Введение
1. Специальная теория относительности (СТО) была опубликована в 1905 г. С тех пор она была многократно опровергаема одними и проверяема другими [1]. Все опровержения рассыпались, а подтверждения становились всё более точными. Основная формула СТО
(1)
подтверждается во всех случаях, во всём диапазоне скоростей и для всех масштабов тел (здесь E – полная энергия, m – масса покоя, v – скорость в данной системе отсчета, с – скорость света в вакууме).
2. СТО не верна для сложения скоростей. В формуле для сложения скоростей, применённой к одной инерциальной системе (столкновение на встречных пучках), явно нарушается закон сохранения энергии. В результате о нём забывают, просто складывая энергию пучков [2].
3. СТО, при всей её строгости, содержит множество парадоксов.
3.1. Пространство (физический вакуум) давно уже не рассматривается как абсолютная пустота. Нулевые колебания вакуума, поляризация вакуума (рождение пар частица-античастица). Но в таком случае можно ли отрицать движение тел относительно пространства и отрицать возможность этого движения?
3.2. Проблема замедления времени в движущихся системах. СТО утверждает, что все инерциальные системы равнозначны и что сокращение (сжатие) времени, в системе, двигающейся относительно наблюдателя, лишь кажущееся. С позиции наблюдателя, находящегося в движущейся системе, всё выглядит как раз наоборот. Общая теория относительности (ОТО) нам говорит, что в неинерциальных системах сокращение времени реально, что и подтверждается экспериментально (замедление хода времени на спутниках, увеличение времени жизни μ-мезонов … ). Но тут и возникает парадокс. Ракета стартует с Земли, за короткое время набирает скорость, в инерциальном полёте летит “в неведомую даль”, летит долго и далеко, быстро тормозится, быстро разгоняется в обратном направлении, приземляется. Экипаж ракеты вернулся молодым, а на Земле прошла уйма лет. Так говорит ОТО и так, видимо, и будет. Но ведь почти всё время ракета летела, будучи инерциальной системой, а время шло замедленно.
В выражение для сжатия времени входит скорость, а не ускорение. Так в чём же дело?
3.3. Основной постулат СТО – скорость света c постоянна и одна и та же во всех инерциальных системах. На основании чего он принят? Никакими экспериментами не удалось обнаружить направление движения системы отсчёта наблюдателя относительно “мирового эфира”, т.е. пространства, физического вакуума. Но из этого однозначно следует лишь изотропность пространства по отношению к скорости света, но не постоянство скорости света в различных инерциальных системах.
3.4. СТО плохо стыкуется с ОТО. Во всяком случае, Эйнштейн не смог сделать это за сорок лет.
Основные положения
Постулаты
(1)подтверждается во всех случаях, во всём диапазоне скоростей и для всех масштабов тел (здесь E – полная энергия, m – масса покоя, v – скорость в данной системе отсчета, с – скорость света в вакууме).
2. СТО не верна для сложения скоростей. В формуле для сложения скоростей, применённой к одной инерциальной системе (столкновение на встречных пучках), явно нарушается закон сохранения энергии. В результате о нём забывают, просто складывая энергию пучков [2].
3. СТО, при всей её строгости, содержит множество парадоксов.
3.1. Пространство (физический вакуум) давно уже не рассматривается как абсолютная пустота. Нулевые колебания вакуума, поляризация вакуума (рождение пар частица-античастица). Но в таком случае можно ли отрицать движение тел относительно пространства и отрицать возможность этого движения?
3.2. Проблема замедления времени в движущихся системах. СТО утверждает, что все инерциальные системы равнозначны и что сокращение (сжатие) времени, в системе, двигающейся относительно наблюдателя, лишь кажущееся. С позиции наблюдателя, находящегося в движущейся системе, всё выглядит как раз наоборот. Общая теория относительности (ОТО) нам говорит, что в неинерциальных системах сокращение времени реально, что и подтверждается экспериментально (замедление хода времени на спутниках, увеличение времени жизни μ-мезонов … ). Но тут и возникает парадокс. Ракета стартует с Земли, за короткое время набирает скорость, в инерциальном полёте летит “в неведомую даль”, летит долго и далеко, быстро тормозится, быстро разгоняется в обратном направлении, приземляется. Экипаж ракеты вернулся молодым, а на Земле прошла уйма лет. Так говорит ОТО и так, видимо, и будет. Но ведь почти всё время ракета летела, будучи инерциальной системой, а время шло замедленно.
В выражение для сжатия времени входит скорость, а не ускорение. Так в чём же дело?
3.3. Основной постулат СТО – скорость света c постоянна и одна и та же во всех инерциальных системах. На основании чего он принят? Никакими экспериментами не удалось обнаружить направление движения системы отсчёта наблюдателя относительно “мирового эфира”, т.е. пространства, физического вакуума. Но из этого однозначно следует лишь изотропность пространства по отношению к скорости света, но не постоянство скорости света в различных инерциальных системах.
3.4. СТО плохо стыкуется с ОТО. Во всяком случае, Эйнштейн не смог сделать это за сорок лет.
Основные положения
Постулаты
1. Пространство ньютоновское и в нём действуют законы ньютоновской механики, следовательно, понятие абсолютной скорости.
2. В пространстве фигурируют две скорости: v - измеряемая скорость, изменяющаяся от нуля до скорости света c, и V - абсолютная скорость, изменяющаяся от нуля до бесконечности; V=γс; v=βc.
3.Скорость в системе наблюдателя (например, скорость Земли) мала и не превышает нескольких тысячных долей скорости света, ≈0,003c.
4. Время определяется как периодическое колебание в четвёртом измерении амплитуды, по модулю равное с и воздействующее на трёхмерное пространство, следовательно, трёхмерное пространство испытывает только амплитудные колебания и никакого перемещения вдоль временной оси.
5. За постулат принимается основная формула СТО (1).
Гипотеза. Время
2. В пространстве фигурируют две скорости: v - измеряемая скорость, изменяющаяся от нуля до скорости света c, и V - абсолютная скорость, изменяющаяся от нуля до бесконечности; V=γс; v=βc.
3.Скорость в системе наблюдателя (например, скорость Земли) мала и не превышает нескольких тысячных долей скорости света, ≈0,003c.
4. Время определяется как периодическое колебание в четвёртом измерении амплитуды, по модулю равное с и воздействующее на трёхмерное пространство, следовательно, трёхмерное пространство испытывает только амплитудные колебания и никакого перемещения вдоль временной оси.
5. За постулат принимается основная формула СТО (1).
Гипотеза. Время
Зададимся вечным вопросом: что такое ВРЕМЯ?
Лучшим, на наш взгляд, хотя и негативным определением, является то, что изменяется, когда ничто более не изменяется. К этому определению мы ещё вернёмся.
В самом деле, что такое время? Мы определяем время только через движение. Это может быть год (оборот Земли вокруг Солнца), сутки (оборот Земли вокруг оси), период колебания секундного маятника, период атомных или молекулярных колебаний и т.д., но всегда период, а точнее – интервал между некоторыми повторяющимися событиями в точке нахождения “наблюдателя” - собственное время.
Представим теперь, что где-то ничего не изменяется. Нет никакого движения, никаких признаков, позволяющих не только определить, но и заметить ход времени. Но время – то идёт, (см. выше). В доэйнштейновскую эпоху такой вопрос даже не мог возникнуть. Время считалось понятием абсолютным, и это, в общем, подтверждалось наукой.
Но, как показал Эйнштейн и иже с ним, когда что то изменяется (движется), то и время, хоть немножко, но изменяется. Если вариационная часть хода времени зависит от скорости движения объекта, то, можно предположить, что и время в целом тоже определяется движением. Но тогда возникают вопросы: почему мы этого движения не замечаем и почему влияние пространственных движений (скоростей) так мало.
Ответ на эти вопросы можно дать, предположив, что наше трёхмерное пространство-гиперповерхность колеблется в четвёртом измерении со скоростью света с, и естественно, с какой – то частотой ω (период этих колебаний, видимо, и будет квантом времени).
Предположим, далее, что собственное время наблюдателя t есть просто пройденный (по модулю) путь в 4-м измерении, а коллективное время tk , определяющее интервал между событиями в точке нахождения «наблюдателя», это пройденные контролируемым объектом и наблюдателем пути в 4-х мерном континууме. Для неподвижного наблюдателя собственное время совпадает с коллективным.
Повторное совпадение в любой точке пространства двух событий определяется таким образом, во-первых, равенством нулю пространственного (трёхмерного) интервала (при каждом совпадении), а, во-вторых, равенством пройденных 4-х мерных путей (одновременность).
При таком определении понятия времени легко выводятся все формулы СТО с одним существенным отличием – скорость света минимальна в покоящейся относительно пространства инерциальной системе и поэтому теоретически может быть поставлен эксперимент, определяющий покоящуюся систему. Все присущие теории относительности парадоксы (и более чем парадоксы) снимаются.
В частности, ракета, стартующая с Земли, летящая затем в инерциальном полёте и, наконец, вернувшаяся на Землю, сокращает своё полётное время в соответствии с ТО с точностью до эффектов второго порядка малости относительно (v/c)2 , где v - скорость Земли.
Обоснование теории
; 
.
Лучшим, на наш взгляд, хотя и негативным определением, является то, что изменяется, когда ничто более не изменяется. К этому определению мы ещё вернёмся.
В самом деле, что такое время? Мы определяем время только через движение. Это может быть год (оборот Земли вокруг Солнца), сутки (оборот Земли вокруг оси), период колебания секундного маятника, период атомных или молекулярных колебаний и т.д., но всегда период, а точнее – интервал между некоторыми повторяющимися событиями в точке нахождения “наблюдателя” - собственное время.
Представим теперь, что где-то ничего не изменяется. Нет никакого движения, никаких признаков, позволяющих не только определить, но и заметить ход времени. Но время – то идёт, (см. выше). В доэйнштейновскую эпоху такой вопрос даже не мог возникнуть. Время считалось понятием абсолютным, и это, в общем, подтверждалось наукой.
Но, как показал Эйнштейн и иже с ним, когда что то изменяется (движется), то и время, хоть немножко, но изменяется. Если вариационная часть хода времени зависит от скорости движения объекта, то, можно предположить, что и время в целом тоже определяется движением. Но тогда возникают вопросы: почему мы этого движения не замечаем и почему влияние пространственных движений (скоростей) так мало.
Ответ на эти вопросы можно дать, предположив, что наше трёхмерное пространство-гиперповерхность колеблется в четвёртом измерении со скоростью света с, и естественно, с какой – то частотой ω (период этих колебаний, видимо, и будет квантом времени).
Предположим, далее, что собственное время наблюдателя t есть просто пройденный (по модулю) путь в 4-м измерении, а коллективное время tk , определяющее интервал между событиями в точке нахождения «наблюдателя», это пройденные контролируемым объектом и наблюдателем пути в 4-х мерном континууме. Для неподвижного наблюдателя собственное время совпадает с коллективным.
Повторное совпадение в любой точке пространства двух событий определяется таким образом, во-первых, равенством нулю пространственного (трёхмерного) интервала (при каждом совпадении), а, во-вторых, равенством пройденных 4-х мерных путей (одновременность).
При таком определении понятия времени легко выводятся все формулы СТО с одним существенным отличием – скорость света минимальна в покоящейся относительно пространства инерциальной системе и поэтому теоретически может быть поставлен эксперимент, определяющий покоящуюся систему. Все присущие теории относительности парадоксы (и более чем парадоксы) снимаются.
В частности, ракета, стартующая с Земли, летящая затем в инерциальном полёте и, наконец, вернувшаяся на Землю, сокращает своё полётное время в соответствии с ТО с точностью до эффектов второго порядка малости относительно (v/c)2 , где v - скорость Земли.
Обоснование теории
Обратимся к понятию абсолютной скорости V. Рассмотрим движение некоторого объекта со скоростью V по замкнутой траектории с точки зрения неподвижного относительно пространства наблюдателя. 4-х мерный путь, пройденный объектом к моменту повторной встречи, будет увеличен в отношении 
раз. И, следовательно, измеренная наблюдателем скорость будет дана выражением
. (2)
Для абсолютной скорости получим
. (3)
При этом
(1+γ2)(1- β2) = 1. (4)
Сокращение времени в системе движущегося объекта t/tk равно
.
Следовательно объект, движущийся в 3-х мерном пространстве с абсолютной скоростью V, перемещается во времени со скоростью
, и неподвижный наблюдатель, находящийся в точке возврата, собственное время которого t совпадает с коллективным временем tk, определит скорость объекта v в соответствии с (2), что дает в пределе V→∞ значение v=c.
Рассчитаем энергию движущегося тела. В соответствии со вторым законом Ньютона
. Перепишем это соотношение, рассмотрев абсолютную скорость, которая близка по абсолютному значению к измеряемой: 
. Преобразуем это выражение.
; 
; 
;
раз. И, следовательно, измеренная наблюдателем скорость будет дана выражением . (2)Для абсолютной скорости получим
. (3)При этом
(1+γ2)(1- β2) = 1. (4)
Сокращение времени в системе движущегося объекта t/tk равно
.Следовательно объект, движущийся в 3-х мерном пространстве с абсолютной скоростью V, перемещается во времени со скоростью
, и неподвижный наблюдатель, находящийся в точке возврата, собственное время которого t совпадает с коллективным временем tk, определит скорость объекта v в соответствии с (2), что дает в пределе V→∞ значение v=c.Рассчитаем энергию движущегося тела. В соответствии со вторым законом Ньютона
. Перепишем это соотношение, рассмотрев абсолютную скорость, которая близка по абсолютному значению к измеряемой: . Преобразуем это выражение.; ; ;; .Проинтегрировав это выражение по V и пределах от 0 до V и переходя к параметру v, получаем
,
что совпадает с выражением для кинетической энергии.
Сложение скоростей
; (7)
. (8)
Среднее значение замедления времени на путь «туда» и «обратно», как следует из (7) и (8), дается выражением
,
что можно записать в виде
. (9)
Замедление времени в базовой инерционной системе и не замечаемое наблюдателем, считающим все инерциальные системы равноправными, равно
. (10)
Этот множитель постоянен и при малости значения (v/c) не вносит существенного изменения в функциональную зависимость t(u). Таким образом, с точки зрения наблюдателя “инерциальной” системы можно считать, что замедление времени на ракете произошло потому, что она ускорялась, хотя в соответствии с гипотезой – потому что была выше её среднеквадратичная скорость.
Отметим, что такой же вывод следует и из замедления времени на искусственных спутниках Земли. Результат не зависит от скорости Земли на орбите вокруг Солнца независимо от “точки зрения” – относительна или абсолютна эта скорость.Следствия и соображения
,что совпадает с выражением для кинетической энергии.
Сложение скоростей
По формуле (3) слагаемые скорости β1, β2, … βn, преобразуем в абсолютные γ1, γ2, … γn, и выполним сложение γ1+ γ2+ …+ γn = γсум. По формуле (2) преобразуем в измеряемую βизм. Для случая работы на встречных пучках (β1= β2) проще складывать энергии частиц, как это выполнено в [2].
Рассмотрим теперь под новым углом «парадокс близнецов». Имеется некая инерциальная система, движущаяся со скоростью v относительно пространства. Наблюдатель в этой системе знает про данную скорость например, по движению ближайших небесных тел, но, будучи уверен в постулате о постоянстве скорости света, он её измеряёт в своей системе и, получив приближенное значение
, считает величину с‘ истинной скоростью света.
В этой системе стартует ракета и летит “вперёд”, т.е. в направлении скорости v и со скоростью u относительно своей системы. Сокращение времени в ракете будет дано множителем
. (5)
Затем ракета останавливается и разгоняется в обратном направлении до той же относительной скорости u. Сокращение времени в ракете будет описываться множителем
. (6)
Предположим, для простоты анализа, что скорости v и u не слишком велики по сравнению со скоростью света с, например, не превышают порядка О,1 с. Тогда выражения (5) и (6) могут быть представлены в виде
Рассмотрим теперь под новым углом «парадокс близнецов». Имеется некая инерциальная система, движущаяся со скоростью v относительно пространства. Наблюдатель в этой системе знает про данную скорость например, по движению ближайших небесных тел, но, будучи уверен в постулате о постоянстве скорости света, он её измеряёт в своей системе и, получив приближенное значение
, считает величину с‘ истинной скоростью света.В этой системе стартует ракета и летит “вперёд”, т.е. в направлении скорости v и со скоростью u относительно своей системы. Сокращение времени в ракете будет дано множителем
. (5)Затем ракета останавливается и разгоняется в обратном направлении до той же относительной скорости u. Сокращение времени в ракете будет описываться множителем
. (6)Предположим, для простоты анализа, что скорости v и u не слишком велики по сравнению со скоростью света с, например, не превышают порядка О,1 с. Тогда выражения (5) и (6) могут быть представлены в виде
; (7). (8)Среднее значение замедления времени на путь «туда» и «обратно», как следует из (7) и (8), дается выражением
,что можно записать в виде
. (9)Замедление времени в базовой инерционной системе и не замечаемое наблюдателем, считающим все инерциальные системы равноправными, равно
. (10)Этот множитель постоянен и при малости значения (v/c) не вносит существенного изменения в функциональную зависимость t(u). Таким образом, с точки зрения наблюдателя “инерциальной” системы можно считать, что замедление времени на ракете произошло потому, что она ускорялась, хотя в соответствии с гипотезой – потому что была выше её среднеквадратичная скорость.
Отметим, что такой же вывод следует и из замедления времени на искусственных спутниках Земли. Результат не зависит от скорости Земли на орбите вокруг Солнца независимо от “точки зрения” – относительна или абсолютна эта скорость.Следствия и соображения
1. Становится понятным смысл равенства E=mc2. Это просто кинетическая энергия тела массой т колеблющегося вдоль временной оси со скоростью c.
2. Отпадает необходимость введения в 4-х мерное пространство специальной мнимой координаты iс. Пространство становится однородным.
3. Если деформация метрики пространства вызвана действительно инерционными силами, следовательно, имеет периодический (знакопеременный) характер, то наличие тяготения определяется синхронностью и синфазностью колебаний метрики, и можно допустить, что на больших, космических, расстояниях синфазность нарушается и тяготение спадает быстрее, чем 1/r2, устраняя тем самым “гравитационный парадокс”.
4. Скорость света конечна и равна с. Такова природа времени.
5. Время необратимо и машина времени невозможна. Можно двигаться только вперёд вместе с ракетой. Движение “сквозь” время.
6. Становится понятным равенство инерционных и гравитационных сил. Это те же самые силы.
7. Объясняется тёмная энергия – это энергия вибрирующего упругого трехмерного пространства.
8. Допускается и предполагается существование большего числа измерений, но воздействующих на 3-х мерное пространство только локально.
2. Отпадает необходимость введения в 4-х мерное пространство специальной мнимой координаты iс. Пространство становится однородным.
3. Если деформация метрики пространства вызвана действительно инерционными силами, следовательно, имеет периодический (знакопеременный) характер, то наличие тяготения определяется синхронностью и синфазностью колебаний метрики, и можно допустить, что на больших, космических, расстояниях синфазность нарушается и тяготение спадает быстрее, чем 1/r2, устраняя тем самым “гравитационный парадокс”.
4. Скорость света конечна и равна с. Такова природа времени.
5. Время необратимо и машина времени невозможна. Можно двигаться только вперёд вместе с ракетой. Движение “сквозь” время.
6. Становится понятным равенство инерционных и гравитационных сил. Это те же самые силы.
7. Объясняется тёмная энергия – это энергия вибрирующего упругого трехмерного пространства.
8. Допускается и предполагается существование большего числа измерений, но воздействующих на 3-х мерное пространство только локально.
Библиографический список
- Алешкович В.А. О преподавании специальной теории относительности на основе современных данных. // Успехи физических наук, 2012. Т. 182, № 12. С. 1301-1318.
- Лозовская Е. Лоб в лоб на скорости света.// Наука и жизнь, 2008. № 8. С.81.