3.5. Абсолютность «относительного»

движения

Существование в классической механике неявного по­стулата о самонеподвижности тел, инертного веще­ственного простран-ства и отсутствия взаимодейст­вия тел с пространством привело к тому, что механическое движение тел, их перемещение в пространстве, оказалось невозможно привязать и к эфиру, и к пространству, поскольку движущиеся тела не взаи­модействовали с ними и оставались тождественными своему состоянию в покое. Последнее препятствовало возможности определения экспериментальными спосо­бами состояния покоя или равномерного прямолинейно­го движения приборами, находящимися внутри движу­щегося тела. Кажущаяся невозможность получения информации о движении привела к тому, что всякое движение тела по инерции (кроме света), т.е. равномер­ное прямолинейное движение без взаимодействия, было объявлено относительным.

Представление о невозможности обнаружения движе­ния с постоянной скоростью отсутствовало у Аристоте­ля, было впервые выдвинуто Галилеем и аргументиро­валось следующим образом:

«Заключите себя с каким-нибудь приятелем в зале под палубой какого-нибудь большого корабля... и заставьте привести корабль в движение с какой угодно быстротой. И вот (если движение будет равномерным) вы не заме­тите ни малейшей перемены во всех явлениях и ни по одному из них не в состоянии будете судить  движется корабль или стоит на месте..., прыгая, вы будете проходить по полу те же самые пространства, как при покое корабля..., капельки из подвешенной к потолку кружки будут падать вертикально, и ни одна из них не упадет ближе по направлению к корме...; мухи будут продол­жать свои полеты безразлично во все стороны и проч.» [66].

Эта основанная на механистическом понимании дви­жения аргументация, предполагающая возможность движения без взаимодействия, была полностью воспри­нята Ньютоном, послужила основой для формирования содержания закона инерции и до сих пор разделяется всеми физиками.

Развивая аргументацию Галилея, Ньютон в своих «Началах...» в определении III так сформулировал со­держание инерции [2]: «Врожденная сила материи есть присущая ей способность сопротивления, по которой всякое отдельно взятое тело, поскольку оно предостав­лено самому себе, удерживает свое состояние покоя или равномерного прямолинейного движения».

Попробую показать физическую и логическую проти­воречивость данной формулировки, а также отсутствие в ней определения физической сущности силы инерции. Суть этой формулировки заключается в словах: «Удер­живает свое состояние...»

Но «удерживать свое состояние покоя или равномер­ного прямолинейного движения» по механике возможно только в том случае, когда тело не «предоставлено са­мому себе», а находится среди «истинно неподвижных» или «истинно подвижных» тел, т.е. передвигается мимо них или испытывает на себе их воздействие. А так как у Ньютона нет объективных свидетельств о состоянии движения тел, то приходится, указывая пальцем, опре­делять, какие тела в пространстве «истинно покоящие­ся», а какие движущиеся относительно «истинно покоя­щихся». И сам Ньютон сетует на то, что и в этом конкретном случае, когда тела перед глазами, не исклю­чена ошибка в определении движения тела или его по­коя. Тем более она возможна, когда «тело предоставлено самому себе», и только опять же мысленно мы можем представлять, что оно «предоставлено самому себе». Но такое мысленное представление еще не означает, что те­ло находится само по себе и для себя в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, по­скольку это мысленное представление не есть доставка этого же тела из места, подверженного воздействию гравиполя, в место, где гравиполе отсутствует, ну как, например, груза на паровозе. И мы не можем, как для груза, заранее сказать, что это тело после такого пере­мещения останется тождественным само себе.

Мысленно же, вслед за Ньютоном, и до сего времени предполагается, что, совершив телепортацию из грави­поля во вне гравиполя, тело, как огурчик с поля, оста­нется само собой, чтобы демонстрировать нам прямоли­нейное (опять же мысленное) и равномерное (и снова мысленное) движение, которое по Ньютону невозможно обнаружить даже мысленно.

В этих мысленных операциях как-то забывается, что свойство «напряженность гравитационного поля» при­суще не только внешнему пространству, но и самому телу, что оно такое же врожденное свойство мате­рии, как и все остальные свойства, и без него простран­ство просто не существует. Что внешнее гравиполе такой же атрибут тела, как и его собственное грави­поле, и по этой причине исчезновение внешнего гравипо­ля равносильно исчезновению заключенного в нем тела. А посему все рассуждения, включая математические, о движении тела вдали от гравитационного поля, как и от гравитирующих масс, которыми охотно и часто балуют­ся физики, есть фикция, игра воображения, способная дать постную пищу уму, но не предлагающая никакого механизма объяснения инерции.

Покажу невозможность существования пробного тела вне гравиполя на примере подъема его с поверхности Земли и с перенесением на бесконечное расстояние R → ∞, на котором напряженность внешнего гравиполя стре­мится к g → 0. Эта зависимость описывается инвариан­том (3.65):

R²g – const,

и отсюда при

R →∞, g → 0.

С возрастанием расстояния между гравитирующим телом и пробным напряженность внешнего гравиполя уменьшается и на бесконечности обращается в 0, что и требовалось доказать для подтверждения невозможности отсутствия гравиполя по механике Ньютона.

Аналогичные доказательства часто фигурируют, есте­ственно математически более насыщенные, в теоретиче­ской физике. Однако они фигурируют как отдельные самостоятельные уравнения или группы уравнений, не связанные с другими свойствами систем, которые опи­сывают. Следствием является одностороннее понимание результатов доказательства. КФР все свойства связывает системно и, потому изменение одного свойства, позво­ляет определить, как это изменение отразится на других свойствах. Например, на массе т тела. Расстояние R свя­зано с массой т инвариантом

Rm² – const,

и при

R → ∞, т → 0,

т.е. вместе с возрастанием расстояния от Земли до пробного тела, масса последнего будет уменьшаться и при R = ∞ станет т = 0. Таким образом, масса пробного тела, а вместе с ним и само тело, исчезает на бесконечности. Следова­тельно, формализован-ная система зависимости между параметрами взаимодейст-вующих тел приводит к тому же выводу, к которому привела диалектика качествен­ного анализа.

Все эти рассуждения потребовались для того, чтобы показать, что свойство инерции, понимаемое в механике как движение без взаимодействия, есть логический про­счет, ибо уже сама формулировка, включающая поня­тие «способность сопротивления», предполагает нали­чие некоторого взаимодей-ствия с пространством, какого-то механизма зацепления или удержания, посред­ством которого и происходит противодействие, некое «стремление» к сохранению телом своего состояния. И до тех пор, пока этот механизм не будет найдет и объяс­нен, представление об инерции будет оставаться пута­ным, неконкретным, туманным, и никакая формулиров­ка закона инерции не будет адекватна его природному аналогу.

Само представление о возможности прямолинейного движения возникло как следствие экстраполяции на­блюдаемого иногда в природе, относительно короткого, вызываемого искусственно, прямолинейного движения тел, на область вымышленного пустого пространства.

Вывод о возможности кратковременного искусствен­ного равномерного и прямолинейного движения следо­вал из некоторых экспериментов Галилея, и они-то по­служили основой Ньютону для использования в законе инерции.

Представление о равномерном прямолинейном дви­жении предполагает возможность движения без дви­жущего тела и существование независимых свойств движения. Оно придало скорости статус самостоя­тельного свойства, не связанного с ускорением и не за­висящего от него, а ускорению — возможность исче­зать при мыслимом равномерном движении.

Естественное, прямолинейное равномерное движение в природе не наблюдается вовсе. Это прямое следствие того, что все пространство пронизано гравитацион­ным излучением, не существует вне этого излучения и живет этим излучением. Тела же, движущиеся в гра­витационном пространстве под его воздействием, все­гда изменяют траекторию своего движения и потому принципиально не могут двигаться прямолинейно и рав­номерно. Именно это обстоятельство потребовало уда­ления движущегося по инерции без взаимодействия тела из гравитационного поля. Последнее же было возможно опять-таки только при вольном допущении, что тела не взаимодействуют с гравиполем, и по этой причине каче­ственно не меняются при удалении из него. Круг замк­нулся.

Вопрос об относительности движения с постоянной скоростью как о движении без взаимодействия мог воз­никнуть только при механистическом подходе к объяс­нению свойств и зависимостей природы. Этот вопрос предполагает существование независимых свойств, от­сутствие взаимодействия тела с пространством как в статике, так и в динамике, а, следовательно, самото­ждественность тела в состоянии относительного по­коя и движения, возможность прямолинейного движения, исчезновения гравитационного поля и неизменность тела в отсутствии гравитационного поля. Все эти по­сылки — прямое следствие экстраполяции выводов, сде­ланных на борту движущегося равномерно большого корабля, и не предполагают никаких качественных раз­личий в состоянии движущихся тел.

В соответствии с принципами диалектического мате­риализма качественные изменения играют определяю­щую роль в понимании процессов взаимодействия. В природе нет не взаимодействующих систем, и всякое движение есть либо следствие некоего взаимодействия, либо само по себе взаимодействие. Поэтому тело, по­коящееся на поверхности другого тела (например, в за­крытой тележке на поверхности Земли), имеет одну форму взаимодействия с ней, одно количество само­движения, одно качественное состояние. То же самое тело, движущееся с постоянной скоростью относи­тельно Земли, имеет другую форму взаимодействия, другое количество движения и иное качественное со­стояние. Оно не тождественно само себе. Все это вы­текает из диалектики. Однако данные диалектические рассуждения ничего не значат для физиков, если за ни­ми не будет стоять предложение конкретного экспери­мента, а лучше нескольких экспериментов, переводящих полуабстрактные, качественные, логически последова­тельные рассуждения в сухую эмпирику экспериментов. Позволяющих превратить качественную систематику в количественные сравнения достигнутых в опыте изме­нений показателей параметров тел в состоянии покоя и прямолинейного движения с постоянной скоростью.

Надо отметить, что именно абсолютная уверенность физиков в невозможности обнаружения равномерного движения тела приборами, находящимися внутри него, и стала причиной того, что такие эксперименты не проводились, ибо и без них теоретически ясно, что при­боры информации о движении не принесут. А потому их проводить — только деньгами сорить. Естественно, что деньгами сорить не стали. В результате этой уверенности три столетия никто не удосужился повторить экспе­рименты Галилея с использованием даже не капель воды и летающих мух (хотя и без экспериментов понятно, что в равномерно движущемся теле ни одна капля с потолка не попадет в то место, в которое она попадает в непод­вижном), а хотя бы гироскопа Фесселя или обыкновен­ного маятника, не говоря уже о более точных приборах.

Гироскоп Фесселя (рис. 34) представляет собой ротор 1, укрепленный на оси 2, которая свободно ставится на острие стойки 3. На противоположной от ротора стороне оси 2 устанавливается противовес 4, и ось может гори­зонтально вращаться. Когда ротор гироскопа раскручи­вается до стандартных оборотов, к оси подвешивают не­большой перегрузок 5, и под его воздействием гироскоп начинает прецессировать. При установившейся горизонталь­ной прецессии практически не будет наблюдаться нутации. Если теперь использовать этот гироскоп в тележке, а тележку двигать с постоянной скоро­стью, то уже при равномерной скорости в несколько десятков сантиметров можно будет на­блюдать регулярную нутацию ротора с максимумами и ми­нимумами в направлении движения

Рис. 34. и перпендикулярно ему. Эта нутация и регистрирует равномерное движение тела по поверхности, а, следовательно, и его абсолютность.

Выше уже упоминалось, что обыкновенный отвес не занимает вертикального положения в тележке, движу­щейся с постоянной скоростью, но и не изменяет при движении угол своего наклона, а это и есть показатель абсолютности движения тележки с постоянной скоро­стью. Отклонение отвеса обеспечивается «уплотнением» эфира, а вместе с ним и напряженности внешнего гравиполя движущимся телом. И следствия «уплотнения» будут фиксироваться самыми различными приборами, включая простейший из них физический маятник. Рас­смотрим качественно взаимодействие с гравиполем ма­ятника, колеблющегося в тележке, движущейся с посто­янной скоростью.

Прежде всего, для тела, движущегося горизонтально с постоянной скоростью во внешнем гравитационном по­ле, последнее, как уже говорилось, не остается однород­ным для качающегося грузика-маятника, в то время как для самой тележки оно остается «уплотненно» однород­ным. Поэтому фиксировать движение любого тела с постоянной скоростью можно только такими прибо­рами, которые совершают собственное движение как относительно пространства, так и относительно те­лежки. Причем, например, угол отклонения отвеса в та­кой тележке определяет как характер «уплотнения» гравиполя, так и характер колебания маятника в этом гравиполе.

На рис. 35 качественно, без разбивки на такты, отра­жен один период колебания маятника в движущейся те­лежке, проходящей за единицу времени 1 см (маятник проходит от одной точки до другой, нумерацию точек см. на рис. 29 ).

Из рисунка 35 следует, что на протяжении одного пе­риода на каждом отрезке пути маятник имеет относи­тельно Земли, а, следовательно, и относительно гравиполя, различную скорость движения, которая складывается

Рис. 35

из скорости движения тележки и скорости колебатель­ного движения маятника. Проектируя скорости на ось XX получаем, что на участке АВ скорости тележки и ма­ятника складываются, а на участке ВА — вычитаются. Следовательно, в отличие от неподвижного относительно пространства маятника, у движущего полупериоды асимметричны. Асимметрия вызвана различными скоростями движения маятника относительно внешнего гравиполя, регистрируется по всем параметрам колебания и легко рассчитывается. На рис.36 графически изображено изменение парамет­ров направления и скорости v движения маятника, на­пряженности его гравиполя g, и периода колебаний τ в неподвижной тележке (штрихами) и в движущейся (сплошными линиями). На графике фиксируется четкая симметрия изменения параметров v, g, τ у маятника, колеблющегося в неподвижной тележке. Совершенно иная картина наблюдается при коле­бании в тележке, движущейся с по­стоянной скоростью. Все рассматри­ваемые параметры v, g, τ резко асимметричны. Отмечу, что асим­метрия не наблюдается при колеба­нии маятника в плоскости, перпен­дикулярной движению тележки. Асимметрия полупериодов коле­бания в плоскости движения позво­ляет эмпирически, находясь в закры­той тележке, определить состояние ее покоя или движения. Более того, анализ других особенностей колебания позволяет в принципе найти скорость движения тележки, направление ее движения, массу и радиус тела или пространства, по которому

она движется. А это означает, что движение с постоянной скоростью абсолютно, а не относительно.

Вернемся к эксперименту, который Галилей проводил «в зале под палубой

какого-нибудь большого корабля».

Естественно, что технические возможности средневековья не могли обеспечить тех скоростей и той высоты помещения, которые потребовались бы для фиксации, например, отклонения от вертикали падающей из круж­ки капли воды. Чтобы это отклонение зафикси-ровать, необходимо «кружку» подве-сить на мачте, на высоте 200-250 м, воду заменить мелкой дробью, равно- Рис. 36. мерную скорость корабля держать где-то 25-30 м/с. Что и сейчас на пределе технических возможностей. И если при дви­жении такого корабля с верхушки мачты уронить дро­бинку, то в своем падении она отклонится вперед по хо­ду больше чем на 0,5 мм. Последнее будет зафиксиро­вано приборами и подтвердит, что движение с постоянной скоростью абсолютно, а не относительно.

Абсолютность равномерного движения по поверхно­сти обусловлена тем, что фигура Земли не плоская, а круглая. И точки протяженного предмета (например, мачты корабля), находящиеся на разном расстоянии от центра Земли, будут иметь различную скорость относи­тельно поверхности. Поэтому если за время падения дробинки с мачты (рис. 37) ее основание пройдет рас­стояние АА, то верхушка — расстояния ВВ', и дробинка упадет в точке С, пройдя расстояние АС = ВВ'. А это и свидетельствует о движении корабля.

Рис. 37

Галилей, по-видимому, исходил из того, что изме­нения, происходящие в дви­жущемся теле, можно фик­сировать ощущениями. И, не уловив заметных отклоне­ний в поведении тел внутри корабля, он сделал вывод, что равномерное движение по криволинейной поверх­ности является относитель­ным. Именно поэтому прин­цип относительности распростра-нялся им только на круговые движения.

Это была формальная ошибка. Ее многократно усугу­бил Ньютон, распрямив круг и постулировав гипотезу об относительности прямолинейного равномерного движения. Именно прямолинейное движение названо позже А. Эйнштейном принципом относительности Галилея, хотя в действи­тельности он сам является его автором.

В результате в механике оказалось не просто две ошибки в понимании движения как процесса взаимо­действия, но и утвердилось как естественное понятие прямолинейности, никогда и нигде не подтвержденное экспериментально. Гипотеза прямолинейного и равно­мерного движения без взаимодействия постепенно стала единственной сущностью инерции. С одной сто­роны, она как бы объясняла само явление инерции, а с другой — превратилась из гипотезы в реальный факт относительности, не требующий подтверждения своей истинности.

Можно предложить проведение других эксперимен­тов, способных регистрировать иными приборами дви­жение с постоянной скоростью, например атомными ча­сами, гироскопами, световыми лучами и т.д., и все они будут подтверждать качественное отличие тела непод­вижного от движущегося.

Используемый классической механикой, как и теорией относительности, принцип относительности движения с постоянной скоростью полностью не вписывается в за­коны диалектики. Не вписывается потому, что состоя­ние покоя, т.е. то состояние, в котором центр масс од­ной системы не изменяет своего положения относительно центра масс другой, отличается от со­стояния движения в пространстве в первую очередь изменением качества. Представление о том, что про­странственное движение есть изменение качества и снова изменение качества, отсутствует как у Ньюто­на, так и у Эйнштейна. Вот это не наличествующее в механике свойство изменения качественного состояния при перемещении из одного места пространства в дру­гое необходимо использовать для эмпирического определения состояния движения. Причем все свойства тела в движении меняются, но меняются в различной про­порции и по-разному в направлении движения и ортого­нально ему. И эти изменения совершенно одинаковы как для «медленных», так и для «околосветовых» скоро­стей. Только эффективность качественного изменения свойств при этом, естественно, будет проявляться с раз­ной степенью наблюдаемости, да и наблюдения будут проводиться другой категорией приборов [41].

Именно уверенность Ньютона и позднее Эйнштейна в невозможности качественных изменений тел при отно­сительном движении, поддержанная научным сообщест­вом, стала психологической преградой на пути любых эмпирических проверок относительности движения. Они не рассматривались и не ставились не потому, что бы­ли невозможны для физического исполнения, а потому, что были невозможны постулативно. Физические по­стулаты превратились в ученый догмат, более жесткий и более действенный, чем догматы общественные и цер­ковные. Научный общественно-психологический запрет более жестко давит на личность, чем любые кандалы и запоры. Он сковывает мысль. Он запрещает вольный полет фантазии. Он навешивает шоры на разум и тормо­зит развитие и науки и общества.

Однако развитие науки со скрипом продолжается. По­являются эксперименты, не влезающие в обусловленные запретом ворота и потому отвергаемые ортодоксами с порога. (Вдумайтесь — факты в физике отвергаются только потому, что они противоречат запретительным постулатам.) Однако количество таких экспериментов накапливается. Их уже неудобно «заметать под поло­вик», велика становится куча, и делается как-то уже слишком непристойно использование в качестве основ­ного аргумента популярной шуточки «этого не может быть». Появляется необходимость, превращающаяся в потребность — объяснить, какова природа этих ненуж­ных и даже неприличных экспериментов, без наруше­ния запретов, без разрушения сложившейся ошибочной системы мышления. И чтобы миновать запрет незави­симо от того, понимают ли это исследователи или нет, разрабатывается мощный математический аппарат (как, например, в квантовой механике), сшивающий некорректные постулаты и подменяющий реальное понимание физических взаимодействий системой очень точных математических операций, подгоняющих решение под необъяснимые эксперименты. Конвенционализм математики обусловливает возможность такого развития фи­нки.

В качестве примера сшивания рассогласованных теорий можно привести также работу И. Пригожина «От существующего к возникающему». В ней для объясне­ния необратимости физических процессов, на основе сложного математического аппарата (потребовались супероператоры, стохастическая формализация с введени­ем вторичного времени и функционального не геометрического пространства) проводится достаточно формальное внесистемное самосогласование между динамикой и термодинамикой. И делается это с постулированием второго начала в качестве основополагающего динамического принципа, определяющего направление стрелы времени. Однако в этом аппарате отсутству­ет качественное изменение при взаимодействиях и ме­ханизм необратимости. Представление о механизме физических процессов подменяется математической символикой. Понимание сути физических явлений тоже ухудшается. И, следуя Бриллюэну [63], теория (напри­мер, теория относительности или квантовая механика) превращается в математическую фантастику, не имею­щую предсказательной ценности, а, следовательно, и пользы. Поскольку у теории нет способов предсказания введения тел в процессе физических взаимодействий, то не возникают и идеи экспериментов, подтверждаю­щих или опровергающих теорию. И все обсуждаемые к проведению эксперименты обкатываются в рамках заве­домо некорректных постулатов, образующих понятий­ный базис классической механики и всей физики.