Из микромира в космос
Меня очень огорчает увлечение учёных такими рискованными гипотезами, как эйнштейновская.
К.Э.Циолковский (М.Арлазоров. Циолковский. М., 1963)
Человек, проложивший путь в космос, не мог иметь ограниченный ум, но непременно бы обладал смелой мыслью и неукротимой фантазией. Таков и был Константин Эдуардович Циолковский, предвосхитивший развитие космонавтики не на десятилетия даже, а на века. Но и этот смелый мыслитель счёл теорию относительности рискованной и безосновательной, упрекая Эйнштейна в ненаучном идеализме. Ведь даже в самых своих фантастичных по тем временам проектах Циолковский опирался всегда на опыт, наблюдения и расчёты [1], тогда как абстрактные построения Эйнштейна основывались лишь на его умозрительных постулатах, из которых второй до сих пор не доказан. Опытно проверены не сами постулаты, а лишь их следствия, которые легко получить, скажем, и в Баллистической Теории Ритца (БТР).
Первый постулат теории относительности о равноправии инерциальных систем, в том числе для явлений оптики и электродинамики, не вызывает сомнений. Однако второй постулат - о независимости скорости света от взаимного движения источника и наблюдателя - не только не доказан опытом, но и противоречит первому (отсюда все парадоксы СТО). Ведь равноправие всех систем вытекает из классического закона сложения скоростей. Как показал Галилей, падение тел внутри стоящего и плывущего корабля потому идентично, что в случае движения падающим телам сообщается скорость корабля (рис. 1). То же свойство обнаружилось у света: для него, как показал опыт Майкельсона и аберрация звёздного света, работало классическое правило сложения скоростей (принятое БТР). Отсюда следовала относительность движения света и первый постулат СТО. Второй же, напротив, абсолютизировал движение света, будто на его скорость C не влияло относительное движение источника и наблюдателя. Не зря Макс Планк назвал теорию относительности "теорией абсолютности".
Далее рассмотрим по порядку (от микромира к космосу) попытки экспериментальной проверки второго постулата [2, 3]. Так, в одном из опытов измерялась разница между временем прихода к двум приёмникам импульсов гамма-излучения от аннигиляции движущегося позитрона с электроном (рис. 2). Приёмники располагались в разных направлениях. А потому если б скорость гамма-лучей зависела от скорости аннигилирующей пары, то одного приёмника излучение достигало бы раньше, чем другого, чего не наблюдалось. При этом полагали, что позитрон врезается в электрон на всей скорости, а излучающая гамма-кванты пара будет двигаться со скоростью V~0,6C. А это как раз сомнительно, поскольку с неподвижным электроном проаннигилировать способен лишь заторможенный позитрон. Летящий же с V~C просто не успеет провзаимодействовать с электроном и промчится мимо. (Точно так же с ядрами взаимодействуют лишь медленные нейтроны, для чего их и тормозят в замедлителях.)
Ведь аннигиляция - это не просто столкновение позитрона с электроном, как обычно представляют, а более сложный процесс [4]. Позитрон может находиться довольно далеко от электрона, но за счёт притяжения два заряда станут сближаться, набирая скорости, которые не дадут им столкнуться, а вынудят закрутиться один вокруг другого. Из-за огромной скорости обращения витки орбиты быстро сужаются: энергия частиц уходит в их излучение (рис. 3). Это и есть аннигиляционное излучение, происходящее с частотой обращения зарядов. Излучение длится до тех пор, пока электрон не сблизится с позитроном до расстояния классического радиуса r электрона, что происходит очень скоро. После частицы не сближаются и не излучают. Поэтому выделенная ими энергия аннигиляции 2MC2, как показал В. Мантуров, это не энергия уничтожения их массы M, а электрическая энергия сближения до r.
Таким образом, при аннигиляции процесс излучения, как и везде, растянут и классичен. Поэтому аннигиляция порождает сферическую волну, а не пару гамма-квантов, летящих в противоположных направлениях. Если ж учесть, что скорость V пары электрон-позитрон должна быть почти нулевой, скорость гамма-лучей сохранится равной C. Поэтому приёмники фиксируют одновременное прибытие гамма-излучения. И противоречия с БТР здесь нет.
Столь же неудачны попытки проверить БТР и второй постулат СТО с помощью распада быстродвижущихся пионов. В таких опытах тоже сравнивали времена прибытия гамма-лучей распада к счётчикам, установленным на равном удалении от подвижного источника. Поскольку скорость пионов достигала 0,2C, думали, она наращивает скорость одного гамма-луча и вычитается из скорости другого. Это привело б к неодновременной их регистрации, чего не наблюдалось в пику БТР. Но, согласно БТР [4], пи-мезоны распадаются отнюдь не на гамма-кванты, а на гамма-мезоны (гаммоны) - нейтральные частицы с массой в 66 электронных. Поэтому источником гамма-лучей служат вовсе не летящие пионы, а неподвижные ядра мишени, возбуждённые столкновением с гаммонами (рис. 4). И гамма-лучи не наследуют скорости пионов, а, вылетая из ядер со скоростью C, одновременно приходят к счётчикам. Не противоречат БТР и другие ядерные опыты, где неверно найдены скорости источников.
Зато некоторые данные ядерной физики всерьёз противоречат СТО. Ещё Ритц полагал, что среди электронов, рождённых распадом радия, есть сверхсветовые. Не раз фиксировали сверхсветовые скорости и в исследованиях космических лучей (потоков высокоэнергичных частиц). Бомбардируя ядра воздуха, они рождают ливни вторичных частиц, некоторые из которых, как оказалось, проходят путь до земных детекторов за время много меньшее времени нужного для этого свету (см. В.Барашенков, "Вселенная в электроне", М., 1988, с. 236). Выходит, некоторые частицы, образующие ливни, летят со сверхсветовыми скоростями, если измерять их не косвенно по формулам СТО, а непосредственно деля путь на время пути.
И способность некоторых короткоживущих частиц ливней достигать земной поверхности проще объяснить не продлением их жизни, а сверхсветовой скоростью. Да и огромные энергии частиц космического излучения, происхождение которых нынешняя наука объяснить не может, говорят согласно БТР об их сверхсветовой скорости. Такие скорости частицы могут набирать как раз в процессе распадов, особенно многоступенчатых. Словно у ракеты, отбрасывающей отработанные ступени, продукты деления частиц обретают, помимо скорости распада, скорость родительской частицы. Затем делятся продукты, что приводит к ещё большему убыстрению. Поэтому, когда появятся сверхсветовые связь и транспорт, они наверняка будут работать на микрочастицах. Путь в космос пролегает через микромир!
В любом случае, как верно заметил Дж. Фокс (см. его статьи на www.ritz-btr.narod.ru), проверять теорию Ритца микрочастицами можно лишь после пересмотра на базе БТР всей ядерной физики. Ведь формулы физики, основанной на СТО, и не могли привести ни к чему кроме противоречия с БТР. Поэтому рассмотрим другой класс свидетельств - переходный от микромира к космосу. Так, пытались обнаружить изменение скорости света не у земных источников, а у небесных, имеющих известные скорости. Опыт дал отрицательный результат.
Как заметил Дж. Фокс, это тоже не свидетельствует против БТР. Ведь в наземной установке свет движется не в вакууме, а в атмосфере, следуя в приборе через систему линз и зеркал. А потому принцип относительности и закон сложения скоростей здесь не всегда применимы. Ведь и по Галилею движение корабля незаметно лишь для находящихся в закрытом трюме. Зато на палубе предметы уже не будут падать строго по вертикали, как прежде, а будут сноситься ветром. Вот и свет, имея избыточную скорость V источника, уже не может сохранить её в земной атмосфере, но будет "тормозиться" ею, пока не приобретёт относительно неё стандартную скорость C. Так же, к примеру, зажигалка, выроненная из окна поезда, лишь поначалу падает прямо вниз, имея скорость поезда V. Но затем обдув встречным потоком воздуха постепенно сносит её назад и она полностью утрачивает начальную скорость V.
То же и для света. Когда световой луч на скорости C+V входит в земную атмосферу, то его электрические колебания раскачивают электроны в атомах воздуха. Вибрация электронов рождает вторичное излучение, имеющее скорость C. В итоге, по мере движения луча через атмосферу и приведения им в колебания всё новых электронов, его энергия всё больше рассеивается, переходя в энергию вторичного излучения, летящего со стандартной скоростью C. Как показал Фокс, такое приведение скорости света к C происходит в слое воздуха толщиной около 10 см. Так что к моменту, когда световой луч пройдёт атмосферу, его скорость окажется равной C без всяких следов начальной скорости источника. Итак, обнаружить изменение скорости света можно только в вакууме, в отсутствие на пути луча зеркал, линз и сред.
Интересно, что в качестве противоречащего БТР приводят и другой известный опыт по влиянию движения источника на скорость света в среде - опыт Физо [2]. Согласно ему, если источник движется навстречу среде со скоростью V, то в среде фазовая скорость света от этого источника уже не C/n, а C/n+V/n2. Паули считал это доказательством того, что скорость источника не складывается по классическому закону со скоростью света. Но, как было сказано, баллистический принцип здесь и не обязан работать, ибо скорость света в среде определяется не одним только источником, а ещё и атомами среды, вторичное излучение которых складывается с начальным, образуя новую волну. Вычислим её фазовую скорость [3, с. 425]. Если свет имеет скорость C+V, то поле единичной падающей волны опишется уравнением E0=ei(щt-k'x), где щ - циклическая частота падающей волны, а k'= щ/(C+V) - её волновое число.
Эта волна возбуждает в среде вторичные волны интенсивности E1= -ikxbei(щt-kx) [3], где k= щ/C - их волновое число, x - толщина пройденного слоя вещества, излучающего новую волну (рис. 5), b - безразмерный коэффициент. Поле результирующей волны E= E0+E1= ei(щt-kx)(eix(k-k') -ikxb), что ввиду малости x и (k-k')= щV/C2= kV/C даёт E=ei(щt-kx)(1+ ikxV/C- ikxb)= ei(щt-kx(1+b-V/C)). Здесь kx(b-V/C) - это сдвиг фазы, растущий вместе с пройденным светом путём x и тем самым меняющий фазовую скорость света C*. По сути, волновое число k= щ/C заменяется новым k*= щ/C*= k(1+b-V/C). Отсюда C*= Ck/k*= C/(1+b-V/C). Если V=0, то получим обычную скорость света в среде C*= C/(1+b), где (1+b) - коэффициент преломления n. Если же скорость V отлична от нуля, получим: C*= C/(1+b -V/C)= C/(n-V/C)? C/n+V/n2. Таким образом, в среде движение источника меняет фазовую скорость света не на V, а только на V/n2. Относительно источника скорость света в среде C'= C*-V= C/n-V(1-1/n2). Коэффициент 1-1/n2 называют френелевским коэффициентом увлечения. Подобно воздуху, увлекающему в опыте Галилея падающие предметы, среда передаёт частично скорость и свету.
Но перенесёмся в космос. Здесь тоже все свидетельства против БТР были получены ввиду неверных представлений о явлениях космоса, сложившихся под влиянием теории относительности. Так, наблюдения двойных звёзд [2, 3], выполненные де Ситтером и другими, не противоречат БТР, поскольку, во-первых, разрешающая способность телескопов недостаточна для обнаружения отклонений, предсказанных БТР. Во-вторых, скорости, находимые из эффекта Доплера, сильно завышены, если справедлив следующий из БТР эффект Ритца [5].
Иные же считают, что против теории Ритца свидетельствуют цефеиды [6]. Так, если они пульсируют, то от разницы лучевых скоростей в разных участках поверхности разные скорости обретал бы и свет. Это привело бы к "размыву" вспышек цефеид, сделав их для нас незаметными. Но согласно БТР колебания блеска цефеид вызваны не пульсацией, а эффектом Ритца от обращения звёзд, а потому нет и разброса скоростей. Колебания блеска цефеид могли бы размываться и за счёт теплового разброса скоростей элементарных атомных излучателей, придающих разные скорости испущенному ими свету. На деле же рассеивающая свет среда должна излучать как одно целое. Важна скорость всей среды, а не отдельных её излучателей. Рассеяние атомами, переизлучающими свет, сглаживает начальный разброс скоростей света. Так, если излучение одного атома рассеивается на двух других, то свет, переизлучённый сближающимся атомом, увеличит скорость на V, а удаляющимся - уменьшит.
От разной скорости волны приходят к новым атомам уже в противофазе и гасят друг друга (рис. 6). Это случится на таком расстоянии S, на котором разность хода S(C+V)/C-S(C-V)/C достигнет половины длины волны л. То есть 2SV/C= л/2, откуда S= лC/4V. При средней скорости атомов в звёздных атмосферах V~1000 м/с и длине волны л~1 мкм это даёт S=75 см. Значит, объёмы газа с размерами более 1 м должны излучать как одно целое. Волны, излучённые с разной скоростью, будут постепенно гаситься интерференцией, зато волны, излучаемые сходно движущимися атомами будут взаимно усиливаться. В итоге свету передаётся только та скорость атомов, с которой они движутся вместе со средой, и тепловой разброс скорости света отсутствует. Он возможен лишь у разреженных сред и малых объёмов.
БТР пытались проверить и звёздной аберрацией. Известно, что движение Земли с V=30 км/с меняет направление прихода звёздного света на угол б=V/C. Это прямое следствие классического закона сложения векторов скорости света и источника. Но если б скорость света зависела от лучевой скорости v источника, то у разных объектов отклонение б было бы разным: вместо б=V/C нашли бы б=V/(C-v). Впрочем, при имеющихся скоростях звёзд различие углов б вышло бы столь малым, что его и не смогли бы заметить. Ведь даже для быстрейших звёзд со скоростью v~300 км/с, то есть 0,001C, изменение б составило бы одну тысячную. А поскольку угол аберрации б и сам крайне мал - всего 20 угловых секунд, - то его изменение на 0,02'' будет и вовсе незаметно, даже через лучшие телескопы с разрешением в 1''-0,1''.