Пространство и время глазами дилетанта

Что не так с теорией относительности

1

Сразу же оговоримся, что выявлять всяческие «не так», содержащиеся непосредственно в самой теории относительности, мы не будем. Это дело учёных, а не дилетантов. Мы будем разбираться с базовыми понятиями, на которых строится эта теория. Точнее – о странностях в объяснении этих базовых понятий. Ещё точнее – о практически полном отсутствии сколько-нибудь внятных объяснений, но, при этом, использовании этих понятий как чего-то уже ясного, имеющего где-то готовые чёткие формулировки.

Вообще, надо заметить, очень многие учёные с мировым именем не признают теорию относительности. Не признавали с самого начала и сейчас не признают. (Не будем вдаваться в подробности, любой желающий может погуглить в интернете и увидеть весьма солидный список уважаемых учёных, не признающих эту теорию.) Как-то странно это: теория «шумная», каждый школьник о ней слышал, и что? Она ошибочна? Но тогда эти самые учёные должны бы, по идее, просто опубликовать опровержение, указать на имеющиеся нестыковки и противоречия, и всё. В чём же дело? Никто не решается опровергнуть великого Эйнштейна? Нет, так сказать нельзя. Публикации с опровержениями его теории есть, достаточно забить в поисковике соответствующий запрос и самых разных публикаций вывалится в огромном количестве. Тогда что, эти опровержения несостоятельны? А кто ж их знает! Состоятельны, не состоятельны, – об этом не нам судить, такие вещи могут обсуждать только специалисты. Мы в эту тему влезать не будем, ведь мы же условились, что будем рассматривать всё с точки зрения дилетанта. И даже не «всё», не саму эту теорию, а непонятные моменты в базовых понятиях, отправных точках, на которых она построена.

И вот в этом моменте мы сталкиваемся с главной странностью. Дело в том, что учёные, признающие истинность теории относительности, не могут не понимать базовых, основополагающих понятий. По логике вещей, даже самый заурядный учёный, не сделавший никакого сколько-нибудь заметного вклада в науку, это всё равно учёный. Трудно представить, что он, разбираясь в какой-то теории, признавая её логичность и обоснованность, не удосужился разобраться в её основополагающих положениях. А несогласие с какими-то выводами, если таковые имеются, должны быть где-то в высших сферах, недоступных пониманию дилетантов. Ну, а если учёный чётко представляет себе исходные понятия теории, то для него не должно быть проблематичным чётко объяснить эти понятия доступным всем языком.

Известный британский физик Эрнест Резерфорд когда-то сказал: «Если учёный не может объяснить уборщице, которая убирается у него в лаборатории, смысл своей работы, то он сам не понимает, что он делает». Да и сам Альберт Эйнштейн изрёк нечто подобное: «Если вы не можете объяснить это простыми словами, вы не до конца это понимаете». Надо полагать, что если объяснять не саму теорию, а лишь её базовые понятия, то дело многократно упрощается.

А что мы видим в реалиях? Где эти объяснения, понятные любой уборщице? Если они и есть, то наверняка глубоко засекречены. А в свободном доступе сплошь какая-то чушь. Да, именно так, это не преувеличение. Причём, зачастую, не просто чушь, а дикая чушь, больше похожая на издевательство, а не на объяснение. И именно это вызывает праведный гнев у комментаторов (их мы условно назвали дилетантами). О таких объяснениях и пойдёт речь дальше. Впрочем, почему, собственно, «о таких»? Других в свободном доступе попросту нет.

2

Сначала вспомним старый анекдот про учёных, которые объявили об открытии нового вида крокодила, длина которого от носа до хвоста три метра, а от хвоста до носа три метра двадцать сантиметров. На вопрос «Как такое может быть?», они бойко отвечают: «Сами удивляемся!».

С анекдотами всё ясно: все они намеренно составляются так, чтобы внешне нормальные диалоги или рассуждения были по своей сути абсурдными. Но почему именно так ведут себя «просветители», объясняющие азы теории относительности? Почему они, по сути, следуют той же логике, что и учёные из приведённого выше анекдота? Но это не самое странное. Самым странным и даже необъяснимым является тот интересный факт, что эти учёные, объясняя базовые понятия теории относительности в популярных статьях, книгах или видеороликах, постоянно «увиливают» от острых вопросов, а иногда просто «жульничают», подгоняя свои выкладки под нужные выводы. Полное впечатление того, что они сами не верят в то, что говорят, но по каким-то причинам хотят доказать, что верят и не видят здесь противоречий. Кто-то наверняка скажет, что это не так, это поклёп на доблестных учёных или, по крайней мере, грубая натяжка. Нет, это не поклёп и не натяжка, всё именно так и есть. Ниже, при анализе популярных роликов и книг мы будем заострять внимание на таких моментах. Да что там «заострять»! Такие «моменты» невозможно не заметить. Да и не «моменты» это вовсе, а практически «генеральная линия» подобных объяснений. В общем, ниже, когда будем анализировать статьи и видеоролики, увидим, какие изощрения применяют эти «просветители», чтобы как-то обойти положения, противоречащие здравому смыслу. И это, повторим, не единичный случай, не «заскок» какого-то нерадивого блогера, а общая черта всех «просветителей». Зачем им это надо? Нет ответа.

Давайте пока бегло рассмотрим некоторые постулаты, явно противоречащие здравому смыслу, а потом на некоторых из них остановимся подробнее.

Первое – это, конечно, скорость света. В вакууме она постоянна и составляет около 300000 километров в секунду. Это понятно. Но эта скорость ещё и абсолютна (!), то есть, она постоянна относительно любой инерциальной системы отсчёта и относится к фундаментальным физическим постоянным.

Как такое может быть? Со школьных лет мы знаем, что скорость это не какое-то свойство объекта, это изменение его положения в пространстве относительно чего-то условно неподвижного за единицу времени. Каждому известен классический пример про движущийся вагон, по которому идёт человек. Относительно вагона у него скорость такая-то, относительно земли такая-то… Но как можно представить, чтоб относительно любой системы отсчёта скорость была постоянной? А никак. Просто есть известный опыт Майкельсона – Морли (описывать его не будем, чтоб не загромождать изложение, этот опыт известен практически всем, при желании можно посмотреть его описание в интернете), и на основании его результатов пришли к такому выводу. Измерили длину крокодила от носа до хвоста, потом от хвоста до носа и зафиксировали результат. Но в анекдоте учёные хотя бы признались, что они удивляются полученным результатам, а вот сторонники теории относительности (так называемые релятивисты) не только не удивляются, но пошли ещё дальше. Оказывается, и масса, и время привязаны к скорости света. К скорости! То есть, к тому, что существует лишь в нашем воображении, а не в реалиях. (К этому вопросу мы ещё вернёмся.)

3

И что же получается? Вот летит мимо меня птичка с постоянной скоростью, но я вправе считать, что она неподвижна, а это я лечу мимо неё с такой же скоростью, только в противоположном направлении. Специальная теория относительности (СТО) это не запрещает, и даже заостряет внимание на подобных моментах. А вдруг эта птичка полетит мимо меня с околосветовой скоростью, тогда её масса должна увеличиться вплоть до бесконечности. Так утверждает теория относительности. А если я представлю, что это я лечу мимо неё, то что, масса должна увеличиться у меня? Ну да, птички не летают с такой скоростью, но вот где-то в просторах космоса наверняка найдётся объект, который в данный момент движется если не с околосветовой, то с очень-очень высокой скоростью, которая должна заметно повлиять на массу. То есть, на массу этого объекта или, если я буду считать себя движущимся, то на мою массу. А ещё где-то в другом месте космоса может быть другой объект, движущийся с ещё большей скоростью, и он повлияет на мою массу ещё сильнее. Интересно, конечно, но… Ерунда какая-то.

Но, пожалуй, самые интересные умозаключения теории относительности кроются в допущениях относительно такого понятия как «время».

Во-первых, сам Эйнштейн почему-то не озаботился вопросом определения понятия «время», а сразу стал использовать его для своих мысленных экспериментов и различных выводов. Отнёсся к этому как к чему-то понятному и общеизвестному. И его последователи тоже не особо заморачиваются вопросом определения этого важного понятия, а просто манипулируют им самым причудливым образом, не считая нужным объяснить множество возникающих противоречий и нестыковок.

Во-вторых, опять вылезает этот странный замер крокодила из анекдота, когда от носа до хвоста длина одна, а от хвоста до носа другая. Что такое быстрее-медленнее? Если автомобиль ехал со скоростью 50 км/час, а потом стал ехать со скоростью 100 км/час, то это, естественно, «быстрее», то есть за определённый промежуток времени он стал преодолевать большее расстояние, чем за тот же период времени при скорости 50 км/час. Это ускорение локального процесса. Но ведь понятия «быстрее» или «медленнее» имеют смысл только в сравнении с чем-то. Предполагается, что есть что-то равномерно текущее (движущееся, меняющееся), и относительно него рассматривается величина скорости того или иного объекта или процесса. И это «равномерно текущее» в нашем представлении и есть время, своеобразный эталон равномерности движения. Скорость 50 км/час, 100 км/час, – это количественное выражение изменений, произошедших за определённый «кусочек» этого равномерно протекающего, того, что мы обозначаем термином «время». А если предположить, что само время вдруг «потекло» быстрее, то это «быстрее» надо рассматривать относительно чего «равномерно текущего»? За один час пройдёт два часа? Даже сформулировать такое затруднительно.

Попробуем ещё раз. Ускорение или замедление это изменение чего бы то ни было во времени таким образом, что за один и тот же промежуток времени стало происходить больше или меньше изменений. Ускорение локального процесса это понятно: за один и тот же отрезок времени становится больше изменений. Ускорение времени это… За один и тот же отрезок времени стало проходить больше времени? Как вообще вразумительно сформулировать смысл такого вот странного ускорения? Ну, или замедления? Заострим внимание: не ускорение или замедление какого-то локального процесса, а ускорение-замедление времени вообще. Это что-то такое, над чем не следует ломать голову, а принимать всё как данность. По крайней мере, сторонники теории относительности именно так и поступают: просто приняли, что время может ускоряться и замедляться, а подробности им не интересны.

Ну, не применима к понятию «время» характеристика «скорость». Само это понятие придумано как что-то равномерное, относительно чего можно говорить об ускорении-замедлении-длительности процессов. Это как понятие «килограмм», которое само по себе не может быть тяжелее или легче килограмма. Меняться может вес, но не единица его измерения. Если килограммовую гирю отвезти на Луну, то она там будет весить в шесть раз меньше, чем на Земле, но это будет лишь изменение веса гири, но никак не изменение веса килограмма как единицы измерения. Не может быть никакого килограмма «потяжелее» или «полегче». То же самое и с временем. Не может быть, чтоб один час был подлиннее или покороче одного часа. Да и само понятие «время» относится к системе основных физических величин, то есть величин, условно выбранных в качестве независимых так, что никакая основная величина не может быть выражена через другие основные величины. Килограмм всегда килограмм. Час всегда час. Неужели учёные-релятивисты не слышали о таких «тонкостях»? Пока оставим эти вопросы, поговорим о них позже.

4

Ну, хорошо, допустим, что мы просто чего-то не понимаем, и время, всё-таки, может идти быстрее или медленнее. Но тогда возникает естественный вопрос: в каких единицах измеряется скорость течения времени? Ещё раз вспомним, что понятие «скорость» определяется, условно говоря, как количество каких-либо изменений за единицу времени. Например, скорость автомобиля измеряется количеством километров, пройденных им за час, – км/час. Скорость хода корабля измеряется в узлах, то есть, в количестве морских миль (1852 м) в час. Иногда даже при оценке работы предприятия используется термин «скорость». Например, предприятие выпускает такую-то продукцию со скоростью столько-то единиц (продукции) в год. Но в любом случае понятие «скорость» всегда подразумевает столько-то чего бы то ни было, произошедшего за единицу времени. А измерять скорость времени надо в каких единицах? Чего должно происходить за одну единицу времени? Столько-то часов за час? Или как?

Но, повторим, подобные вопросы релятивистам почему-то совершенно не интересны. Зато запросто можно встретить фразы типа: «Научно доказано, что время замедляется, когда мы начинаем двигаться. Чем быстрее движение, тем больше замедление». И далее красочно расписываются всякие эффекты от замедления. То есть, объяснение предельно ясное – «научно доказано». Всё, вопросы излишни.

Как мы уже упомянули, сам Эйнштейн даже не попытался дать определение понятию «время». Но это не всё. Он, как это ни странно, не озаботился дать определение и такому основополагающему понятию, как «пространство», ограничившись лишь общими, не очень внятными фразами. Но ведь словосочетание «пространство и время» известно всем со школьных лет. Кажется, что здесь всё должно быть «обсосано» до мельчайшей косточки. На деле всё обстоит с точностью до наоборот. Вернее, о пространстве и времени говорится много и охотно, но как-то зацикленно на одном и том же, – на том, что пространство и время представляют собой единое четырёхмерное пространство. И всё бы ничего, но и здесь почему-то никто из объясняющих не считает нужным ответить на очень важные вопросы.

Само по себе понятие четырёх-, как и вообще N-мерного пространства, не ново, оно известно из математики. Но там всё понятно: если к трём осям трёхмерного пространства приделать ещё одну ось, перпендикулярную ко всем остальным трём осям, то получится четырёхмерное пространство. Понятное дело, мы не можем представить себе такое пространство, оно является математической абстракцией. Мы можем воспринимать только проекции объектов этого четырёхмерного пространства на наш трёхмерный мир (и то только в случае, если четырёхмерное пространство реально существует). При всей необычности понятия «четырёхмерное пространство», в математике оно определяется чёткими логическими построениями, совершенно не противоречащими здравому смыслу.

А что в теории относительности? Там четырёхмерное пространство особенное: три оси, как и положено, имеют обычную, «пространственную» размерность, а четвёртая ось это время. И всё это «единое пространство»! Но ведь время не представляет собой такой же вектор, каким является любой вектор в пространстве, и уж никак не может быть перпендикулярным другим осям. В «обычном» пространстве события могут происходить в любой точке. Но никак не в любой точке оси времени. События могут происходить только в настоящее время, но никак не в прошлом и не в будущем. Да и как-то странно говорить о каком-то едином пространстве, если по осям откладываются разные единицы измерения. Как съехидничал участник одного из форумов, «три барана и восемь метров представляют собой единое пространство». А ведь это пространство-время, согласно теории относительности, может ещё и искривляться, под воздействием гравитации, которой, согласно той же теории относительности, не существует. Но об этом несколько позже.

5

Говоря о пространстве, которое, как и время, полностью понятно пока не пытаешься дать ему определение, невольно задаёшься вопросом: а существует ли оно как физическая сущность, или это плод нашего воображения? Вообще-то здесь, в отличие от понятия «время», неясностей меньше. Если совсем упрощённо, то пространство это пустота, заполненная материальными объектами. Модель пространства – комната заполненная мебелью, между которой нет ничего. Ну, в комнате-то есть воздух, а если взять космос, то там есть планеты, между которыми воздуха нет. Правда, никак нельзя сказать, что там нет вообще ничего. Учёные утверждают, что даже в глубоком вакууме ежесекундно возникают и сразу же исчезают бесчисленное множество каких-то частиц. А ещё везде есть различные поля и излучения. Тем не менее, если не вдаваться в подробности, пространство можно представить как «ничего», заполненное материальными объектами. Да и сами эти материальные объекты тоже представляют собой часть общего пространства, только это не пустота, а… В общем, с пространством ясно. В любом случае это пустота, которую заполняет наш трёхмерный мир своими материальными сущностями.

Давайте пока определим и пространство, и время аналогично определению понятия «погода». Самой этой сущности не существует, этим термином мы условно обозначаем совокупность различных атмосферных явлений – дождь, снег, ветер, температура воздуха, атмосферное давление и т.п. Если убрать всё это, то есть, все параметры, характеризующие погоду, то и разговор о самой погоде теряет всякий смысл. И уж совсем абсурдно утверждать, что погода может искривляться или замедляться. Ровно то же самое и с пространством: если убрать всё, что составляет пространство, то и само это понятие теряет смысл. С понятием «время» всё практически так же, но здесь есть некоторые нюансы, несколько ниже мы приведём другую аналогию. Сейчас пока просто запомним, что ни времени, ни пространства как материальных сущностей не существует, это просто иллюзия, порождаемая нашим воображением. Скорее, даже не иллюзия, а условность, очень удобная для ориентировки в нашем вполне реальном мире. Эта мысль не новая, но и не бесспорная. По крайней мере, единого мнения по этому поводу нет.

И всё бы ничего, но теория относительности и здесь без каких-либо внятных объяснений сущности пространства сразу переходит к объяснению его интересных свойств. Главное свойство пространства это, конечно, его искривление вблизи массивных тел. Не уплотнение-разряжение, а именно искривление. А что это вообще такое – искривление пространства? Искривление какого-то физического объекта в пространстве это понятно. Но как представить себе искривление самого пространства, искривление этого «ничего»? Должно же быть представление прямой линии в пространстве, относительно которой искривляется всё пространство, Но с искривлением пространства искривится и прямая линия, как в этом случае судить об искривлении? Относительно чего оно искривляется? И вообще, если что-то может искривляться, то оно существует как материальная сущность. А разве были какие-то опыты по обнаружению пространства и объяснению его материальной сущности? Нет ответа.

6

А что нам говорят многочисленные популярные ролики и статьи о самом пространстве и таком его свойстве, как искривление вблизи массивных объектов? О самом пространстве ничего не говорят и ничего не объясняют, но вот о его искривлении говорят много, и охотно дают наглядные объяснения. Самым стандартным (и почти единственным) наглядным объяснением является следующее. Показана какая-либо упругая поверхность (это может быть как мультипликация, так и реальный макет) с нанесённой на неё сеткой, и на эту поверхность кладётся какой-нибудь груз в виде шара. Поверхность, как и положено, прогибается под тяжестью груза, что очень хорошо видно по искривлению нанесённой на неё сетки. Нам объясняют, что таким образом массивное тело искривляет пространство.

Всё хорошо, но пространство это же не плоскость, это что-то трёхмерное. Да и само это массивное тело прогнуло поверхность под воздействием притяжения Земли, а как пространство-то прогибается? Извините, искривляется. Обычно такие подробности просто игнорируются. Но иногда в мультиках показывают что-то трёхмерное, в виде линий, точнее, в виде объёмной сетки, внутри которой, опять же, массивный шар, который искривляет линии сетки. Всё, конечно, очень наглядно, но что это за линии внутри пространства? Понятно, что это какая-то условность, но какая?

Вообще-то, условно изображать что-то линиями в пространстве, это, конечно, удобно и не ново. Например, для условного изображения электрического поля рисуют линии, в каждой точке которых касательная совпадает с вектором напряжённости поля. Но здесь есть чёткое определение таким линиям и чёткое понимание, что же они условно изображают. Причём, изображают очень наглядно и удобно для понимания сути явления. Точно так же, меридианы, параллели, геодезические линии хоть и не существуют в реалиях, но они условно привязаны к чему-то физически существующему, и очень сильно помогают определять местоположения в мире любого объекта, и вообще, ориентироваться на местности. Но что представляют собой линии, которыми условно изображают пространство? А ничего не представляют. Они нужны лишь для того, чтобы на картинке показать что-то искривлённое вблизи массивных тел. Но что это за сущность, которая искривляется массивными телами, и как она вообще может искривляться, почему-то не объясняется. Это просто пространство. Всё.

Но даже не это самое интересное. При показе плоскости, продавленной грузом, демонстрируют ещё маленький шарик, который запускают по этой продавленной поверхности, и – о, чудо! Он скатывается в ямку к массивному телу! Неискушённый зритель не поймёт, в чём здесь чудо: ну, эка невидаль – шарик в ямку скатился. Но нам объясняют глубинный смысл этого действа: оказывается, это шарик летел в пространстве (напомним, упругая прогнутая поверхность схематично изображает пространство, искривлённое массивным телом), летел прямолинейно, но так как вблизи массивного тела пространство искривлено, то он по этой кривизне прилетел к массивному телу. Вывод: гравитации не существует, просто все тела, пролетая вблизи массивного тела, следуют кривизне пространства, вносимой этим телом, и летят прямо к нему, как мотылёк к огню.

Объяснение, конечно, оригинальное. Но, как и всегда, здесь игнорируется несколько естественным образом возникающих вопросов.

Во-первых, как отмечалось выше, как-то не очень получается представить пространство в виде плоскости. Ну, разве что, представить, что массивное тело со всех сторон облеплено этими плоскостями, которые, в пределе, образуют пространство. Не получится: ведь массивное тело, делая одну поверхность вогнутой, другую поверхность, с противоположной стороны, сделает выпуклой. В пространстве можно представить только какие-то уплотнения-разряжения, а вот такие искривления как-то не представляются. Ну, да ладно.

Но ведь шарик-то катится в ямку под воздействием земного притяжения. Если бы не было гравитации, то он, по логике вещей, должен бы просто искривить свою траекторию, пролететь рядом с массивным телом и полететь дальше. Попробуем по-другому. Допустим, шарик катится по горизонтальному жёлобу (именно по горизонтальному, чтоб земное притяжение не влияло на траекторию его движения), но не прямому, а искривлённому в горизонтальной плоскости. Шарик, естественно, при движении будет повторять все искривления жёлоба. Но лишь при одном условии: если он движется. А если шарик просто положить на любом искривлении, даже самом крутом, то он будет лежать неподвижно, Искривления жёлоба сами по себе не будут никуда его притягивать. А почему же по искривлённому пространству шарик должен скатиться к массивному телу? Напомним, в данном объяснении предполагается, что гравитации не существует, и шарик летит к массивному телу только из-за кривизны пространства.

Теперь допустим, что я подбрасываю шарик и, следуя своим дремучим представлениям о гравитации, ожидаю, что он полетит сначала с замедлением вверх, потом, с ускорением вниз. Он так и летит. Всё логично. А если представить, что гравитации нет, то получается, что шарик ведёт себя нелогично. Действительно, зачем он замедляется? Ну, хорошо, допустим, что это я со своим прямолинейным трёхмерным воображением не могу воспринять кривизну пространства и мне только кажется, что он летит по прямой, а на самом деле по кривой, и его замедление мне лишь кажется из-за того, что я кривую траекторию проецирую в своём восприятии на прямую. Но зачем он назад-то возвращается? Какая сила на него действует, если гравитации нет? Вспомним шарик, катящийся по искривлённому жёлобу. Если в начале жёлоба его толкнуть, то он покатится, повторяя все изгибы жёлоба и когда-нибудь просто остановится. Он же не будет возвращаться назад из-за того, что жёлоб искривлённый, а не прямой. Правда, тут можно схитрить: жёлоб закольцевать и тогда шарик вернётся в исходную точку. Но, во-первых, он при возвращении не будет ускоряться, а во-вторых, предполагается, что массивное тело не закольцовывает на себя пространство, а просто искривляет его. Ну, просто пролегала в пространстве условная прямая линия, проходящая мимо массивного тела, и она при этом «прогнулась» в сторону этого тела, или, если близко, «воткнулась» в него. Если я подброшу шарик, то он должен полететь по этой искривлённой линии как по искривлённому жёлобу. Но какая сила заставляет его вернуться назад, если гравитации нет? А если я просто приподниму шарик и отпущу его, то почему он падает, а не остаётся на месте, как шарик на искривлённом жёлобе, когда его не толкают, а просто положат? Как тут кривизна пространства заставляет шарик двигаться, да ещё и с ускорением?

Интересно, а как искусственные спутники Земли летают в искривлённом Землёй пространстве? Если допустить наличие гравитации, то всё понятно: спутник находится в свободном падении, но при этом движется вперёд и не может упасть, потому что Земля круглая и ему постоянно приходится падать как бы заново. А как объяснить его траекторию искривлением пространства? Что, вокруг Земли как массивного тела пространство искривлено таким образом, что существуют замкнутые линии, по которым спутнику приходится двигаться? А если он попадёт на линию, которая «вонзается» в массивное тело (Землю), то он, как тот шарик, тоже должен притянуться к Земле? Тут возникает много вопросов, на которые релятивисты не дают ответа, Не будем на этом останавливаться.

7

Давайте лучше попробуем проанализировать рассуждения дилетантов, то есть, комментаторов на различных форумах. Вот они-то не игнорируют никакие вопросы, а напротив, заостряют внимание на самых разных нюансах. А самое главное – пытаются найти ответы. Ответы получаются не всегда убедительными, но нередко очень интересными.

Поговорим о времени.