3.4.1. Известные противоречия и пути их преодоления
Мельников В.И.
Теория относительности и соответствующие эксперименты на первый взгляд помогли однозначно доказать отсутствие абсолютной системы отсчета при описании процесса распространения электромагнитных колебаний (в частности, отсутствие эфира) и соответственно доказать зависимость оценки некоторых параметров исследуемого физического объекта от позиций наблюдателя. Но при более широком взгляде решение этой узкой задачи повлекло за собой появление целого ряда значительно более сложных и общих проблем. Несмотря на это, в настоящее время практически общепризнано, что теория относительности (ТО) полностью разработана и подтверждена экспериментально в ее специальной части (СТО) и в значительной степени в общей части (ОТО).
В отношении СТО, казалось бы, иначе не могло и быть, так как после признания двух исходных постулатов все остальные выводы получаются просто в результате дальнейших очевидных формально-логических построений. Но отсутствие обоснования самих постулатов является, несомненно, показателем определенной незавершенности СТО.
ОТО также не может считаться полностью разработанной по целому ряду причин, среди которых, прежде всего, можно назвать следующие.
1. Нет (а, вероятно, и не может быть) универсальной формы закона пространства – времени, справедливого с точки зрения любого наблюдателя.
2. Не удается объединить ОТО и квантовую механику, создать на базе ОТО единую теорию поля и способствовать объединению различных видов взаимодействий.
3. Неясен вопрос правомерности распространения выводов СТО и ОТО на другие науки: философию, биологию, космологию и др.
4. Нет единого мнения, считать ли изменения параметров движущихся объектов и систем кажущимися с точки зрения каждого наблюдателя или реальными.
5. Нет обоснования причины принципиальной разницы механизма распространения электромагнитных волн от волн другой физической природы.
6. Нет обоснования зависимости общенаучных и общемировых категорий пространства и времени от показателей частного физического процесса распространения электромагнитных волн и явления тяготения. В том числе не ясно, почему метрика пространства зависит только от тяготения, а не от всего семейства законов притяжения – отталкивания.
7. Не решаются вопросы уменьшения количества явных и неявных независимых исходных локальных и общих понятий, определений, условий, положений и постулатов, использованных при построении теории, а также их логического обоснования. Среди неявных можно, прежде всего, назвать определения понятий пространства, времени, системы отсчета и др. Этот вопрос физиками даже не ставится на обсуждение, хотя возможно именно от его решения зависит процесс завершения разработки ОТО. В частности, не ясно, какой смысл вложен в понятие «время» в теории относительности из всех предложенных к началу 20-го века.
Среди множества причин сложившегося в настоящее время положения можно назвать, прежде всего, следующие.
1. Абсолютизация показателя скорости света как мировой константы общенаучного уровня.
2. Абсолютизация кинематического подхода в СТО и тяготения в ОТО в решение комплекса разнородных физических вопросов.
3. Отсутствие четкого разделения содержания понятий информации об объекте и его реального состояния в рамках физики, информатики и философии (проблема объективного и субъективного).
4. Отсутствие общего определения понятия «система отсчета» в отношении произвольного процесса любой природы.
5. Отсутствие среди множества предложенных вариантов логически замкнутых и непротиворечивых понятий «время» и «пространство».
Безрезультатность многочисленных и многолетних попыток ведущих физических школ мира в решении перечисленных задач традиционными методами говорит о необходимости использования принципиально новых концепций, представлений и методов, о целесообразности использования принципиально новых идей, возможно на базе разработки новой системы исходных понятий и их взаимозависимостей. В пользу этого говорит произвольное изменение в ТО содержания понятий «пространство» и «время», которые не являются физическими понятиями, скорее всего общенаучными и даже общечеловеческими. В противном случае содержание общих фундаментальных общечеловеческих понятий определяется исходя из частной физической характеристики конкретного физического процесса, правомерность чего обосновать до настоящего времени пока не удалось.
Определенный вклад в прояснении ситуации может быть получен с помощью использования в качестве методологического средства излагаемой ТЗС. При этом необходимо использовать предлагаемые ТЗС определения понятий система отсчета, времени и пространства. Понятие СО (п. 3.1.1) для описания какого-либо объекта или процесса определяется как внешняя граница ЗС, которой принадлежит данный объект или процесс. В подразделе 2.5 понятие время в одном из вариантов определяется как способ информационного сравнения состояний (или их показателей) объектов принадлежащих к различным ЗС с использованием в качестве системы отсчета динамической модели ЗС называемой часами.
Таким образом, понятие время является частным случаем СО, распространяемой на процессы и объекты любой природы и любые их показатели.
Пространство: в ТЗС рассматривается как разновидность среды для размещаемых в ней объектов, обладающей бесконечно малой разницей состояний между различными её частями относительно разницы состояний объектов и этой среды.
В основе понятий «время» и «система отсчета» лежит понятие ЗС, являющейся по определению эталоном постоянства и независимости. Отсюда следует одно из важнейших свойств этих понятий: невозможность изменения масштаба (цены деления) шкалы СО, так как любое изменение – это следствие воздействия извне на ЗС, т.е. размыкания ЗС, что противоречит ее определению. Следовательно, ускорение или замедление времени или изменения цены деления (масштаба) СО как эталона невозможно, а эффекты объясняемые с помощью этих гипотетических свойств требуют других обоснований.
При описании и изучении конкретной группы однородных объектов, соответствующих содержанию отдельной частной науки, общее содержание ТЗС (раздел 1) целесообразно соответствующим образом адаптировать к использованным в ней понятиям и представлениям.
Для решения физических задач адаптацию ТЗС можно провести в форме разработки унифицированной модели обобщенного физического процесса (п.3.2) (далее модель). Как показали первые попытки ее применения модель является эффективным методологическим средством для решения различных физических задач.
Применительно к проблематике теории относительности модель позволила в частности способствовать решению ряда принципиальных вопросов, в том числе:
1. обосновать оба постулата СТО;
2. устранить противоречия в подходах решения задач в ТО и в других разделах физики (электродинамики, оптики, акустики, теории колебаний и в целом при описании волновых процессов любой природы);
3. предложить принципиально новую единую стройную интерпретацию ряда известных фактов и экспериментов (опыты Майкельсона, Френеля, Физо, звездная аберрация, двойные звезды и т.д.);
4. раскрыть и расширить содержание понятия инерциальной системы (ИС).
Кроме того, ТЗС позволяет обобщить понятие физической замкнутой системы, обосновать механизм возникновения силы инерции, сил притяжения-отталкивания и др. (п.п. 3.2и 3.3).
В соответствии с моделью в результате взаимодействия физического тела и окружающей его среды будут меняться их состояния. В частности, физический вакуум будет заполнен некоторыми продуктами взаимодействия, изменяющими его свойства. Следовательно, вокруг тела будет сформирована новая среда, обладающая свойствами, отличными от свойств исходного физического вакуума.
Поскольку процесс взаимодействия будет происходить непрерывно, новая среда будет связана (в том числе кинематически) с физическим телом. Вследствие конечности распространения потоков взаимодействия при различных видах движения тела и различной структуре исходных сред будут создаваться различные относительные состояния и положения тела в новой среде. Соответственно по различному будет продолжаться процесс взаимодействия и по разному среда будет влиять на тело. В частности, в случае возникновения асимметричной среды будут возникать силы инерции и притяжения-отталкивания (например, тяготения) (рис. 11) При симметричной среде равнодействующая механических составляющих будет равна нулю, и мы наблюдаем при «массовом» взаимодействии инерциальную систему (ИС).
В свою очередь вновь образованная среда представляет собой в общем случае некоторую систему с распределенными параметрами, каждый элемент которой находится в определенной связи с другими ее элементами. Т.е. воздействие на один элемент среды будет распространяться на другие элементы со своей конечной скоростью. Следовательно, в самой среде будут происходить некоторые вторичные процессы, зависимые от первичного взаимодействия исходного физического тела с физическим вакуумом.
Поскольку взаимодействие сложного физического тела комплексное, то в области взаимодействия перемещаются потоки различного состава и вокруг тела формируется единая сложная комплексная среда, связанная с телом через параметры скорости тела относительно среды в целом и скорости потоков относительно тела. Следовательно, ИС (и соответствующая система отсчета), являющаяся проявлением части среды при «массовом» взаимодействии неразрывно связана с частью композиционной среды, образованной электромагнитным взаимодействием тела и физического вакуума.