о бок. Однако астронавт сказал бы нечто иное, а
именно: луч света уносился от него вперед, как если бы космический
корабль находился в состоянии покоя.

Вопрос, вставший перед Эйнштейном, заключался в следующем:
как могут два человека настолько по-разному интерпретировать
одно и то же событие? По теории Ньютона, луч света всегда мож-
но догнать; в мире Максвелла это было невозможно. Эйнштейна
внезапно озарило, что уже в фундаментальных основах физики та-
ился фундаментальный же изъян. Эйнштейн вспоминал, что весной
1905 года «в моей голове разразился шторм». Он наконец нашел
решение: время движется с различными скоростями в зависимости от
скорости движения. По сути, чем быстрее двигаться, тем медленнее
движется время. Время не абсолютно, как когда-то считал Ньютон.
По Ньютону, время однородно во всей Вселенной и длительность
одной секунды на Земле будет идентична одной секунде на Юпитере
или Марсе. Часы абсолютно синхронизированы со всей Вселенной.
Однако, по Эйнштейну, различные часы во Вселенной идут с различ-
ными скоростями.

Путенихин Петр Васильевич

исследователь

Аннотация:

Рассмотрены статьи, опубликованные в "Эйнштейновском сборнике", посвященном тахионам. Утверждается, что сверхсветовые связь, движение и тахион несовместимы со специальной теорией относительности. Инструменты, обосновывающие сверхсветовую применимость СТО – тахионная механика, принцип реинтерпретации или принцип переключения являются ненаучными, поскольку обосновывают события, никогда не имевшие места, приводят к сверхсветовым парадоксам, парадоксам причинности.

Superluminal communication, movement and tachyon incompatible with the special theory of relativity. Introduction to the special theory of relativity superluminal signals leads to the movement in the past, time loops and violation of causality.

Ключевые слова:

сверхсветовой; тахион; квантино; нарушение причинности; синхронизация часов; преобразования Лоренца; специальная теория относительности.

superluminal; tachyon; qantino; violation of causality; clock synchronization; the Lorentz transformation; special theory of relativity.

УДК 539.12.01; 53.01; 530.12; 530.16

Введение

Статья является логическим продолжением, третьей, завершающей частью работы, опубликованной в научном журнале «SCI - ARTICLE.RU» и .

Актуальность работы состоит в критике устоявшихся представлений о нелокальности, о принципе реинтерпретации, имеющих заметную мистическую окраску. Цели и задачи работы состоят в раскрытии необоснованности применения формализма СТО к сверхсветовым частицам - тахионам, приводящего к парадоксальным результатам. Научная новизна заключена в критических доводах, до настоящего времени не встречающихся в литературе. В частности, подвергнуты анализу и критике выкладки, приведенные в "Эйнштейновском сборнике" статей о тахионах.

Сверхсветовые парадоксы СТО

Все авторы, как видим, явным образом признают возникновение в СТО парадоксов при рассмотрении сверхсветовых сигналов. Главным и очевидным парадоксом признается движение в прошлое. Следствием этого является образование петель времени и причинно-следственные парадоксы, нарушение причинности.

Вместе с тем в литературе не встречается описание парадоксов самого формализма теории относительности. Это нарушение уравнений Лоренца. В первую очередь вследствие регистрации сверхсветовых сигналов обнаруживается, что движущиеся часы идут синхронно .

Действительно, рассмотрим две ИСО A и B, удаляющиеся друг от друга, и часы в которых были синхронизированы в момент начала движения. Через некоторое время из ИСО А испускается сверхсветовой сигнал в ИСО B с бесконечно большой скоростью. Очевидно, что с точки зрения симметричной лабораторной ИСО C показания часов A и B тождественны вследствие симметрии движения. Симметричная ИСО C - это такая ИСО, по отношению к которой ИСО A и B движутся с одинаковыми, но противоположно направленными скоростями. Следовательно, показания часов A, когда испущен сигнал, и показания часов B, когда он получен, тождественно равны, сколько бы времени ни прошло от начала движения. Если предположить, что сигнал информационный, то оба наблюдателя A и B смогут разговаривать друг с другом, в результате чего они обнаружат, что их часы идут синхронно.

Однако, сигнал может быть и не информационным, а лишь меткой. Каждый из наблюдателей A и B просто фиксирует момент испускания сигнала и момент его получения. С точки зрения симметричной лабораторной ИСО С оба эти момента происходят при одинаковых показаниях часов A и B. Пусть эти наблюдатели будут записывать моменты активации сигналов (испускания или получения). Очевидно, что в их записях эти моменты всегда будут иметь одинаковые значения времени по собственным часам. Вернувшись в исходную точку, наблюдатели обнаружат этот факт, что интервалы между сигналами и время их регистрации тождественно равны в обоих ИСО.

Это и означает, что часы в обоих ИСО все время шли синхронно.

Более того, мы можем использовать для тестирования еще более тонкий сигнал - квантовую корреляцию запутанных фотонов. Пусть два наблюдателя - Алиса и Боб получают по одной частице из запутанной пары. Очевидно, что с точки зрения лабораторной ИСО эти фотоны, из-за симметрии системы, прибывают к Алисе и Бобу в одинаковые моменты времени по их часам. Но согласно релятивистским законам Алиса считает, что Боб еще не получил своего фотона, а Боб, соответственно, считает что свой фотон еще не получила Алиса, поскольку с их точек зрения удаляющиеся часы идут медленнее и время получения фотона по ним не наступило.

Но это не так. С точки зрения лабораторной ИСО C измеренные Алисой и Бобом фотоны перешли в собственные состояния одновременно и показания часов Алисы и Боба в этот момент были равны. Следовательно, измерив свою частицу, Алиса должна сразу же сделать вывод, что именно в этот же момент свою частицу измерил и Боб. Казалось бы, частица еще только где-то на полпути к Бобу. Но Алиса точно знает, что частица Боба перешла в свое собственное коррелированное состояние. Частица больше не находится в запутанном состоянии. И это состояние частица Боба приобрела мгновенно, в момент измерения Алисой своей частицы. Хотя Алиса и считает, что частица находится далеко от измерителя Боба, она, тем не менее, обязана признать, что это ошибочное мнение. Частица Боба приобрела мгновенно свое собственное состояние не на удалении от Боба, а строго в его измерительном приборе. Это так, поскольку с точки зрения лабораторной ИСО C, являющейся объективной, частица Боба приобрела свое состояние именно в поляризаторе Боба. Одно и то же событие, хотя и может иметь разное время наступления с точки зрения разных ИСО, но оно ни при каких условиях не может иметь разные места наступления. Если метеорит упал на Луну, то не существует в природе ни одной ИСО, с точки зрения которой метеорит упал на Марс.

Таким образом, и Алиса и Боб вынуждены признать, что их измерения были абсолютно одновременны, точно так же, как они одновременны и с точки зрения лабораторной ИСО C. Проведя несколько измерений подряд, они в последующем анализе обнаружат, что интервалы между этими измерениями у них одинаковые, а время регистрации событий по их собственным часам равны.

Конечно, этот мысленный эксперимент прямо опирается на предположение, что эффект запутанности и нелокальности имеет силу независимо от расстояния, времени и скорости движения ИСО. Пока нет свидетельств нарушения этого эффекта до расстояний порядка нескольких сотен километров. Проведены опыты, подтверждающие его сохранение и между относительно движущимися ИСО.

Прямым следствием синхронности хода часов является то, что перестает действовать лоренцево сокращение отрезков и знаменитая относительность одновременности.

Изохронный тахион

Согласно теореме об изохронном тахионе всегда существует такая ИСО, в которой любой тахион имеет бесконечно большую скорость. Этот эффект вынуждает СТО делать взаимоисключающие предсказания. Рассмотрим две ИСО Алисы и Боба, находящиеся на противоположных концах видимой Вселенной. Пусть Алиса отправляет Бобу сверхсветовой сигнал (тахион) со скоростью 2с - двойная скорость света. Очевидно, что Боб, согласно специальной теории относительности, за всю свою жизнь так и не получит этот сигнал. Пусть все-таки он также отправит Алисе свой сигнал со скоростью 2с. Алиса тоже не получит в своей жизни этого сигнала.

Рассмотрим ситуацию с точки зрения некоторой третьей ИСО C, которая движется относительно ИСО Алисы со скоростью в половину скорости света. Согласно правилам сложения скоростей специальной теории относительности, наблюдатель ИСО C обнаружит, что тахион Алисы движется с бесконечно большой скоростью. Следовательно, в его ИСО Боб сразу же получит послание Алисы. Возникает парадоксальная ситуация: одна и та же теория - СТО делает два взаимоисключающих предсказания: "сигнал получен" и "сигнал не получен".

Более того, с точки зрения третьей ИСО C, движущейся с половинной скоростью между Алисой и Бобом, тахионы между ними будут изохронными. Это значит, что возникает класс тахионов Алисы и Боба, которые будут двигаться относительно ИСО C с бесконечно большой скоростью, согласно теореме об изохронном тахионе. Следовательно, сеансы связи будут с точки зрения ИСО C мгновенными в любой момент времени. Алиса и Боб с его точки зрения будут проводить непрерывные сеансы связи какой угодно продолжительности. И вместе с тем, с точки зрения Алисы и Боба, как отмечено, они не получат сигналов друг от друга за все время своей жизни.

"Парадокс дедушки" и принцип реинтерпретации

Давайте теперь применим принцип реинтерпретации к аналогу "парадокса дедушки", в котором две ИСО обмениваются тахионами. Из ИСО А отправляется тахион в ИСО B, из которой обратно в ИСО А отправляется ответный тахион. Этот ответный тахион "включает" взрыватель и уничтожает источник тахионов в системе А. Согласно СТО, ответный тахион прибудет в ИСО А раньше, чем был отправлен исходный, инициирующий тахион. Следовательно, этот инициирующий тахион не мог быть отправлен, поскольку до его отправки источник тахионов был уничтожен.

Согласно принципу реинтерпретации, ответный тахион на самом деле это не тахион, а антитахион, который не прибыл из ИСО В, а был инициирован, испущен самой ИСО A. Но это очевидный абсурд, поскольку, во-первых, излучая свой инициирующий тахион, наблюдатель A ничего не знал о том, что в прошлом он излучил антитахион. Во-вторых, по условиям задачи, возвратный тахион должен был включить взрыватель и уничтожить ИСО A. Однако, никакого тахиона получено не было, уничтожать систему было некому. То есть, это уже другая задача, подмененная. В этой новой задаче произошло событие, которого в ИСО A в "нормальной", исходной задаче никогда не было.

Таким образом, вместо решения проблемы причинности в задаче с некоторыми начальными условиями на самом деле принцип реинтерпретации приводит к изменению условий задачи. К решению оказываются привлечены несуществующие события, которые в реальности не происходили. Это не является решением проблемы "путешествия в прошлое".

Сигнализация в прошлое

В заключение следует добавить, что во всех случаях, когда говорится о "сигналах в прошлое", на самом деле речь идет о сигналах в "чужое прошлое". Но формально движением в прошлое это считаться не может. Если часы моего собеседника отстали, это не значит, что я попал в прошлое. С другой стороны, принцип реинтерпретации - это не принадлежность специальной относительности, а искусственно привнесенный в нее механизм, сформулированный исходя из общефизических принципов.

Для самой специальной относительности соответствует прямое и непосредственное сверхсветовое перемещение в прошлое объекта или сигнала в его неизменной форме. А из этого прямо следует возможность возвращения в физику вечного двигателя. Достаточно просто перемещать со склада и обратно небольшое количество топлива. Оно всегда будет возвращаться в прошлое вдобавок к имеющемуся там топливу. Такому вечному двигателю будет нужно, разве что, только техническое обслуживание, хотя и это не обязательно: сам двигатель можно тоже отправлять в прошлое. И он всегда будет новым.

Понятно, что при этом законы сохранения и возрастания энтропии по факту отвергаются. Но такое опровержение ничуть не хуже, а, вообще-то, с практической точки зрения намного привлекательнее, полезнее недоступных для наблюдения космологических инфляционных мультиверсов Линде и альтерверсов многомировой интерпретации Эверетта.

Квантовая механика разрушает специальную теорию относительности

Квантовая нелокальность, как признано, не позволяет передавать информацию, что рассматривается как ее непротиворечивость специальной теории относительности. Существует даже формула о "мирном сосуществовании квантовой механики и специальной теории относительности". Действительно, запутанные частицы приобретают свои состояния абсолютно случайно, нет никакой возможности принудить частицу получить нужное состояние. Хотя удаленная частица при этом и переходит синхронно, корреляционно в строго однозначное состояние, но это состояние оказывается таким же случайным, стохастическим, как и состояние исходной частицы.

Прямым следствием этого, как принято считать, является и то, что их невозможно использовать для синхронизации часов. Однако, при всем при этом, как выше показано, квантовая нелокальность все-таки позволяет до предела "осложнить жизнь" специальной теории относительности. Синхронизация часов запутанными квантовыми частицами, как оказалось, вполне даже возможна. Конечно, протокол такой синхронизации пока не совсем очевиден, трудно догадаться, каким образом можно установить удаленные часы в некоторые конкретные показания времени.

Рассмотрим эту процедуру с использованием так называемых квантовых нелокальных кубиков, своеобразных "игральных костей". Описание их устройства и принципа действия в деталях можно найти в интернете . Вкратце они "работают" следующим образом. Между двумя наблюдателями, Алисой и Бобом организуется канал, по которому каждому из них передаются последовательно пачки, например, из 8 фотонов. Конечно, пачки могут быть и однофотонными (аналог подбрасывания монеты), и из трех фотонов (кубик с восемью гранями, октаэдр), а также любого другого количества. Восемь фотонов - это байт информации. При измерении фотонов Алиса и Боб получают 8 скоррелированных состояний, которые с помощью дешифраторов выводятся на индикатор. Очевидно, что индикатор может показать любое число от 0 до 255. Этот индикатор мы и назовем квантовым нелокальным кубиком с 256 гранями.

Главная особенность этих кубиков состоит в том, что они оба всегда показывают одно и то же число. Примем как постулат, что квантовая нелокальность действует как угодно далеко, при любых скоростях ИСО и сколь угодно долго, что вообще-то вполне допустимо.

Пусть ИСО Алисы и Боба находятся на разных концах видимой Вселенной и движутся друг относительно друга с субсветовой скоростью, чтобы показать синхронизацию часов в движущихся системах в самом общем случае специальной теории относительности.

Очевидно, что для некоторой средней, симметричной лабораторной ИСО, по отношению к которой системы Алисы и Боба движутся с одинаковыми скоростями и в разных направлениях, все процессы в этих системах полностью тождественны, симметричны. В частности, пачки запутанных фотонов приходят к ним в одно и то же время по их собственным часам. Измерения происходят в обеих системах в один и тот же момент времени и выпадающие при этом числа на квантовых нелокальных кубиках всегда одинаковые.

Однако, все эти числа абсолютно случайны, нет никакой возможности создать какую-либо разумную их последовательность. Но это нам и не требуется. Пусть Алиса и Боб просто фиксируют эти числа в своих журналах. Неважно, какое летоисчисление и показания часов в этих системах, они просто заносятся в журнал парами: число на кубике, дата и время в системе. На самом деле их летоисчисления и часы изначально могут быть не синхронизированы.

Очевидно, что вследствие симметрии, реальный темп хода времени в обеих системах с точки зрения лабораторной ИСО согласно специальной теории относительности оказывается одинаковым. Поэтому все исторические события в двух относительно движущихся системах, находящихся на большом расстоянии друг от друга, при отсутствии их синхронизации могут быть при необходимости синхронизированы путем сопоставления календарных дат и времени по кодам квантовых кубиков. Отметим, что все это - в пределах срока жизни участников.

Совершенно ясно - последовательности чисел, квантовых кодов будут строго скоррелированы. Например, в записях каждой из ИСО могут быть обнаружены последовательности квантовых кодов, образующих случайно одинаковые тексты, например, "специальная теория относительности". То, что такая последовательность рано или поздно может возникнуть, несомненно. Вспомним хотя бы работы Панина над так называемым "кодом библии". Однако, указанный текст - просто образец, поскольку при анализе последовательностей всегда обязательно будут обнаружены совпадающие строки. И каждой такой последовательности соответствует эпоха и время в каждой из ИСО Алисы и Боба. То есть, мы имеет точное соответствие эпох и времени в этих двух ИСО.

Понятно, что это задача для будущих Космологических Археологов. Но ведь здесь мы рассматриваем мысленный эксперимент и для него это не проблема. Главное состоит в том, что даже совершенно стохастическая, абсолютно случайная квантовая информация позволяет, во-первых, синхронизировать длинные временные отрезки и, во-вторых, с неизбежностью показывает: наличие сверхсветовой корреляции уничтожает главные положения СТО - замедление темпа хода часов и относительность одновременности. Квантовая корреляция возвращает в физику чистое ньютоново время, которое во всей Вселенной течет с одинаковой скоростью.

Тахион и детерминизм

В заключение следует вспомнить о некоторых философских проблемах физики.

Многие ведущие физики современности относятся к философии с откровенным скептицизмом. Делаются заявления чуть ли не о вреде, который философия наносит физике. Или, как минимум, что философия неприменима в физических исследованиях. Философия мертва. Там где начинается философия, физика заканчивается. И тому подобное.

Но насколько справедливы эти претензии? Если внимательно присмотреться к этим же скептическим философам - физикам, можно заметить, тем не менее, их явную, очевидную приверженность материализму, который в их отношении просто имеет несколько наивный вид. Критикуя философию, например, Хокинг, фактически дает прямой ответ на Основной Вопрос Философии, похоже, даже не осознавая этого: что первично: дух или материя. При этом он допускает уже давно известную ошибку: нет и быть не может никаких доказательств как наличия бога, так и его отсутствия. Есть только одна возможность: принять это на веру, как данность, как постулат, как догму.

Каким бы сильно верующим ни был ученый, в своих исследованиях он, тем не менее, никогда не использует "гипотезу о боге". Все явления в его рассуждениях имеют определенно естественный характер, не связанный ни с каким Высшим Разумом. И здесь возникает противоречие. Отказывая философии в праве быть фундаментом мировоззрения, ученый рискует впасть в мистику. Или, в лучшем случае, в религиозный догматизм.

Множество научных явлений, экспериментальных данных оказываются сложными в логическом объяснении, описании. Например, та же нелокальность. Содержание ее прямо означает: между частицами нет и быть не может взаимодействия, поскольку это противоречит теории относительности. Однако, сверхсильная корреляция - это экспериментально установленный факт. Частицы как бы передают друг другу информацию. Как компромисс, как способ спасти теорию от парадокса, делается заключение, что между частицами нет материального взаимодействия, поэтому теория здесь ни при чем. Хорошо, тогда что здесь "при чем"? Нелокальность - это просто формула, позволяющая избежать объяснения этого явления. Однако, куда более разумным следовало бы считать, что здесь происходит обмен тахионами, которые просто пока еще не обнаружены.

И все было бы хорошо, но тахион явно плохо вписывается в формализм СТО. Видимо, это главная, если не единственная причина многочисленных попыток распространить на тахион формализм специальной теории относительности. Множество статей на эту тему имеют форму окончательного решения вопроса: тахион - это релятивистская частица, к ней применимы все положения специальной теории относительности. Но тщательный анализ их вызывает множество возражений.

Вот здесь и следует вспомнить о философском мировоззрении. Одним из важнейших законов, можно даже сказать, постулатов и даже догм философии, безусловно , является Закон детерминизма. Не будет чрезмерным провести параллель: это формально абсолютно то же самое, что и литературные фатализм, судьба, фатум. Да, ничто в Природе не происходит Случайно. Есть только один неизбежный и неотменимый закон всеобщего детерминизма.

Здесь, как можно предположить, появится множество несогласных критиков, классиков теперь уже философии, убежденных и прекрасно владеющих ее формализмом. Вполне вероятно, будут приводиться потоки философских категорий и законов, в том числе и экспериментально обнаруженные физические явления. Но в рамках моей статьи, закон всеобщего детерминизма является главным, фундаментальным доводом. Ни доказать, ни опровергнуть его невозможно по определению. Он проистекает из другого, еще более фундаментального закона природы о первооснове, в каком-то смысле материалистической формулировки ответа на основной вопрос философии. Звучит он так: "Материя существует". Все, что мы наблюдаем, можем наблюдать в принципе или в принципе наблюдать не можем - все это без исключения есть формы Материи как первоосновы всего сущего. Здесь следует различать Материю, как первооснову, и Вещество, как наблюдаемое её проявление. Главным, самым фундаментальным свойством Материи является ее существование. Можно сказать так: все, что существует - это Материя. Все, что Материя - существует. Все, что не Материя - не существует. И все, что не существует - не Материя.

Из этой краткой формулы происходят множество следствий. Во-первых, к Материи неприменимо такое понятие как "конечна". То есть, Материя не имеет пределов и границ ни во времени, ни в пространстве. Правда, нужно уточнить, что то время и то пространство, которое мы регистрируем нашими органами чувств, это вещественные пространство и время, это те пространство и время, которые Эйнштейн с Минковским соединили в единое "пространство-время". Для Материи эти понятия производны от ее бесчисленных свойств.

Непосредственно из свойств бесконечности Материи следует отсутствие у нее первопричины. Нет и быть не может самой первой причины, поскольку у вечности нет начала. Но что же тогда означает Большой Взрыв? Все просто: это не взрыв Материи, это одно из ее рядовых преобразований, приведшее в некоторый вполне определенный момент ее, материального времени, в некотором вполне определенном месте ее материального объема к возникновению ее вполне характерного материального состояния , которое мы и называем - Вселенная. Никаких возникновений из Ничего Нигде и Никогда.

А из этого прямо и следует, что любое событие имеет бесконечно длинную цепочку причин, описать которую невозможно в принципе . Вот эту невозможность описания и следует считать действительной Случайностью. Как следствие, в науке мы можем наблюдать множество подобных случайностей. Тем не менее, все они являются исключительно следствием нашей неспособности описать, обнаружить всю цепочку их причин. Случайность - это незнание полного набора причин события.

Отсюда можно вывести главное следствие закона детерминизма - строго обязательный закон причинно-следственных связей. Не существует ни явлений, ни событий, возникающих без причины. Любое событие имеет причину, которая нам в данный момент может быть просто неизвестна.

Но как же тогда быть с так называемой квантовой вероятностью, которая в научном мире признана самым ярким, явным примером абсолютной случайности, предсказать которую невозможно в принципе ? Здесь весьма уместно присоединиться к мнению Эйнштейна. Он интуитивно абсолютно прав: бог не играет в кости. Кстати, следует заметить, что принцип неопределенности Гейзенберга никакого отношения к нарушению причинности не имеет. Это абсолютно детерминистический принцип, не нарушающий причинно-следственных отношений.

Отсюда мы обязаны сделать логический вывод: любые законы, теории, выкладки, следствием которых является нарушение причинности, как явное, так и потенциальное - являются ненаучными, нефизичными, анти-философскими. Такие теории ведут в тупик, а то и прямо в мистику.

Заключение, выводы

Приведенные выкладки не являются гипотетическими или абстрактными. Они строго логически, на основе имеющегося формализма и результатов экспериментов с полной определенностью показывают, что специальная теория относительности неприменима к сверхсветовым сигналам.

Внесение в формализм специальной теории относительности сверхсветовых сигналов вынуждают ее делать противоречивые, взаимоисключающие предсказания. Все выкладки и теории, использующие сверхсветовую применимость специальной теории относительности, следует признать ненаучными. Любое расширение специальной теории относительности на основе введения в нее сверхсветового формализма, например, тахионная механика или принцип реинтерпретации, не является научным.

Парадоксы причинности и движения в прошлое вследствие сверхсветовой коммуникации являются исключительными свойствами, особенностью именно специальной теории относительности. Любая другая теория, не содержащая в себе постулатов об инвариантности скорости света (физика ньютона, например), свободна от сверхсветовых парадоксов причинности.

Любой мысленный эксперимент с участием тахионов, сверхсветовых сигналов неизбежно приводит в СТО к движению в прошлое. Маскировка таких движений вряд ли возможна даже специальным искажением начальных условий.

Любое движение в прошлое на основе сверхсветового формализма СТО определенно является движением в "чужое прошлое". Никакими формулировками и ухищрениями невозможно отправить прямой сигнал или прямо переместиться в собственное прошлое, то есть, встретить в прошлом себя самого. Параллельные миры сверхсветовым формализмом специальной теории относительности не предусмотрены и не рассматриваются.

Принцип реинтерпретации или принцип переключения, являются ненаучными принципами, поскольку вводят в решение задач события, не имевшие места в реальности. Механизм реинтерпретации - это искусственный механизм, который, строго говоря, не следует из формализма специальной теории относительности, а базируется на так называемых общефизических принципах. Непосредственно из формализма СТО в этом случае следует возможность реализации вечного двигателя как строго научного механизма.

Существует только одно толкование причинности без каких либо "опережающих" или "запаздывающих" формулировок - это причинно-следственные отношения; их нарушение является ненаучным.

Любые парадоксы времени подразумевают нарушения в логике теории. Кротовые норы и черные дыры не могут изменить последовательность событий во времени.

Принцип неопределенности Гейзенберга не является примером анти-детерминизма и нарушения причинности.

Не существует абсолютно случайных событий, есть только события, полную цепь причин которого не удается описать. Бог не играет в кости (Эйнштейн).

Вместе с тем, не следует считать вредными исследования тахионов с позиции СТО разных авторов. Допущенные ими логические ошибки привлекают повышенное внимание к СТО, требуя четко очертить границы ее применимости, лишний раз напомнить, что "мирное существование СТО и квантовой механики" иллюзорно.

Библиографический список:

1. Путенихин П.В., О логических противоречиях, возникающих в СТО при исследовании сверхсветовых сигналов и тахионов. Электронный периодическом рецензируемый научный журнал «SCI - ARTICLE.RU», N35 (июль) 2016, c..php?i=1467653398 (дата обращения 13.01.2017)
2. Путенихин П.В., О логических противоречиях, возникающих в СТО при исследовании сверхсветовых сигналов и тахионов. Эйнштейновский сборник о тахионах, ч.2. Электронный периодический рецензируемый научный журнал «SCI - ARTICLE.RU», N37 (сентябрь) 2016, c..php?i=1473835211 (дата обращения 13.01.2017)
3. Путенихин П.В., СТО неприменима к сверхсветовым сигналам, 2014, URL: http://econf.rae.ru/article/9157 (дата обращения 13.01.2017)
4. Путенихин П.В., Теорема об изохронном тахионе, 2014, URL: http://econf.rae.ru/article/9635 (дата обращения 13.01.2017)
5. «Эйнштейновский сборник. 1973», М., Наука, 1974.

Рецензии:

4.01.2017, 11:35 Полищук Игорь Николаевич
Рецензия : Работа интересная. Много новых идей, например, кубик с 256 гранями - оригинально и убедительно. Смелая критика устоявшихся в физике полумистических представлений. Работа оформлена в соответствии с требованиями издательства и рекомендуется к публикации.

4.01.2017, 17:38
Рецензия : Заслуженному автору этого журнала рассуждения по самым фундаментальным проблемам мироздания здесь публиковать не впервой. Всем наверное тривиально известен такой сборник о тахионах. Но хотя бы для рецензентов ссылку на него надо было дать. "Эйнштейновский сборник" - это авторитетное издание, но в каком из них помещены статьи о сверхсветовых объектах рецензент (кроме автора статей на эту тему). В среде могут распространяться частицы "инородные", из материала другой среды и квазичастицы из сгущений, вихреобразований той же среды. Ни одна из них в обычных условиях не может распространяться со скоростью, большей характеристической для данной среды (для воздушной среды - это скорость звука, для ближнего Космоса - скорость света). Далее, идут гипотезы более высокого статуса. Т.ч. тахионы и СТО в антиподе - это тривиально. Кстати и о самой СТО - выдержка из текста о присуждении Нобелевской премии А.Эйнштейну: "... по физике, учитывая работы по теоретической физике и в особенности открытие закона фотоэлектрического эффекта, ОДНАКО НЕ ПРИНИМАЯ ВО ВНИМАНИЕ ТО ЗНАЧЕНИЕ, которое приобретут теории относительности и гравитации, если они будут подтверждены". ЕСЛИ. Что означает предложение: "Для самой специальной относительности соответствует прямое и непосредственное сверхсветовое перемещение в прошлое объекта или сигнала в его неизменной форме". И таких фраз много. Список литературы оформлен не по требованиям, хотя в других работах автор требования соблюдает. Радуясь, что это, по словам автора, последняя работа здесь по таким космологическим амбициям, рецензент после правки и корректуры, не возражает против её публикации.

13.01.2017 15:15 Ответ на рецензию автора Путенихин Петр Васильевич :
Уважаемый Эдуард Григорьевич! :-) Благодарю Вас как самого заинтересованноего моего рецензента за изучение и оценку моей работы!
1. Список литературы я подправил и добавил в него ссылку на сборник.
2. Что означает предложение: "Для самой специальной относительности соответствует прямое и непосредственное сверхсветовое перемещение в прошлое объекта или сигнала в его неизменной форме". С учетом предыдущей фразы в статье: это не условное перемещение в прошлое, в ЧУЖОЕ прошлое. Это самое непосредственное перемещение МОЕГО сигнала в МОЕ прошлое, в котором я САМ же его и зарегистрирую.

14.01.2017, 2:41 Мирмович-Тихомиров Эдуард Григорьевич
Рецензия : Ни в коей мере. Когда нет других рецензий, а вашему визави продолжают присылать требования о рецензировании той или иной работы, после этого он ещё ожидает других рецензентов. И только при "пустоте" что-то пишет, чтобы ни редакция, ни автор не имели к нему претензий. По крайней мере, пытается это делать. А вот Вы, действительно, самый активный учёный-исследователь и писатель фантастических экзерсисов про "чёрные дыры" в СТО, ОТО и пр. И отклонять их рецензиями как-то неудобно, и нет желания рецензировать. Где выход? А работы всё сыпятся и сыпятся как из рога изобилия. Литература всё равно оформлена не по требованиям (запятые не там). Никакого смысла в приведенную фразу, ЧУЖОЕ какое-то это или МОЁ, не добавило. В отличие от уважаемого Игоря Николаевича, в этой работе оригинальности и убедительности не так много. И полумистическими представлениями как раз является декларирование каких-то мысленных бесконечных скоростей от А к Б и наоборот, пренебрегая запретами среды на скорости, в которой распространяются эти сигналы или возмущения среды. Но в последний раз (и больше мне не отвечайте) рецензент НЕ ВОЗРАЖАЕТ против публикации без всяких благодарностей, т.к. это третья и последняя в череде работ на эту тему.

Мнимые парадоксы СТО. Парадокс близнецов

Путенихин П.В.
[email protected]

В литературе и в интернете до сих пор идут многочисленные дискуссии по этому парадоксу. Предложено и продолжает предлагаться множество его решений (объяснений), из которых делаются выводы как о непогрешимости СТО, так и её ложности. Впервые тезис, послуживший основой для формулировки парадокса, был изложен Эйнштейном в его основополагающей работе по специальной (частной) теор ии относительности «К электродинамике движущихся тел» в 1905 году:

«Если в точке А находятся двое синхронно идущих часов и мы перемещаем одни из них по замкнутой кривой с постоянной скоростью до тех пор, пока они не вернутся в А (...), то эти часы по прибытии в А будут отставать по сравнению с часами, остававшимися неподвижными...».

В дальнейшем этот тезис получил собственные имена «парадокс часов», «парадокс Ланжевена» и «парадокс близнецов». Последнее название прижилось, и в настоящее время чаще встречается формулировка не с часами, а с близнецами и космическими полётами: если один из близнецов улетает на космическом корабле к звёздам, то по возвращению он оказывается моложе своего остававшегося на Земле брата.

Гораздо реже обсуждается другой, сформулированный Эйнштейном в этой же работе и следующий сразу же за первым, тезис об отставании часов на экваторе от часов, находящихся на полюсе Земли. Смыслы обоих тезисов совпадают:

«… часы с балансиром, находящиеся на земном экваторе, должны идти несколько медленнее, чем точно такие же часы, помещённые на полюсе, но в остальном поставленные в одинаковые условия».

На первый взгляд это утверждение может показаться странным, ведь расстояние между часами неизменно и нет относительной скорости между ними. Но на самом деле на изменение темпа хода часов влияет мгновенная скорость, которая, хотя и меняет непрерывно своё направление (тангенциальная скорость экватора), но все в сумме они дают ожидаемое отставание часов.

Парадокс, кажущееся противоречие в предсказаниях теор ии относительности возникает, если движущимся близнецом считать того, который оставался на Земле. В этом случае теперь уже улетавший в космос близнец должен ожидать, что остававшийся на Земле брат окажется моложе него. Так же и с часами: с точки зрения часов на экваторе движущимися следует считать часы на полюсе. Таким образом, и возникает противоречие: так кто же из близнецов окажется моложе? Какие из часов покажут время с отставанием?

Чаще всего парадоксу обычно даётся простое объяснение: две рассматриваемые системы отсчета на самом деле не являются равноправными. Близнец, который улетал в космос, в своём полёте не всегда находился в инерциальной системе отсчета, в эти моменты он не может использовать уравнения Лоренца. Так же и с часами.

Отсюда следует сделать вывод: в СТО не может быть корректно сформулирован «парадокс часов», специальная теор ия не делает двух взаимоисключающих предсказаний. Полное решение задача получила после создания общей теор ии относительности, которая решила задачу точно и показала, что, действительно, в описанных случаях отстают движущиеся часы: часы улетавшего близнеца и часы на экваторе . «Парадокс близнецов» и часов, таким образом, является рядовой задачей теор ии относительности.

Задача об отставании часов на экваторе

Мы опираемся на определение понятия «парадокс» в логике как противоречия, полученного в результате логически формально правильного рассуждения, приводящего к взаимно противоречащим заключениям (Энциплопедический словарь), или как два противоположных утверждения, для каждого из которых имеются убедительные аргументы (Логический словарь). С этой позиции, «парадокс близнецов, часов, Ланжевена» парадоксом не является, поскольку нет двух взаимоисключающих предсказаний теор ии.

Сначала покажем, что тезис в работе Эйнштейна о часах на экваторе полностью совпадает с тезисом об отставании движущихся часов. На рисунке показаны условно (вид сверху) часы на полюсе Т1 и часы на экваторе Т2. Мы видим, что расстояние между часами неизменно, то есть, между ними, казалось бы, нет необходимой относительной скорости, которую можно подставить в уравнения Лоренца. Однако, добавим третьи часы Т3. Они находятся в ИСО полюса, как и часы Т1, и идут, следовательно, синхронно с ними. Но теперь мы видим, что часы Т2 явно имеют относительную скорость по отношению к часам Т3: сначала часы Т2 находятся на близком расстоянии от часов Т3, затем они удаляются и вновь приближаются. Следовательно, с точки зрения неподвижных часов Т3 движущиеся часы Т2 отстают:

Рис.1 Движущиеся по окружности часы отстают от часов, находящихся в центре окружности. Это становится более очевидно, если добавить неподвижные часы вблизи от траектории движущихся.

Следовательно, часы Т2 отстают также и от часов Т1. Переместим теперь часы Т3 настолько близко к траектории Т2, что в какой-то начальный момент времени они окажутся рядом. В этом случае мы получаем классический вариант парадокса близнецов. На следующем рисунке мы видим, что сначала часы Т2 и Т3 были в одной точке, затем часы на экваторе Т2 стали удаляться от часов Т3 и по замкнутой кривой через некоторое время вернулись в исходную точку:

Рис.2. Движущиеся по окружности часы Т2 сначала находятся рядом с неподвижными часами Т3, затем удаляются и через некоторое время вновь сближаются с ними.

Это полностью соответствует формулировке первого тезиса об отставании часов, послужившего основой «парадокса близнецов». Но часы Т1 и Т3 идут синхронно, следовательно, часы Т2 отстали также и от часов Т1. Таким образом, оба тезиса из работы Эйнштейна в равной степени могут служить основой для формулировки «парадокса близнецов».

Величина отставания часов в этом случае определяется уравнением Лоренца, в которое мы должны подставить тангенциальную скорость движущихся часов. Действительно, в каждой точке траектории часы Т2 имеют скорости, равные по модулю, но разные по направлениям:

Рис.3 Движущиеся часы имеют постоянно изменяющееся направление скорости.

Как эти разные скорости внести в уравнение? Очень просто. Давайте, в каждую точку траектории часов Т2 поместим свои собственные неподвижные часы. Все эти новые часы идут синхронно с часами Т1 и Т3, поскольку все они находятся в одной и той же неподвижной ИСО. Часы Т2, проходя каждый раз мимо соответствующих часов, испытывает отставание, вызванное относительной скоростью именно мимо этих часов. За мгновенный интервал времени по этим часам, часы Т2 также отстанут на мгновенно малое время, которое можно вычислить по уравнению Лоренца. Здесь и далее мы будем использовать одни и те же обозначения для часов и их показаний:

Очевидно, что верхним пределом интегрирования являются показания часов Т3 в момент, когда часы Т2 и Т3 вновь встретятся. Как видим, показания часов Т2 < T3 = T1 = T. Лоренцев множитель мы выносим из-под знака интеграла, поскольку он является константой для всех часов. Введённое множество часов можно рассматривать как одни часы - «распределённые в пространстве часы». Это «пространство часов», в котором часы в каждой точке пространства идут синхронно и обязательно некоторые из них находятся рядом с движущимся объектом, с которым эти часы имеют строго определённое относительное (инерциальное) движение.

Как видим, получено решение, полностью совпадающее с решением первого тезиса (с точностью до величин четвертого и высших порядков). По этой причине, дальнейшие рассуждения можно рассматривать как относящиеся ко всем видам формулировок «парадокса близнецов».

Вариации на тему «парадокса близнецов»

Парадокс часов, как отмечено выше, означает, что специальная теор ия относительности, вроде бы, делает два взаимно противоречащих друг другу предсказания. Действительно, как мы только - что вычислили, движущиеся по окружности часы отстают от часов, находящихся в центре окружности. Но и часы Т2, движущиеся по окружности, имеют все основания утверждать, что они находятся в центре окружности, вокруг которой движутся неподвижные часы Т1.

Уравнение траектории движущихся часов Т2 с точки зрения неподвижных Т1:

x, y - координаты движущихся часов Т2 в системе отсчета неподвижных;

R - радиус окружности, описываемой движущимися часами Т2.

Очевидно, что с точки зрения движущихся часов Т2, расстояние между ними и неподвижными часами Т1 также равно R в любой момент времени. Но известно, что геометрическим местом точек, равно удалённых от заданной, является окружность. Следовательно, и в системе отсчета движущихся часов Т2, неподвижные часы Т1 движутся вокруг них по окружности:

x 1 2 + y 1 2 = R 2

x 1 , y 1 - координаты неподвижных часов Т1 в системе отсчета движущихся;

R - радиус окружности, описываемой неподвижными часами Т1.

Рис.4 С точки зрения движущихся часов Т2 вокруг них по окружности движутся неподвижные часы Т1.

А это, в свою очередь, означает, что с точки зрения специальной теор ии относительности и в этом случае должно возникнуть отставание часов. Очевидно, что в этом случае, наоборот: Т2 > T3 = T. Получается, что и на самом деле специальная теор ия относительности делает два взаимоисключающих предсказания Т2 > T3 и Т2 < T3? И это действительно так, если не принять во внимание, что теор ия была создана для инерциальных систем отсчета. Здесь же движущиеся часы Т2 не находятся в инерциальной системе. Само по себе это не запрет, а лишь указание на необходимость учесть это обстоятельство. И это обстоятельство разъясняет общая теор ия относительности . Применять его или нет, можно определить простым опытом. В инерциальной системе отсчета на тела не действуют никакие внешние силы. В неинерциальной системе и согласно принципу эквивалентности общей теор ии относительности на все тела действует сила инерции или тяготения. Следовательно, маятник в ней отклонится, все незакреплённые тела будут стремиться переместиться в одном направлении.

Такой опыт рядом с неподвижными часами Т1 даст отрицательный результат, будет наблюдаться невесомость. А вот рядом с движущимися по окружности часами Т2 на все тела будет действовать сила, стремящаяся отбросить их от неподвижных часов. Мы, разумеется, считаем, что никаких иных гравитирующих тел поблизости нет. Кроме того, движущиеся по окружности часы Т2 сами по себе не вращаются, то есть, движутся не так, как Луна вокруг Земли, обращённая к ней всегда одной и той же стороной. Наблюдатели рядом с часами Т1 и Т2 в своих системах отсчета будут видеть удалённый от них на бесконечность объект всегда под одним и тем же углом.

Таким образом, движущийся с часами Т2 наблюдатель должен учесть факт неинерциальности своей системы отсчета в соответствии с положениями общей теор ии относительности. Эти положения говорят, что часы в поле гравитации или в эквивалентном ему поле инерции, замедляют свой ход. Поэтому в отношении неподвижных (по условиям опыта) часов Т1 он должен признать, что эти часы находятся в гравитационном поле меньшей напряженности, поэтому они идут быстрее его собственных и к их ожидаемым показаниям следует добавить гравитационную поправку.

Напротив, наблюдатель рядом с неподвижными часами Т1 констатирует, что движущиеся часы Т2 находятся в поле инерционной гравитации, поэтому идут медленнее и от их ожидаемых показаний следует отнять гравитационную поправку.

Как видим, мнение обоих наблюдателей полностью совпали в том, что движущиеся в исходном смысл е часы Т2 отстанут. Следовательно, специальная теор ия относительности в «расширенной» трактовке делает два строго согласованных предсказания, что не даёт никаких оснований для провозглашения парадоксов. Это рядовая задача, имеющая вполне конкретное решение. Парадокс в СТО возникает лишь в том случае, если использовать её положения к объекту, не являющимся объектом специальной теор ии относительности. Но, как известно, неверная посылка может привести как к правильному, так и к ложному результату.

Эксперимент, подтверждающий СТО

Следует отметить, что все эти рассмотренные мнимые парадоксы соответствуют мысленным экспериментам на основе математической модели под названием Специальная Теория Относительности. То, что в этой модели данные эксперименты имеют полученные выше решения, не обязательно означает, что в реальном физическом эксперименты будут получены такие же результаты. Математическая модель теор ии прошла многолетнее испытание и в ней не найдено никаких противоречий. Это значит, что все логически корректные мысленные эксперименты неизбежно будут давать результат, подтверждающий её .

В этой связи представляет особый интерес эксперимент, который общепризнанно в реальных условиях показал точно такой же результат, что и рассмотренный мысленный эксперимент. Непосредственно это означает, что математическая модель теор ии верно отражает, описывает реальные физические процессы.

Это был первый эксперимент по проверке отставания движущихся часов, известный как эксперимент Хафеле - Китинга, проведённый в 1971 г . Четверо часов, сделанных на основе цезиевых стандартов частоты, были помещены на два самолета и совершили кругосветное путешествие. Одни часы путешествовали в восточном направлении, другие обогнули Землю в западном направлении. Разница в скорости хода времени возникала из-за добавочной скорости вращения Земли, при этом учитывалось и влияние поля тяготения на полетной высоте по сравнению с уровнем Земли. В результате эксперимента удалось подтвердить общую теор ию относительности, измерить различие в скорости хода часов на борту двух самолетов. Полученные результаты были опубликованы в журнале Science в 1972 году.

Литература

1. Путенихин П.В., Три ошибки анти-СТО [прежде, чем критиковать теор ию, её следует хорошо изучить; невозможно опровергнуть безупречную математику теор ии её же математическими средствами, кроме как незаметно отказавшись от её постул атов - но это уже другая теор ия; не используются известные экспериментальные противоречия в СТО - опыты Маринова и других - их нужно многократно повторить], 2011, URL:
http://samlib.ru/p/putenihin_p_w/antisto.shtml (дата обращения 12.10.2015)

2. Путенихин П.В., Итак, парадокса (близнецов) больше нет! [анимированные диаграммы - решение парадокса близнецов средствами ОТО; решение имеет погрешность вследствие использования приближённого уравнения потенциал а; ось времени - горизонтальна, расстояний - вертикальна], 2014, URL:
http://samlib.ru/editors/p/putenihin_p_w/ddm4-oto.shtml (дата обращения 12.10.2015)

3. Эксперимент Хафеле-Китинга, Викпиедия, [убедительное подтверждение эффекта СТО о замедлении хода движущихся часов], URL:
https://ru.wikipedia.org/wiki/Эксперимент_Хафеле_—_Китинга (дата обращения 12.10.2015)

4. Путенихин П.В. Мнимые парадоксы СТО. Парадокс близнецов, [парадокс является мнимым, кажущимся, поскольку его формулировка сделана с ошибочными предположениями; корректные предсказания специальной теор ии относительности не являются противоречивыми], 2015, URL:
http://samlib.ru/p/putenihin_p_w/paradox-twins.shtml (дата обращения 12.10.2015)

Abstract. This article is devoted to mathematical aspects of the special and general relativity theories, Lorentz transformations and curvature of space-time. Isotropy and flatness of space have been experimentally proved but the theory different determination of space-time properties. Reasons of such disagreement are hidden in mathematical tools and methods used by the theory. But they are totally depend on basic axioms – light velocity constancy and continuity of space. And without necessary explanations it is impossible to accept the point of view that there are no problems with consistency of the SRT and GRT axioms.

Как известно, специальная теория относительности основана на двух, считающихся экспериментально доказанными, фактах – конечности скорости света и ее постоянства в различных инерциальных системах отсчета (независимости скорости света от скорости его источника). Именно эти условия, по общему мнению, не позволяют использовать в механике преобразования Галилея при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой. И, как следствие, за основу математических принципов описания процессов движения принимается релятивистский принцип относительности, выраженный через преобразования Лоренца. Очевидность этих преобразований кажется настолько безупречной, что не должно, казалось бы, и возникать сомнений в правомерности выводов, вытекающих из применения в физической теории принципа лоренц-инвариантности.

Действительно, в соответствии с обоими постулатами специальной теории относительности для двух инерциальных систем отсчета К и К ´, можно записать:

В этих уравнениях компоненты скорости света при условии прямолинейности его распространения:

Отсюда:

Здесь: .

Казалось бы, что стоит только произвести очевидные преобразования и мы получим правила перехода от одной инерционной системы координат к другой инерционной системе в виде преобразований Лоренца.

Однако не все так просто.

Преобразования Лоренца определяют соотношения координат различных систем в зависимости от скорости перемещения начал координат указанных систем относительно может быть легко определена. Но именно в данном допущении теории и кроется ее самая большая проблема.

Пусть начало координат системы К является неподвижным, а начало координат системы К ´, движущейся относительно первой системы, находится на расстоянии r в некоторый момент времени t =0, зафиксированный по часам, находящимся в начале координат системы К . За некоторое время dt начало системы К ´ пройдет путь dl и сместится на расстояние dr . Наблюдатель, размещенный в начале системы К , по достижении периода времени dt увидит, что путь, пройденный началом системы К ´, не будет равен dl , так как информация о положении начала системы координат системы К ´ поступает к указанному наблюдателю с некоторым опозданием, вызванным конечностью скорости света. И наблюдатель, покоящийся в системе К , может выбрать два способа определения скорости перемещения начала координат системы К ´.

Первый из этих способов заключается в том, что в каждой из точек системы К (или некоторых реперных точках) устанавливаются свои часы. Показания всех этих часов синхронизируются таким образом, что наблюдатель, находясь в начале координат системы К , видит одинаковое время на всех часах одновременно, т.е. показания часов в любой конкретной точке сдвинуты по отношению к показаниям часов в начале координат на время, необходимое для достижения фотоном, испущенным в указанной точке, начала координат системы К . В этом случае наблюдатель, используя свои часы, определяет скорость перемещения начала координат системы К ´ как:

Данная скорость не зависит от взаимного положения начал координат систем К и К ´ и является универсальной и абсолютной величиной, что связано с как бы мгновенным переносом информации о перемещении начал этих координат. Единственной проблемой такого метода определения скорости является необходимость иметь в каждой точке системы координат К свои часы.

Второй способ заключается в оценке видимого наблюдателем в системе К перемещения начала координат системы К ´ по своим единственным часам:

Из этого выражения следует, что наблюдаемая скорость зависит от выбора начала координат системы К (взаимного положения начал систем К и К ´ и направления их движения). В данном случае собственно вид функции не является существенным для вывода преобразований инерциальных систем координат, так как наблюдаемая скорость не является универсальной величиной, необходимой для использования в глобальных преобразованиях Лоренца. Скорость же, определяемая по первому способу, безусловно, приемлема для использования в преобразованиях Лоренца, но, к сожалению, не является величиной наблюдаемой (экспериментально определяемой).

Еще одним важным аспектом анализа соответствия координат одной инерциальной системы координатам другой инерциальной системы является следующее.

Инерциальная, в понимании специальной теории относительности, система координат К ´ представляет собой пространство, построенной на множестве точек, неподвижных относительно центра данной системы. Прямолинейная в этой системе траектория движения фотона может быть определена наблюдателем, связанным с началом лабораторной системы координат К , как набор точек, движущихся одновременно с движением инерциальной системы К ´. В этом случае, в полном соответствии с первым постулатом специальной теории относительности, скорость перемещения фотона, испущенного из начала координат системы К ´, вдоль движущейся для наблюдателя из системы К прямой определяется совершенно однозначно как векторная сумма скорости движения системы К ´ и скорости света, испущенной неподвижным источником. Разумеется наблюдаемая (если так можно выразиться в отношении фотона) траектория движения этого фотона не может быть видима как прямая линия, так как особенности определения наблюдаемой скорости движения объектов (точек системы координат К ´) не позволяют через непосредственное наблюдение описать эту траекторию именно как прямую линию.

В соответствии с изложенным, теоретических оснований, подтверждающих необходимость введения второго постулата специальной теории относительности, не существует.

Не дает таких оснований и экспериментальная проверка зависимости (или отсутствия таковой) скорости света от скорости его источника. Так. в работе приведено описание опыта по проверке зависимости скорости света, испускаемого движущимися и неподвижными атомами вещества, подвергаемого облучению, в процессе их перехода от возбужденного к невозбужденному состоянию. Анализируя полученные результаты, авторы пришли к выводу о независимости скорости света от скорости движения его источника.

Однако данный вывод основан на весьма неожиданном и досадном логическом недоразумении.

Действительно, авторы полагают, что интервал между временем прохождения одного и того же расстояния фотоном, испущенным движущимся атомом, и временем для фотона, испущенного неподвижным атомом, определяется в зависимости от скорости движения возбужденного атома по формуле:

Но, если следовать приведенному в данной работе описанию опыта, эта зависимость выражается в виде:

Измеренное в ходе данного эксперимента значение интервала:

Таким образом, экспериментально полностью подтверждена правомерность баллистической зависимости скорости света от его источника (баллистический принцип Ритца), а, следовательно, и несостоятельность формулировки второго постулата специальной теории относительности.

В соответствии с изложенным, мы можем определить первый парадокс специальной теории относительности как противоречие условия абсолютного постоянства скорости света в различных системах координат (второй постулат СТО) необходимому для выполнения первого постулата СТО условию зависимости скорости света при его наблюдении внешним неподвижным, или движущемся с иной скоростью наблюдателем.

Этот парадокс является весьма существенным при описании эффекта Доплера, который возникает при определении неподвижным наблюдателем частоты света, движущимся источником. Данная задача в принципе не решалась при создании СТО, поэтому интересно проследить к каким последствиям приводит применение постулатов СТО к решению данной задачи.

В литературе используются два метода описания эффекта Доплера – геометрический и волновой.

При геометрическом подходе [см., например, 81] описание эффекта Доплера основывается на утверждении, что длина волны, испускаемой движущимся источником, определяется как отрезок, измеряемый между положением точки, соответствующей первому периоду волны, определенному от момента испускания волны, и точки соответствующей положению источника излучения в момент времени, равный периоду волны. Однако такое утверждение приводит к тому, что для сохранения процесса излучения как волнового процесса необходимо, чтобы точки волновой функции, находящиеся дальше точки, соответствующей первому периоду, сдвигались по направлению к источнику со все возрастающей и не имеющей предела скоростью. Такое условие противоречит как первому, так и второму постулатам СТО. Хотелось бы, конечно, верить, что существуют убедительные объяснения данному противоречию.

Волновой подход кажется значительно более убедительным, но так ли это?

Рассмотрим данный подход более внимательно.

В работе при описании эффекта Доплера использован прием замены двух источников излучения и одного приемника на один источник и два приемника, один из которых движется, а второй неподвижен. Вроде бы стандартный математический прием, но он коренным образом меняет методологию описания самого явления, так как, заменяя две волны на одну, мы уже можем вводить понятие совпадающей фазы в точке, в то время как для двух различных волн совпадение фазы в точке является случайностью, и уж точно не обязательным фактом.

Таким образом, известные из литературы объяснения эффекта Доплера являются неубедительными, и ситуация с описанием данного эффекта была бы совсем печальной, если бы с помощью СТО не удалось найти приемлемое объяснение. И оно действительно есть.

Прежде всего необходимо отметить, что эффект Доплера проявляется в двух процессах: изменение частоты волны, отраженной от движущегося объекта, и изменение частоты волны, генерируемой движущимся объектом, по сравнению с частотой волны, генерируемой неподвижным объектом. Многочисленные эксперименты доказывают, что изменение частоты волны происходит в обоих процессах по одному и тому же закону, то есть, нет необходимости различать эти процессы.

Параметры электромагнитной волны, испускаемой неподвижным источником и принимаемой неподвижным же приемником, связаны отношением:

Параметры волны, испускаемой движущимся со скоростью V источником и фиксируемой неподвижным приемником, определены выражением:

Длина волны является некоторым отрезком, особенности описания которого неподвижным наблюдателем, определены правилами специальной теории относительности, а именно сокращением длины движущегося стержня. Поскольку угол наблюдения в общем случае не совпадает с углом, под которым движется излучающий объект по отношению к наблюдателю, то для упрощения примем, что вектор V направлен вдоль оси ОХ системы координат, в центре которой расположен приемник (наблюдатель). В этом случае лоренцево сокращение длины волны распространяется только на проекцию указанного отрезка на ось ОХ :

Поскольку мы должны учесть угол наблюдения, то:

Таким образом:

Наблюдаемая частота волны, генерируемая движущмся источникам:

Самое удивительное, что формулы для определения продольного и поперечного эффектов Доплера совпадают с приводимыми в литературе зависимостями.

Не менее впечатляющая ситуация имеет место и с объяснением эффекта Вавилова-Черенкова.

Как известно, данный эффект был обнаружен в процессе изучения свойств оптически прозрачных сред, находящихся под воздействием жесткого излучения, и проявляется в возникновении слабого свечения. Данное свечение описывается в в виде конуса света, испускаемого Оже-электронами, движущимися со скоростями, превышающими скорость света в среде, и направленного по направлению движения этих электронов. Сущность классического объяснения эффекта Вавилова-Черенкова [см., например, 86] заключается в том, что излучение свободных электронов гасится по всем направлениям, кроме образующих светового конуса (с вершиной на каждом из этих электронов), вдоль которых выполняется условие равенства величины скорости света в среде проекции скорости электрона на образующую. В данном объяснении все кажется логичным, кроме того, каким образом свет может распространяться вперед по направлению движения электрона (это касается не только направления вдоль образующих конуса), так как для этого электрон должен быть оптически прозрачным. Кроме того, непонятно, каким образом жесткое излучение подпитывает электрон, следствием чего и является возникновение Вавилова-Черенкова. Ведь движущийся со сверхсветовой скоростью электрон может взаимодействовать только с теми квантами жесткого излучения, который он нагоняет. И, если третий закон Ньютона и второй постулат СТО верны одновременно, то для того, чтобы эффект Вавилова-Черенкова наблюдался, необходимо, чтобы конус света, излучаемого электроном, был направлен не по ходу движения электрона, а наоборот против этого хода. Но в этом случае классическое объяснение эффекта Вавилова-Черенкова является несостоятельным. Однако, если наблюдаемая внешним наблюдателем скорость света будет равна векторной сумме скорости света (по отношению к неподвижному источнику) и скорости этого источника по отношению к неподвижному наблюдателю, то все становится на свои места. И, если использовать приведенные обозначения, то условие возникновения светового конуса излучения Черенкова должно выглядеть не в виде:

а в виде:

В этом случае конус света по отношению к излучающему электрону будет направлен против хода движения последнего, что в совокупности с налетающими на электрон квантами жесткого излучения обеспечивает выполнение третьего закона Ньютона и существование собственно эффекта Вавилова-Черенкова.

Таким образом, первый парадокс специальной теории относительности о несовместимости первого и второго постулатов СТО разрешим корректировкой второго постулата.

Второй парадокс СТО заключается в том, что уравнения Максвелла инвариантны относительно преобразований Лоренца, хотя применение этих преобразований как истинно пространственно-временных трансформаций при размещении инерциальных систем координат на различных фотонах принципиально невозможно.

Для того, чтобы разобраться с данным парадоксом, необходимо, прежде всего, обратить внимание на то, что же собственно является объектом, описываемым системой уравнений Максвелла. Совершенно очевидно, что этот объект представляет собой обобщенную совокупность двух видов электромагнитного поля – поля, окружающего его источники (заряды и токи), и поля электромагнитного излучения, не содержащего источники последнего. И, если для первого типа полей проблем с применением преобразований Лоренца не возникает, то поля второго типа не могут подчиняться преобразованиям Лоренца. Дело в том, что для полей второго типа неприемлема модель, использующая пробный фотон для установления соотношения расстояния до выбранной точки и времени нахождения фотона в пути до нее. Можно, конечно, сделать вид, что это непринципиально и выражение инвариантного интервала сохраняется и для этого типа полей, но тогда надо определить, каким образом замерять время и скорость движения инерциальных систем координат, что сразу же вернет нас к проблеме, какова модель построения данного интервала. Таким образом, преобразования Лоренца покрывают лишь часть области применения уравнений Максвелла.

Итак, что же делать, если стоит задача построения инерциальных систем координат на фотонах?

Прежде всего, обратим внимание на то обстоятельство, что инвариантный интервал СТО, при некоторых условиях, которые будут рассмотрены далее, является правилом синхронизации хода часов в различных точках одной и той же системы координат. Данное правило может быть легко преобразовано в правило определения (сохранения) квадрата «фазы бегущей волны» (определение дано в кавычках, поскольку физического смысла не имеет, но является схожим по математическому определению с выражением фазы бегущей волны электромагнитного излучения). Однако, так как из определения понятия бегущей волны известно совершенное иное линейное, а не квадратичное, правило установления фазы волны, то совершенно однозначно можно утверждать, что интервал СТО в принципе не может быть использован как инструмент для построения инерциальной системы координат, базирующейся на фотоне, и нам следует опираться на линейный интервал. В этом случае можно отказаться от модели с пробным фотоном и использовать мгновенный мысленный перенос из одной точки в другую, что дает возможность отнести преобразования Галилея к средствам описания физических явлений с использованием систем координат, базирующихся на частицах с нулевой массой покоя. А если мы имеем дело с явлениями типа излучения Черенкова, то системы координат, построенные на частицах, движущихся со сверхсветовыми скоростями, очень схожи с определением пространств де Ситтера.

Таким образом, одних лишь преобразований Лоренца явно недостаточно для всеобъемлющего описания реальных физических процессов в соответствии с принципами, определенными первым постулатом специальной теории относительности.

Но самой большой загадкой СТО является релятивистский характер импульса, определяемый глобальной зависимостью:

Считается, что данная зависимость по одним источникам является следствием СТО и возникает автоматически, если вместо координатного времени используется время собственное. По другим же источникам данная зависимость является экспериментально установленным фактом, выявленным в ходе исследований движения заряженных частиц в магнитном поле.

Рассмотрим данные обоснования релятивистской зависимости импульса.

Прежде всего, отметим, что время собственное при обсуждении положений специальной теории относительности и преобразований Лоренца задается в двух формах – интегральной и дифференциальной, практически повсеместно используемой в современной литературе. В то же время введение в теорию времени собственного не диктуется ни необходимостью соблюдения постулатов специальной теории относительности, ни условиями, требуемыми для вывода преобразований Лоренца, так как для всего этого достаточно фиксации прямолинейности траектории движения фотона. В этом случае время собственное в любой его форме должно иметь нулевое значение. Скорее всего, причиной появления интервала между событиями, а в последующем и времени собственного являлось требование обеспечения математической красоты при описании положений СТО. Но уж, коль скоро, данные термины появились в теории, то им стали придавать иное значение, чтобы распространить на время координатное свойство непрерывности, а не ограничивать его только временем нахождения в пути от начала координат до некоторой заданной точки пробного фотона, испускаемого в центре системы координат. Такой подход, конечно, может быть использован, если в теории имеется потребность в использовании моментов или временных отрезков, меньших или больших времени нахождения пробного фотона в пути до заданной точки. Однако в научной литературе отсутствуют (возможно, автору просто не удалось обнаружить) какие-либо упоминания о существовании такой потребности. Тем не менее, раз уж понятие времени собственного введено в теорию, необходимо обсудить, к каким последствиям приводит это введение.

Рассмотрим, во-первых, интегральную форму задания времени собственного (интервала между событиями). Совершенно очевидно, что использование времени собственного позволяет установить показания часов, размещенных в разных точках пространства, таким образом, чтобы один наблюдатель видел на всех часах (в момент синхронизации) одни и те же показания. Но, так как этого недостаточно, чтобы вместо множества часов наблюдатель мог использовать только одни часы, необходимо, чтобы ход всех часов совпадал с ходом часов наблюдателя, которыми он измеряет время координатное (время нахождения в пути пробного фотона и время перемещения начал различных инерциальных систем координат). А вот для этого условия время собственное как функция от координат пространства и времени координатного вряд ли приемлемо. Это вытекает из того, что область определения этой функции включает как мнимые числа, в случае , так и действительные числа при . Кроме того, в случае линейности пространственно-временных координат ход часов, использующих время собственное, не является линейным и совпадающим с ходом часов, использующих время координатное:

Вряд ли такие часы удобны для определения скорости. Обратим также внимание на то обстоятельство, что дифференциал функции собственного времени, заданной в интегральной форме, не совпадает с определением дифференциала собственного времени, используемого в определении инвариантного интервала СТО в форме:

В связи тем, что мы имеем два противоречащих друг другу определения одной и той же величины, необходимо выяснить, какое из этих определений следует использовать при замене координатного времени временем собственным в релятивистской зависимости импульса. То, что интегральная форма собственного времени для этих целей не подходит, только что установлено выше, а может ли быть использована для указанных целей дифференциальная форма, попробуем сейчас разобраться.

Релятивистская форма 4-вектора энергии-импульса выглядит следующим образом:

Здесь:

Следовательно:

Совершенно очевидно, что релятивистская зависимость импульса получена не в результате полной замены координатного времени временем собственным, так как в этом случае скорость должна быть выражена в виде , и мы имеем дело некоторой вновь вводимой аксиомой, которая позволяет получить желаемый результат. Также совершенно очевидно, что данная аксиома вроде бы вытекает из условия совпадения хода часов, используемых для замера времени координатного, с ходом часов, замеряющих время собственное, при отсутствии пространственных перемещений. Но дело в том, что при отсутствии последних отсутствует и необходимость использования модели с пробным фотоном, то есть замера времени координатного. А в этом случае вряд ли можно использовать инвариантный интервал в дифференциальной форме при анализе преобразований координат инерциальных систем. Таким образом, кроме одного желания должны же быть хоть какие-нибудь теоретические или экспериментальные обоснования, позволяющие согласиться с необходимостью введения новой аксиомы. К огромному сожалению никаких теоретических обоснований этому в научной литературе обнаружить не удается, и остается только уповать на существование экспериментальных фактов. Но и здесь нас ждет разочарование, поскольку, если речь идет об опытах заряженными частицами в магнитном поле, наблюдать релятивистскую зависимость импульса этих частиц невозможно в принципе по той причине, что в данной зависимости используется ненаблюдаемая абсолютная скорость.

Таким образом, как утверждение о возможности теоретического обоснования релятивистского характера импульса, так и утверждение об экспериментальном обнаружении данного феномена являются каким-то досадным недоразумением. А не совсем понятное поведение импульса, вероятнее всего, вызвано использованием при анализе результатов эксперимента именно наблюдаемой скорости, которая, в случае движения наблюдаемого объекта по окружности и получения сведений о времени и координатах наблюдаемого объекта с помощью испускаемого им излучения, будет весьма близка к выражению:

Однако это всего лишь достаточно случайное совпадение, а не устойчивая и универсальная закономерность.

Имеют ли причины возникновения критики СТО отношение к общей теории относительности?

Как оказывается, имеют самое непосредственное значение.

Весьма показательна в этом смысле аналогия с наблюдателем, находящимся в свободно падающем лифте, иллюстрирующая принцип эквивалентности, являющийся одним из базовых для общей теории относительности.

Считается, что наблюдатель в падающем лифте не может экспериментально обнаружить, падает ли его лифт, или находится в состоянии покоя, определяемом отсутствием гравитационного поля вне лифта. Такая аналогия позволяет ввести понятие локально-инерциальных систем координат, что упрощает решение задач, связанных с гравитационным взаимодействием.

В соответствии с предложенной аналогией, мы имеем дело с двумя замкнутыми системами, ограниченными непрозрачными стенками. Свободно падающая система находится под воздействием гравитационного поля, влияние которого на внутреннюю неподвижную относительно лифта систему считается отсутствующим. Если в этих условиях применить принцип сравнения интервалов с помощью пробных фотонов, то можно констатировать следующее. Для неподвижного наблюдателя фотон, испущенный внутри свободно падающей системы координат и имеющий в этой системе прямолинейную траекторию и постоянную скорость, должен воспринимать не только скорость (как линейную, так и угловую), но и ускорение центра координат свободно падающей системы, из которого испускается пробный фотон, в любой точке траектории движения указанного фотона. Только в этом случае свободно падающая система координат может восприниматься размещенным в ней наблюдателем как лабораторная. Но, учитывая, что ускорения и скорости, вызванные гравитационным взаимодействием, зависят от координат (расстояния до центра гравитационных масс), данное условие является принципиально невыполнимым.

Считается, что в данной ситуации принцип эквивалентности свободно падающей в гравитационном поле системы координат и лабораторной системы координат, не подверженный действию гравитационного поля, может быть справедлив, если мы имеем дело с точками бесконечно малой окрестности начала координат (для начал координат обеих систем указанный принцип безоговорочно справедлив). И это действительно могло бы быть так, если бы второй постулат специальной теории относительности был справедлив в его классической формулировке. А так как дело не только в бесконечно малых искажениях, вносимых в координатную сетку свободно падающей системы в связи с наличием гравитационного поля, являющегося по своей природе центральным, но и в том, что при переходе от одной точки к другой пробный фотон, испущенный в начале координат, должен менять в ходе своего движения скорость. Это вызвано тем, что искажения свободно падающей системы координат являются смещениями позиций ее точек от первоначального положения. А раз есть смещения, то они могут быть описаны их скоростью, что влечет за собой изменение относительной скорости пробного фотона. За более подробными объяснениями по данному вопросу можно обратиться к работе , где в § 10, главы 6 изложен принцип воздействия гравитации на физические системы. Этот принцип не только может, но и должен соблюдаться при формировании правил построения локально-инерциальных систем координат. И, если этот принцип дополнить требованиями конечности скорости света и влияния положения наблюдателя, то о локально-инерциальных системах координат можно говорить только как о пространствах, построенных на единичном множестве, т.е. содержащих одну единственную точку. Таким образом, для локально-инерциальных систем координат имеет смысл изменение только временной, а не пространственных координат. И в этом случае вряд ли можно признать удачным определения метрического тензора и аффинной связности, а также уравнения свободного падения (движения) в произвольном поле в произвольной системе координат в виде:

Этот факт, собственно, не является секретом для научного сообщества (см., например, § 3 главы 3 и указанный выше § 10 главы 6, ). Таким образом, так и хочется вслед за Стивеном Вейнбергом воскликнуть «что же такое локально-инерциальная система координат».

Тем не менее, если принять за аксиому возможность существования свободно падающего линейно-нормированного пространства , в котором выполняется принцип баллистического сложения скоростей, определяемых ускорением центра системы координат, описывающих данное пространство, то у нас возникает еще одна проблема. И проблема эта заключается в необходимости принятия в качестве независимой переменной не физического времени t , а собственного времени τ . Причем данная вновь вводимая переменная должна не только входить в состав инвариантного интервала, но и обеспечивать возможность определения в этом пространстве абсолютных скоростей и ускорений по правилу определения линейных производных. Кроме того, нам необходимо обеспечить сохранение условия постоянства скорости света, испускаемого неподвижным в источником. И, если свести все эти условия воедино, то нам остается только найти такие часы, по которым исчисляется время нахождения пробного фотона в пути. Причем это должны быть именно часы в традиционном понимании, а не шляпа фокусника, выдающая любой желаемый результат.

При таком наборе взаимно противоречивых аксиом любая теория была бы обречена на провал, но в том то и преимущество общей теории относительности, что вовсе не эти аксиомы являются определяющими для ОТО. В принципе она основана на двух предположениях: искривлении плоского пространства, отождествляемого с локально-инерциальной системой координат, в присутствии гравитационных масс и свободы выбора лабораторной системы координат в любой точке гравитационного поля. Последнее связано с тем, что невесомость физического объекта в отсутствие гравитационных тел может быть признана эквивалентной невесомости свободно падающего в гравитационном поле объекта, фиксируемой в центре его масс. Оба этих предположения может быть и не слишком удачным образом описаны математически, но поскольку результаты их использования удовлетворительно описывают реальные физические явления, то научное сообщество предпочитает мириться с недостатками математического обоснования указанных предположений, а не оспаривать их по такому считающемуся несущественным поводу. Конечно, можно отказаться от идеи использования свободно падающей системы координат в пользу плоского пространства, лишенного гравитационного поля, и, хотя при этом возникают свои проблемы (например, проблема имбединга), но тогда хоть сохранится аппарат общей теории относительности. Скорее всего именно данное соображение и помогает отгонять критические мысли о несовершенстве идей, послуживших основанием для создания этой теории.

Обратим внимание, что оба вышеуказанных предположения являются независимыми друг от друга, в научных исследованиях одновременно совместно в общем-то не применяются, и поэтому могут быть проанализированы порознь.

В настоящее время наиболее признанным определением сущности искривленного пространства является выражение инвариантного интервала в виде:

Данное выражение трактуется как изменение свойств (мер длины) пространства в присутствии гравитационных масс при сохранении скорости света.

Но если внимательно рассмотреть уравнение инвариантного интервала ОТО, можно найти два способа его объяснения – математический и физический. Первый основан на геометрических методах решения физических задач и полностью реализован в аппарате общей теории относительности и полевых теориях. А вот второй способ, основанный на возможности изменения скорости света в присутствии гравитационных масс, по непонятным причинам полностью исключен из рассмотрения в физических теориях. Однако именно второй способ имеет четкое физические обоснование, поскольку в оптике широко известно явление преломления света, вызванное уменьшением скорости распространения электромагнитных волн в физической среде; а присутствие в выражении интервала члена a 2 (t ) может трактоваться и как наличие в природе масштабного фактора и как наличие у вакуума показателя преломления, величина которого в присутствии гравитационных масс отлична от величины этого параметра в отсутствии указанных масс.

Для того, чтобы сделать правильный выбор, какая из трактовок является удовлетворительной, необходимо разобраться, что является причиной искривления пространства – физическое явление или результат математического описания гравитационного взаимодействия.

Для этого необходимо, прежде всего, понять, о каком именно пространстве идет речь – о математическом (мысленная сущность), или о физическом (реальная сущность) гравитационном поле. То, что в уравнении поля Эйнштейна объединены физические и геометрические величины, еще не свидетельствует о физической природе искривления пространства, так как физические члены этого уравнения относятся не к собственно пространству, а к включенным в него источникам гравитационного поля. И корректным, с позиции сохранения непрерывности системы координат, на которой базируется формулировка геометрических членов уравнения поля, является условие отсутствия размеров у источников поля – стандартная модель элементарных частиц. Отметим, что данное условие является обязательным для любого физического поля при его математическом описании известными на настоящий момент методами геометрического построения координатного пространства.

Если же источник поля имеет размеры, то начало связанной с ним системы координат оказывается внутри отличной от собственно поля физической сущности, то есть иного пространства. В этом случае возникает проблема исключения из рассмотрения внутреннего пространства и его замены на внешнее. В общей теории относительности данная проблема проявляется при возникновении в решениях уравнения поля параметра MG/c 2 , указывающего на существование некоторого размера (радиуса), внутри которого уравнения общей теории относительности вряд ли возможно применить. То есть сама же теория вступает в противоречие с принятыми при ее создании аксиомами о непрерывности геометрического пространства и стандартной модели элементарных частиц. Наиболее наглядно данное обстоятельство представлено в гармонической и изотропной метриках решения Шварцшильда.

Эти метрики показывают, что для того, чтобы хоть как-то обеспечить соответствие математической модели гравитационного поля физической реальности при условии сохранения непрерывности координатной системы, можно через понятие метрического тензора ввести представление об «искривлении» пространства в присутствии гравитационных масс как способ отображения пространства с «дырками» на непрерывное пространство. Но в этом случае искривленное пространство уже не является физической сущностью, а представляет некую адекватную математическую модель гравитационного поля.

Таким образом, эффект искривления возникает уже на этапе математического описания гравитационного взаимодействия и, в принципе, не требует дополнительного физического обоснования, так как является следствием принятых аксиом, а не свойств реальной физической сущности.

В то же время существуют такие физические явления, которые, казалось бы, подтверждают существование реального искривления пространства – аномальное смещение периодов орбит небесных тел в гравитационном поле и смещение позиций небесных тел при их наблюдении вблизи Солнца. И с таким выводом можно было бы безоговорочно согласиться, если бы не существовало иных, чем искривление пространства, объяснений указанных явлений.

Однако такие объяснения существуют и мы можем рассмотреть их на примере аномального смещения перигелия Меркурия и смещения траектории движения фотона вблизи солнечного диска.

Указанные явления можно рассматривать как следствие существования некоторого характерного для любого физического объекта, обладающего массой, размера , внутри которого гравитационное поле действует по иным законам, чем вне его. Этот размер, в принципе, можно считать равным радиусу сферы, плотно заполненной только веществом физического объекта без полевой фазы материи. В этом случае при решении физических задач мы имеем различные положения нуля системы координат. Для стандартной модели ноль базируется в центре масс физического объекта, а для системы координат, базирующейся только на полевой компоненте материи, этот ноль располагается на поверхности сферы с радиусом , который можно определить как радиус вырождения гравитационного поля и вычет в плоском пространстве. То есть мы имеем дело с «плавающим нулем». Такое свойство позволяет ограничить область действия известных законов гравитации с помощью параметра «показателя преломления (сгущения) вакуума»:

Здесь r – расстояние, измеряемое от центра координат стандартной модели, то есть истинно пространственное расстояние.

Для случая вращения Меркурия вокруг Солнца можно заметить, что мгновенные угловые скорости различны в стандартной и полевой системах координат, а их соотношение определяется зависимостью:

Здесь знаком штрих обозначен угол поворота в полевой системе координат.

Используя свойства эллипса легко найти выражение:

Здесь a и а – параметры эллипса.

Подстановка в предыдущее выражение и его интегрирование дают:

За один оборот вокруг Солнца угол между прямыми, проходящими через ноли стандартной и полевой систем координат соответственно и точку перигелия Меркурия, составит:

Это выражение с учетом результата, полученного в ходе астрономических наблюдений за Меркурием, позволяет определить радиус вырождения в виде:

Отклонение луча света вблизи гравитационных масс можно объяснить движением фотона в среде с переменным показателем преломления:

Тогда отклонение луча света вблизи солнечного диска будет равно:

Полученное выражение в полтора раза превышает предсказание общей теории относительности, но очень хорошо согласуется с наибольшим измеренным углом отклонения луча света (2,73´´±0,31´´).

Очевидно практически полное совпадение полученных результатов с опытными данными и близкое к результатам, предсказанным общей теорией относительности.

Однако интерпретация гравитационного взаимодействия с помощью физического вакуума имеет весьма существенный недостаток, заключающийся в том, что эффективный радиус дырки в вакууме определяется в виде . Именно численный коэффициент в данном выражении является проблемным, поскольку непонятны причины, по которым вся масса Солнца не может быть сосредоточена в дырке, не содержащей вакуумной компоненты и имеющей величину . Является ли данная величина характерной только для Солнца, или ее выражение универсально для любой гравитационной массы – это могут показать только экспериментальные исследования.

В то же время модель физического вакуума позволяет объяснить самую большую загадку общей теории относительности – загадку конечности Вселенной и ее непрекращающегося расширения, подтверждением которых считается красное космологическое смещение. Причем этот процесс описывается путем использования понятий единицы собственного объема, изменяющейся в зависимости от изменения размера Вселенной, и единицы координатного объема, остающейся неизменной в сопутствующей системе координат (см., например, §§ 2 и 3 главы 14, ). Введение этих понятий необходимо для обоснования утверждения, что «типичные галактики имеют постоянные координаты» и, следовательно, можно разделить переменные в уравнении:

Данное уравнение описывает движение фронта электромагнитной волны, и, если переменные разделяются, то мы получаем выражение для параметра красного смещения в виде:

То есть в ограниченном расширяющемся пространстве действительно наблюдается красное космологическое смещение.

Однако, не все так просто, поскольку в соответствии со свойствами сопутствующей системы координат (§ 9 главы 6, ) невозможно обеспечить полную независимость геометрических координат от времени. Тем самым отнесение причин возникновения красного смещения только на зависимость масштабного фактора R (t ) от времени, представляется весьма искусственным. Но ничего иного общая теория относительности не предлагает.

Если же мы используем понятие показателя преломления вакуума, как характеристику гравитационного взаимодействия, то можно найти и иное объяснение красного космологического смещения.

Пусть – параметры волны, испускаемой отдаленным источником в момент испускания. Если при прохождении волны до наблюдателя эти параметры меняются, то можно записать выражения:

Последнее выражение является ожидаемым показателем преломления вакуума, определенным через расстояние от источника до наблюдателя и радиус вырождения вакуума, рассчитанный по массе источника излучения:

Но если источник достаточно удален, то можно предположить, что на излучении оказывает влияние не только масса излучающего источника, но и вся масса материи, включенной в сферу радиусом – расстоянием от испущенного фотона до центра этой массы в любой выбранный момент времени, что соответствует принципу Маха. Тогда:

Поскольку нет причин для изменения длины волны и ее частоты в различной степени при изменении скорости света, то:

Следовательно:

Как относиться к последнему выражению?

Во-первых, влияние окружающих масс на движущийся фотон никак не может быть отнесено к следствиям эффекта Доплера. А, во-вторых, это влияние не тождественно гравитационному красному смещению, действие которого зависит от изменения потенциалов гравитационного поля. Это следует из того, что при прохождении через область действия гравитационного поля одной массы в область действия другой массы эффект гравитационного смещения от первой массы исчезает (нивелируется, так как в начале и конце пути через поле первой массы гравитационные потенциалы равны).

Скорее всего указанное выражение определяет эффект, подобный эффекту разлета галактик за счет расширения пространства.

Действительно, если бы мы имели однородное распределение вещества в пространстве, то свет должен был бы проходить одно и то же расстояние с меньшей скоростью, чем в пустом вакууме. Это можно выразить как увеличение длины пути фотона с постоянной скоростью в пустом пространстве при сравнении с заполненным веществом вакууме. Таким образом, «расширение» пространства может быть всего лишь действием принципа Маха для стационарной и бесконечной Вселенной.

С помощью данного метода можно оценить и границы видимости излучающих объектов в пространстве, радиус видимости которых при однородном распределении вещества определяется следующим образом:

Отсюда:

Обратим внимание, что классическое выражение для космологического смещения в пространстве с однородной плотностью распределения вещества определено выражением:

Это дает нам значение предельного радиуса видимости:

Таким образом, реликтовое излучение вполне убедительно может быть объяснено не только в рамках теории большого взрыва, но перекрытием (экранированием) внешнего излучения, вызванным эффектом Ольбертса.

Есть еще один момент, который может подтвердить или опровергнуть модель вакуума с дырками – это гравитационное смещение частоты излучения. Дело в том, что излучение в гравитационном поле подвержено действию взаимно противоположных эффектов – изменению гравитационного потенциала и изменению показателя сгущения вакуума (чем не действие пары сил притяжения-отталкивания!).

Что же касается второго основополагающего предположения, на котором базируется общая теория относительности, а именно принципа независимости выбора лабораторной системы координат, то это предположение скорее дань специальной теории относительности, чем необходимость. Действительно, трудно себе представить ситуацию, в которой две различные свободно падающие системы координат необходимо сравнивать в условиях различных ускорений, вызванных действием одного единственного гравитационного поля. А если речь идет о том, что в одном и том же гравитационном поле одна свободно падающая система на момент ее определения имеет нулевую начальную скорость, в то время как другая система – некоторую (неизвестно каким образом появившуюся) ненулевую скорость, то для введения этого принципа вовсе нет необходимости, так как можно обойтись первым постулатом специальной теории относительности. А все недоразумения, связанные с принципом эквивалентности, могут быть объяснены конечностью скорости света и методами измерения временных отрезков.

Таким образом, вопрос о происхождении Вселенной то ли в результате инфляционных процессов, то ли столкновения бран, может быть дополнен также и предположением об ограничении наблюдаемости в непрерывном и бесконечном пространстве, что не требует привлечения теории большого взрыва. Безусловно, в этом случае необходимо осознавать, что мы меняем сложную проблему о том, что было до большого взрыва, на не менее сложную проблему – каким образом звездам и галактикам удается существовать бесконечно долго. Но на вопрос: «Кто от кого убегает, и убегает ли вообще?», хотя бы из любопытства, найти ответ все же необходимо.

Список литературы

1. Aders E., Lee B.W., Gauge Theories, Phys. Rep., 9C, 1 (1973)
2. Aharonov Y., Casher A., Suskind L., Phys. Rev., D5, 988 (1972)
3. Aitchison I.J.R., 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 S.M., Hosek J., Glashow-Weinberg-Salam Theory of Electro-Weak Interactions and the Neutral Currents, Phys. Rep., 90C, 73 (1982)
8. Bogush A.A., Fedorov F.I., Universal matrix form of first-order relativistic wave equations and generalized Kronecker symbols, Minsk, 1980
9. Bogush A.A., Fedorov F.I., Finite Lorentz transformations in quantum field theory, Rep. Math. Phys., 1977, Vol.11, 1
10. J.R.Bond et al., The Sunyaev-Zel’dovich Effect in CMB-Calibrated Theories Applied to the Cosmic Background Imager Anisotropy Power at , Astrophysical Journal, 626:12-30, 2005, June 10
11. Carruthers P., Introduction to Unitary Symmetries, Wieley-Interscience, N.Y.,1966
12. Catrol Sean, University of Chicago, Astrophysical Journal, 01.09.00
13. Close F.E., 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 closet, Jane’s Defense Weekly, 31.07.02
16. Dokshitzer Y.L., Dyakonov D.I., Trojan S.I., Yard Processes in Quantum Cyromodynamics, Phys. Rev., 58C, 269, (1980)
17. Dolgov A.D., Zeldovich Y.B., Cosmology and Elementary Particles, Rev. Mod. Phys., 53, 1 (1981)
18. Ellis J., Grand Unified Theories in Cosmology, Phys. Trans. R.S., London, A307, 21 (1982)
19. Ellis J., Gaillard M.K., Girardi G., Sorba P., Physics of Intermediate Vector Bosons, Ann. Rev. Nucl. Particle Sci., 32, 443 (1982)
20. Ellis J., Sachrajda C.T., Quarcs and Leptons, NATO Advanced Study Series, Series B, Physics, V.61, Plenum Press, N.Y., 1979
21. Faddeev L.D., Popov V.N., Phys. Lett., 1967, V.25B, p.30
22. Feynman R.P., The Theory of Fundamental Processes, Benjamin, N.Y., 1962
23. Feynman R.P., Quantum Electrodynamics, Benjamin, N.Y., 1962
24. Feynman R.P., The Feynman Lectures on Physics, Addison Wesley, Reading, Mass., 1963
25. Feynman R.P., Photon-Hadron Interactions, Benjamin, N.Y., 1972
26. Feynmann R.P., In: Weak and Electromagnetic Interactions at High Energies, Les Houches Sessions, 29, North-Holland, Amsterdam, 1977
27. Field R.D., In: Quantum Flavordynamics, Quantum Chromodynamics and Unified Theories, NATO Advanced Study Series, Series B, Physics, V.54, Plenum Press, N.Y., 1979
28. Fradkin E.S., Tyutin I.V., Renormalizible theory of massive vector particles, Riv. Nuovo Cimento, 1974, V.4, 1
29. Fritzch H., Minkowski P., Flavordynamics of Quarks and Leptons, Phys. Rep., 73C, 67 (1981)
30. Georgi H., Glashow S.L., Unity of all elementary-particle forces, Phy. Rev. Lett., 1974, V.32, 8
31. Georgi H., Lie Algebras in Particle Physics, Benjamin-Cummings, Reading, Mass., 1982
32. Gilman F.J., Photoproduction and Electropeoduction, Phys. Rep., 4C, 95 (1972)
33. Glashow S.L., Partial symmttries of weak interactions, Nucl/ Phys., 1961, V.22, 3
34. Glashow S.L., Illiopous I., Maiani L., Weak interactions with lepton-hadron symmetry, Phys. Rev., Series D, 1970, V.2, 7
35. Goldstein H., Classical Mechanics, Addison Wesley, Reading, Mass., 1977
36. Goldstone I., Field theories with “superconductor” solutions, Nuovo Cimento, 1961, V.19, 1
37. Green M.B., Surv. High Energy Physics, 3, 127, (1983)
38. Green M.B., Gross D., eds., Unified String Theories, Word Scientific, Singapore, 1986
39. Green M.B., Schwarz J.H., Witten E., Superstring Theory, V.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., N.Y., 1999
41. Halsen Francis, Martin Alan D., Quarks and Leptons. An Introductory Course in Modern Particle Physics, 1983
42. Higgs P.W., Broken symmetries, massless particles and gauge fields, Phys. Lett., Series B, 1964, V.12, 2
43. Kac V., Infinite Dimensional Lie Algebras, Bierkhauser, Boston, 1983
44. Kaku M., Introduction to Superstrings, Springer-Verlag, N.Y., 1988
45. Kim J.E., Langacker P., Levine M., Williams H.H., 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, V.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, V.13a, Plenum Press, N.Y., 1975
49. Leader E., Predazzi E., Gauge Theories and the New Physics, Cambridge University Press, Cambridge, 1982
50. Llewellyn Smith C.H., In; Phenjmenology of Particles at High Energy, Academic Press, N.Y., 1974
51. Moody R.V.J., Algebra, 10, 211 (1968)
52. Mulvey J.H., 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, V.D20, 2
55. Peccei R.D., 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 V.N., 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, V.170B, p.1-350
60. Reya E., Perturbative Quantum Chromodynamics, Phys. Rep., 69C, 195 (1981)
61. Rose M.E., Elementary Theory of Angular Momentum, Wiley, N.Y., 1957
62. Salam A., Elementary particles theory, Stockholm, W.Swartholm Almquist and Weascell, 1968
63. Schwarz J.H., ed., Superstrings, V.1,2, World Scientific, Singapore, 1985
64. Söding 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 School of Physics, CERN Rep. 76-20, CERN, Geneva, 1976
67. T’Hooft G., Renormalization Lagrangians for massive Yang-Mills fields, Nucl. Phys. Series B, 1971, V. 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 B.H., 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 B.G., Classical Groups for Physicists, Wiley, N.Y., 1974
76. А.И.Ахиезер, Ю.Л.Докшицер, В.А.Хозе, Глюоны, УФН, 1980, т.132
77. В.А.Ацюковский, Критический анализ основ теории относительности, 1996
78. Дж.Бернстейн, Спонтанное нарушение симметрии, сб. Квантовая теория калибровочных полей, 1977
79. Н.Н.Боголюбов, Д.В.Ширков, Квантованные поля, 1980
80. Ф.Ф.Богуш, Введение в калибровочную полевую теорию электрослабых взаимодействий, 2003
81. С.Вейнберг, Гравитация и космология, 2000
82. Дж.Вебер, Дж.Уиллер, Реальность цилиндрических волн Эйнштейна-Лоренца, сб. Новейшие проблемы гравитации, 1961
83. ВюГюВеретенников, В.А.Синицын, Теоретическая механика и дополнения к общим разделам, 1996
84. Е.Вигнер, Теория групп и ее приложения к квантовомеханической теории атомных спектров, 2000
85. В.И.Денисов, А.А.Логунов, Существует ли в общей теории относительности гравитационное излучение?, 1980
86. А.А.Детлаф, М.Б.Яворский, Курс физики, 2000
87. А.Д.Долгов, Я.Б.Зельдович, Космология и элементарные частицы, УФН, 1980, т.130
88. В.И.Елисеев, Введение в методы теории функций пространственного комплексного переменного, 1990
89. В.А.Ильин, В.А.Садовничий, Бл.Х.Сендов, Математический анализ, Учебник в 2 частях, 2004
90. Э.Картан, Геометрия групп Ли и симметричные пространства, 1949
91. Ф.Клоуз, Кварки и партоны: введение в теорию, 1982
92. Н.П.Коноплева, В.Н.Попов. Калибровочные поля, 2000
93. А.Лихнерович, Теория связностей в целом и группы голономии, 1960
94. В.И.Моренко, Общая теория относительности и корпускулярно-волновой дуализм материи, 2004
95. А.З.Петров, Новые методы в общей теории относительности, 1966
96. А.М.Поляков, Калибровочные поля и струны, 1994
97. Ю.Б.Румер, Исследование по 5-оптике, 1956
98. В.А.Рубаков, Классические калибровочные поля, 1999
99. В.А.Садовничий, Теория операторов, 2001
100. Г.М.Страховский, А.В.Успенский, Экспериментальная проверка теории относительности, УФН, т.86, вып.3, 1965, июль
101. А.Д.Суханов, Фундаментальный курс физики. Квантовая физика, 1999
102. Дж.Уиллер, Гравитация, нейтрино и Вселенная, 1962
103. Л.Д.Фаддеев, Гамильтонова форма теории тяготения, Тезисы 5-й Международной конференции по гравитации и теории относительности, 1968
104. Р.Фейнман, Теория фундаментальных процессов, 1978
105. В.А.Фок, Применение идей Лобачевского в физике, 1950
106. Ф.Хелзен, А.Мартин, Кварки и лептоны, 2000
107. А.К.Шевелев, Структура ядер, элементарных частиц, вакуума, 2003
108. Э.Шредингер, Пространственно-временная структура Вселенной, 2000
109. И.М.Яглом, Комплексные числа и их применение в геометрии, 2004

Количество просмотров публикации: -

Хотите удивить всех своей молодостью? Отправляйтесь в длительный космический полет! Хотя, когда вернетесь, удивляться, скорее всего, уже будет некому...

Давайте проанализируем историю двух братьев-близнецов.
Один из них - «путешественник» отправляется в космический полёт (где скорость движения ракет околосветовая), второй - «домосед» остаётся на Земле. А вопрос-то в чем? - в возрасте братьев!
После космического путешествия останутся они одного возраста, или кто-то из них (и кто именно)станет старше?

Еще в 1905 г. Альбертом Эйнштейном в Специальной Теории Относительности (СТО) был сформулирован эффект релятивистского замедления времени , согласно которому часы, движущиеся относительно инерциальной системы отсчета, идут медленнее неподвижных часов и показывают меньший промежуток времени между событиями. Причем заметно это замедление при околосветовых скоростях.

Именно после выдвижения Эйнштейном СТО французским физиком Полем Ланжевеном был сформулирован «парадокс близнецов» (или иначе "парадокс часов") . Парадокс близнецов (иначе "парадокс часов") – это мысленный эксперимент, с помощью которого пытались объяснить возникшие противоречия в СТО.

Итак, вернемся к братьям –близнецам!

Домоседу должно показаться, что часы движущегося путешественника имеют замедленный ход времени, поэтому при возвращении они должны отстать от часов домоседа.
А с другой стороны, относительно путешественника двигается Земля, поэтому он считает, что отстать должны часы домоседа.

Но, не могут оба брата быть одновременно один старше другого!
Вот в этом и парадокс …

С точки зрения существовавшей на время возникновения «парадокса близнецов» в данной ситуации возникало противоречие.

Однако, парадокса, как такового, в действительности не существует, т.к. надо помнить, что СТО - это теория для инерциальных систем отсчёта! А, система отсчёта по крайней мере одного из близнецов не было инерциальной!

На этапах разгона, торможения или разворота путешественник испытывал ускорения, и поэтому к нему в эти моменты неприменимы положения СТО.

Здесь надо пользоваться Общей Теорией Относительности , где с помощью расчетов доказывается, что:

Вернемся , к вопросу о замедлении времени в полете!
Если свет проходит какой либо путь за время t.
Тогда продолжительность полета корабля для «домоседа» будет Т= 2vt/c

А для «путешественника» на космическом корабле по его часам (основываясь на преобразовании Лоренца) пройдет всего To=Tумноженное на корень квадратный из (1-v2/c2)
В результате, расчеты (в ОТО) величины замедления времени с позиции каждого брата покажут, что брат- путешественник окажется моложе своего брата-домоседа.

Для примера можно просчитать мысленно полёт к звёздной системе Альфа Центавра, удалённой от Земли на расстояние в 4.3 световых года (световой год – расстояние, которое проходит свет за год). Пусть время измеряется в годах, а расстояния в световых годах.

Пусть половину пути космический корабль двигается с ускорением, близким к ускорению свободного падения, а вторую половину - с таким же ускорением тормозит. Проделывая обратный путь, корабль повторяет этапы разгона и торможения.

В этой ситуации время полёта в земной системе отсчёта составит примерно 12 лет, тогда как по часам на корабле пройдёт 7,3 года. Максимальная скорость корабля достигнет 0,95 от скорости света.

За 64 года собственного времени космический корабль с подобным ускорением может совершить путешествие к галактике Андромеды (туда и обратно). На Земле за время такого полёта пройдёт около 5 млн лет.

Рассуждения, проводимые в истории с близнецами, приводят только к кажущемуся логическому противоречию. При любой формулировке «парадокса» полной симметричности между братьями нет.

Важную роль для понимания того, почему время замедляется именно у путешественника, менявшего свою систему отсчёта, играет относительность одновременности событий.

Уже проведенные эксперименты по удлинению времени жизни элементарных частиц и замедлению хода часов при их движении подтверждают теорию относительности.

Это даёт основание утверждать, что замедление времени, описанное в истории с близнецами, произойдёт и при реальном осуществлении этого мысленного эксперимента.