Об инвариантности скорости света.

Народ никак не может смириться с таким явлением, как постоянство скорости света. Как это так? У платформы на одном пути стоит один поезд, по-другому пути движется второй поезд с некоторой скоростью v, а на платформе стою я. И что же – поезда относительно меня движется с одной и той же скоростью же скоростью? Теперь я начинаю бежать по ходу поезда. И в этом случае относительные скорости будут одинаковыми? Да если поезд движется медленно, я могу даже обогнать его, скорость может изменить даже знак. То есть в данном случае относительные скорости различные. Ну, а чем же отличается свет от меня? Только тем, что он движется быстрее? Здравый смысл говорит, что то же должно быть и в отношении света. И это абсолютно все верно, но … верно и то, что поезда движется относительно меня или я движусь относительно поездов с одинаковой скоростью. Вы в это поверите, если узнаете, какими свойствами я (свет) обладаю.

Особенно сильно такие вопросы мучают участников всевозможных форумов. Ученые признали этот факт и не мучаются над вопросом: “А почему так?” Мы возьмем фрагмент из форума МИФИ.

9 ноября 2012 года Galina поставила серьезный вопрос, но никто даже и приблизительно не смог на него ответить. Она не только поставила вопрос, но и подтвердила его цитатами из работ А. Эйнштейна. Второй год идет дискуссия и конца не видно.

“Что на самом деле означает постулат Эйнштейна о постоянстве скорости света?

Википедия пишет, что постулат о постоянстве скорости света в вакууме означает что:

Цитата

Максимальная скорость распространения взаимодействия (сигнала), называемая скоростью света, должна быть одинаковой во всех инерциальных системах отсчёта. 

Как вы данную фразу понимаете?

Я спрашиваю, потому что убедилась, что очень многие понимают инвариантность скорости света в вакууме совершенно превратно, воображают, что речь идет всего лишь «о независимости скорости света в вакууме от скорости источника», или же о «постоянстве скорости света, вызванном анизотропией нашей Вселенной». Тогда как на самом деле теория относительности основана на чем-то совершенно ином, на явлении, никогда не виданном, не слыханном, неведомом, и небывалом. Она основана на постулате о независимости скорости света от... скорости приемника! Наблюдателя!

Вот как разъясняет это А. Эйнштейн:

Цитата

Здесь вступает в дело теория относительности. Она показывает, что закон постоянства скорости света в пустоте должен одновременно выполняться для движущихся относительно друг друга наблюдателей таким образом, что один и тот же луч света имеет одну и ту же скорость относительно всех этих наблюдателей.

Альберт Эйнштейн.

Vom Relativitdts-Prinzip. Vossische Zeitung, 1914, 26, April, 33, 34

О ПРИНЦИПЕ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ, 1914 год.

Вы видели когда-нибудь какую-нибудь волну, скажем, морскую, чтобы ее скорость была бы одинакова для всех наблюдателей? И для пловцов, и для загорающих на берегу, и для водителя несущейся по волнам моторной лодки?

Что вы думаете о постулате об инвариантности скорости света?”

Сейчас расскажем, что мы думаем. Действительно скорость распространения света в любой системе одна и та же.  Пусть против луча света движутся ИСО с различными скоростями. Свет представляется в виде фотонов, которые могут быть организованы в любую волну. Мы будем следить за одним фотоном. Он пролетает через все наши ИСО. В неподвижной ИСО (Рис. 1 а))мы зафиксировали две какие-то точки, измерили между ними расстояние и заметили время прихода фотона к этим точкам t₁ и t₂. Определили скорость. В неподвижной системе это должна быть скорость c.

Наблюдатель в подвижной ИСО проделывает то же. Выбирает любые две точки, измеряет между ними расстояние, по своим часам измеряет прохождение этих точек, этим же фотоном, и вычисляет скорость фотона.

И какую же скорость должен будет получить наблюдатель в движущейся ИСО (Рис. 1 б))? Если бы система б) была неподвижной, то мы бы зафиксировали время t₃ и t₄, соответствующие точкам t₁ и t₂.  Но раз эта ИСО движется навстречу фотону, то она как бы придвигает вторую точку фиксации к первой точке, и фотон в этой точке появится как бы раньше во время t₅, чем в том случае если бы эта точка не двигалась. Мы наши часы везде запускаем в момент со прикасания фотона и электрона. Поскольку электрон подвинулся навстречу фотону, то со прикасание t₅ произойдет раньше нежели t₄. Значит, требуемый путь в подвижной ИСО фотон пролетел за меньшее время, чем в неподвижной ИСО,    Следовательно, скорость фотона  получается больше в этом случае. Чем больше скорость ИСО, тем с большей скоростью, кажется, движется фотон в этой ИСО. Все абсолютно верно и полностью согласуется со здравым смыслом. То есть, работает принцип сложения скоростей c+v.

Но есть здравый смысл и в других явлениях, а не только в этом.

а) нет ни одного фотона, который бы от Солнца или далекой галактики долетел до нас напрямую. Так или иначе, но он двигался к нам согласно принципу Гюйгенса. То есть, он множество раз пере излучался, иначе ретранслировался. Если кто-то думает, что солнечный свет проходит через стекло, как через решето, то он глубоко заблуждается. Около 8% света через стекло вообще не проходит, а отражается. А остальные фотоны натыкаются на электроны, которые их передают дальше. И, может быть, немного пролетает прямо, в зависимости от толщины стекла.

б) если кто-то думает что на ретрансляцию (поглощение фотона и затем излучения) не требуется определенное время, то он тоже глубоко ошибается или не знаком с опытами Физо, Саньяка и другими. И эти же опыты показывают, что чем больше скорость ретрансляторов, тем больше времени требуется на ретрансляцию. Внимательно разберите явление – коэффициент преломления света.

в) скорость всех видов движения от не живой материи до живой зависит от скорости реакций между элементами, т.е. от скорости передачи энергии. Энергию переносят фотоны. Другого способа взаимодействий кроме переноса энергии в природе не дано. Вот пока фотон рождается или ретранслируется все стоит. Замер наблюдатель, для него приостановилось время, стоят часы, пока электрон пружины или гири не излучит или поглотит соответствующий фотон.

А теперь все просто. Пока ИСО б) была неподвижной мы, увидев касание первого электрона и фотона, запустили часы, точнее зафиксировали время t₃. Фотон ретранслировался, а часы пошли. Затем мы зафиксировали время t₄ и получили скорость c.  А если система двигалась, то мы зафиксируем время t₅ по отношению к тому же электрону. Получим скорость фотона c+v.

Где мы ошиблись? Мы ошиблись при измерении интервалов времени t₅ – t₃, t₄ – t₃ и ошиблись в том, что полагали, что от момента t₃ до момента t₅ и t₄ фотон только движется с той или иной скоростью. Мы включили часы в момент t₃, но часы не пошли. Ибо не излучился, вернее не ретранслировался мгновенно фотон, который запускает часы. То есть в подвижной системе интервал времени t₅ – t₃ больше, нежели этот же интервал в неподвижной системе, если расстояние между однотипными электронами одинаково в той и другой системе, без учета релятивистского сжатия. Чем больше скорость ИСО, тем больше этот интервал из-за увеличения времени взаимодействия фотона и электрона. Я не берусь судить, соответствует ли изменение этого интервала формулам Лоренца, но оно есть. И этот интервал мы добавляем всегда к времени распространения света, а это не следует делать, если мы говорим только о скорости движения света. Во время этого интервала фотон взаимодействует с электроном и движется со скоростью электрона, а не со своей, природой определенной ему, скоростью.

Свет в любой ИСО от частицы до частицы всегда движется с одной и той же скоростью c.

В неподвижной ИСО было одно время генерации и поглощения фотона, а в движущейся – другое. И не следует сразу думать, что, мол, а если там и там пустота, то при чем здесь ретрансляция и генерация. Первый электрон, который попадется в движущейся ИСО фотону и задержит его на время соответствующее скорости ИСО. А если Вы хотите что-то измерять, то без этого электрона не обойтись. Без этого Вы просто не будете знать, есть там фотон или нет.

Обычно по одному и тому же перрону проходит определенное количество людей за какой-нибудь фиксированный период времени. Перед приходом поезда на перроне скапливается толпа. Чем дольше не приходит электричка, тем больше толпа. Чтобы толпа была меньше, тем быстрее должна прибыть электричка от предыдущего перрона. То есть плотность толпы, условно, зависит от скорости электрички (движущееся ИСО).   

Если Вы будете бежать по перрону, то Вы будете сталкиваться с людьми и затрачивать время на объяснение со столкнувшимися. Чем плотнее толпа, тем дольше будет процесс объяснения. Плотная толпа (электричка двигалась медленно) много объяснений и как следствие невелика Ваша средняя скорость. Получились не большие скорости: электрички (ИСО) и Ваша (свет) средняя. Но Ваша личная скорость от столкновения до столкновения была постоянной. Если электричка повысила свою скорость, то толпа стала реже. Количество столкновений стало меньше, и Ваша скорость возросла. Электричка движется быстрее и Вы стали преодолевать одно и то же расстояние быстрее. При определенных параметрах системы может случиться так, что относительные скорости Вас и электричек, движущихся с различными скоростями, будут одинаковыми.  

На пути у фотона электроны. Им делать нечего, они вертятся вокруг ядра и часами, и годами, и миллионами лет. У них две функции поглощать, излучать или ретранслировать, что сводится к поглощению и излучению. Электрон не может на глаз определить, что за фотон к нему приблизился, т.е. он не знает, что с ним делать. По этой причине он всегда его сразу поглощает, но если для данного фотона нет места в электроне, то он его излучит. Если фотон соответствует точно месту в электроне, то он его поглотит. Фотон и электрон в этом случае оказались резонансными.

Таким образом, в движении любого излучения (реликтового, рентгеновского, видимого, микроволнового, длинноволнового и любого другого) существуют три процесса (Рис. 2).

Здесь 1, 2, 3 – электроны, F – сила, изменяющая скорость электрона 1, v₁, v₂, v₃ – различные скорости электронов, зависящие от ускоряющей силы, tг₁, tг₂, tг₃ – времена генерации, t_п – время поглощения фотона.

При воздействии силы на электрон начинается процесс генерации (излучения) фотона. Нет такого в природе, чтобы какая-нибудь сила (например) в виде касания другого электрона или фотона, мгновенно заставила бы электрон излучить тот или иной фотон. По крайней мере, электрону надо понять, какой фотон надо излучать. И как мы предположили в статье “О фотоне подробно” время генерации фотона зависит от энергии фотона. Чем больше в нем квантов, тем дольше он рождается. А чем больше скорость электрона, тем большей мощности он будет излучать фотоны. Фотон меньше определенной величины мощности электрон не может излучить.

Таким образом, чем выше скорость электрона, тем больше время генерации (излучения) и соответственно такое же время (конденсации) поглощения фотона.

Возможно, что эти времена и учитывал при распространении света Вальтер Ритц и у него получались скорости распространения света c+vили c-v, а Aльберт Эйнштейн о них почему-то умалчивал и у него получалась скорость только c. 

Вывод таков. Если в своих моделях Вы будете учитывать не только скорость распространения света, но и скорость его генерации, то у Вас все получится. И будет то, “…что один и тот же луч света имеет одну и ту же скорость относительно всех этих наблюдателей”.