3.8. К «абсолютности» скорости света

С начала ХХ столетия принцип постоянства коли­чественной величины скорости света в пустоте оставался одним из наиболее эмпирически под­твержденным постулатов общей теории относительности. (Предпола­галось, что пустота это не вакуум, а некое вместилище, в котором нет никаких тел, самостоятельная и независимая сущность.) Одновременно постулировалось, что количественная ве­личина скорости света является предельной скоростью движения материальных тел и распространения электро­магнитных волн и что скорость передачи гравитационных взаимодействий по количественной величине равна скоро­сти света. Никакого физического обоснования последнему постулату не приводилось, и до сих пор он остается при­нимаемым на веру. Наиболее распространенная формули­ровка абсолютности скорости света приведена в работе [75]: «…скорость света в вакууме не зависит от скорости источника, во всех инерциальных системах отсчета одинакова и равна 3·10¹⁰ см/с».

В этой коротенькой формулировке в неявной форме за­шифровано несколько физических явлений, не подтвер­ждаемых экспериментами и не соответствующих законам диалектики.

Известно, что скорость света во всех веществах различ­на, и утверждение об ее постоянстве в вакууме гносеоло­гически означает, что вакуум веществом не является, свойства вакуума (если они наличествуют) изотропны, скорость движения света не зависит от его свойств (точнее свет, как и пространство, не имеет свойств). Вакуум и свет — не взаимодействующие системы, и фотон не является веществом. Отсюда следует однозначный гносеологиче­ский вывод: и свет и вакуум не вещественны, не матери­альны, и вакуум есть не что иное, как пустота, не имеющая свойств. Поэтому постулирование абсолютности скорости света есть не только физическое, но и гносеологическое утверждение.

Поскольку скорость движение вещественных частиц —фотонов, которые (по современным представлениям) не имеют массы покоя, а следовательно, не материальны и существуют только в движении, то основным фиксируе­мым их свойством, их философской сущностью становит­ся движение. Но диалектика определяет сущность не как абсолютное понятие, а как относительное. И, переходя от абстрактной сущности к конкретному движению фотонов света, свойство относительности, понимаемое как отсутст­вие абсолютной скорости равномерного движения, сохра­няется, что не отражается на абсолютном характере самого движения (всякое движение тел в вещественном про­странстве абсолютно). Поэтому можно утверждать, ба­зируясь только на положениях диалектики, что скорость света всегда относительна, и искать, какие причины при­вели к постулированию постоянства скорости света и ка­кие эксперименты могут доказать его относительность. Начнем с первого.

Основными факторами, определяющими движение све­та, являются:

• среда (везде принимается телесное пространство), в которой движется свет;

• скорость течения времени в данной среде;

• расстояние данной среды, проходимое светом за еди­ницу времени;

• свойства движущихся фотонов.

При движении света, например в воздухе, определяем количественную величину всех этих факторов. Когда луч света переходит из воздуха в другое вещество, он покида­ет одну среду (одну систему) и переходит в другую среду (в другую систему). В процессе движения он взаимодей­ствует сначала с одной средой, а потом с другой, имею­щей иные качественные величины свойств. Поэтому для новой среды следует определить количественную величи­ну скорости света, плотность и скорость течения време­ни. Вследствие изменения среды показатели всех факто­ров должны измениться. Как экспериментально зафик­сировать эти изменения — вопрос технический. Прин­ципиально то, что новое вещество должно иметь иную количественную величину всех факторов, которые опре­деляют величину скорости света.

Однако в современной физике эти факторы рассматри­ваются по величинам, получаемым для воздушной среды, а если и признается, что скорость света и плотность раз­личны для различных сред (что естественно), то скорость течения времени считается одинаковой для всех сред, включая пустоту. Такой вывод автоматически постулиру­ет постоянство скорости течения времени для всех сред (для всех веществ). Система взаимосвязи свойств наруша­ется, и картина физического явления скорости света ста­новится неадекватной природе.

Вводя принцип постоянства скорости света, Пуанкаре и следовавший за ним Эйнштейн (вне зависимости от сво­его желания) неявно ввели в физику постоянство течения времени и одинаковую плотность всех вещественных про­странств во всех областях Вселенной. И потому все по­следующие экспериментальные проверки постоянства скорости света проводились таким образом, что ско­рость света заранее принималась неизменной, а экспери­мент строился так, чтобы подтвердить сложившийся вывод (по принципу среда и свет — не взаимодействующие системы).

Известно, что скорость света, проходящего через грани­цу двух сред, меняется пропорционально углу преломле­ния света при переходе из одной среды в другую. Исполь­зуя это свойство и то, что с повышением давления воздуха скорость света в нем не остается неизменной, можно про­вести следующий эксперимент.

В камеру, приспособленную для работы с газом при по­вышенном давлении и имеющую устройство для измере­ния угла преломления света при варьировании давлением, помещаются выверенные хронометры различных типов. Изменяя давление воздуха в ней, замеряют отклонение светового луча. Снаружи, рядом с камерой, помещают контрольный хронометр, выверенный с теми, что находят­ся в камере. При сжатии воздуха в камере скорость хода часов в ней будет меняться пропорционально углу пре­ломления светового луча, проходящего через камеру. Ос­новываясь на взаимосвязи течения времени t, и скорости светового луча с (это параметры одной системы), можно записать:

ct = c't', (3,94)

где с, с' – скорость света в эфире и в сжатом воздухе, t, t' скорость течения времени и с ≠ с' и t ≠ t'. Из (3.94) находим t':

t' = ct/c'. (3.95)

Соотношение с/с' = п – коэффициент преломления све­тового луча при переходе из одной среды в другую:

t' = nt. (3.96)

Таким образом, скорость течения времени в камере с плотностью ρ будет отличаться от течения времени в ка­мере ρ' в п раз, где п – коэффициент преломления света при переходе луча из среды ρ в среду ρ'.

Расчеты, проведенные по формуле (3.96) для определе­ния изменения скорости течения времени в камере при по­вышении давления и изменения плотности воздуха, при­водятся в табл. 9. В ней использованы значения плотности сжатого воздуха в атмосферах и коэффициент преломле­ния из [76].

Таблица 9

№ п/п	Р	п	t
1	1,00	1,0002929	-
2	18,84	1,0043480	6 мин. 15 с.
3	42.13	1,0124100	17 мин. 52 с.
4	69,24	1,204400	29 мин. 26 с.
5	96,15	1,0284200	40 мин. 55 с.
6	123,02	1,0363300	52 мин. 19 с.
7	149,53	1,0442100	63 мин. 39 с.
8	179,26	1,0521300	75 мин. 00 с.

Можно провести и более сложный эксперимент, осно­вывающийся на том, что пространство вокруг небесных тел анизотропно, и скорость прохождения электромагнит­ных волн в данных пространствах будет значительно от­личаться от абсолютной. Последнее можно показать сле­дующим экспериментом. Предположим, что на орбиту вокруг Солнца, на расстоянии R > 800 млн. км выведены два спутника В и С так, что расстояние между ними l = ВС > 1,5R (рис. 54). Можно показать, что скорость радиосигнала, проходящего между Землей и спутниками, будет за­висеть от того, какой путь он проделает. Рассмотрим два пути движения сигнала. В первом случае сигнал, послан­ный из А в В, отразившись от В, возвращается в А, где от­разившись идет в С, и из С возвращается в А. Во втором случае сигнал идет из А в В, отразившись от В, в С, откуда возвращается в А (на рис. 54 указано стрелками).

Если рассматривать геометрическую длину пути, то путь АВ-ВА-ВС-СА будет более чем в два раза длиннее пути АВ-ВС-СА. Следовательно, при постоянстве скорости света время, затраченное на прохождение сигналом первого Рис. 54. пу­ти, будет больше, чем на прохождение второго, и мы бу­дем иметь однозначное подтверждение постулата об абсо­лютности скорости света в эфире.

Если же физические размеры про­странства остаются неизменными с изменением геометрических разме­ров, то время, затраченное радио­сигналом на прохождение расстояния АВ-ВА-АС-СА, будет почти вдвое меньше, чем время, потраченное на путь АВ-ВС-СА, и на всем участке не будет ни одной области, где скорость света сохранится постоянной.

В отличие от величины скорости света, которая на эквипотенциальной поверхности Земли определяется достаточно хорошо как теоретически, так и экспериментальными метода­ми, в отношении определения скорости распространения гравитационных волн никакого прогресса не наблюдается. Эта скорость не только неизвестна (постулируется, что она равна скорости света) но и, похоже, не имеется ни одного предложения по ее экспериментальному определению. Надо полагать, что отсутствие информации о скорости гравитационных взаимодействий отрицательно сказывает­ся на понимание природы гравитации. К этому вопросу мы еще вернемся.