Тема: Заметка четвёртая: "Измерение длин"
Автор: VadimPro
Дата: 28/05/2006 18:05
 
"...не верь глазам своим" 
                          (Козьма Прутков)


Измеряя время, мы ещё питаем какие-то иллюзии по 
поводу того, что измеряем нечто большее, нежели 
отношение между вещами. Но что касается длин тел, то 
тут уж каждый школьник знает о том, что мера длины 
хранится в Международном бюро мер и весов в городе 
Севр, и длину тела мы познаём в процессе сравнения 
тела с данной или аналогичной мерой. То есть длина 
тела познаётся в сравнении с другим телом, 
используемым в качестве меры. Как осуществляется это 
сравнение? Простым прикладыванием меры к измеряемому 
телу; сколько мер укладывается вдоль тела, такова и 
его длина. Зная длину разных тел, выраженную в 
какой-либо единой мере, мы можем судить о 
пространственном отношении тел - даже если эти тела 
и не находятся в непосредственном контакте друг с 
другом.  

Такими были представления человека о том, что есть 
длина тела, ещё во времена Ньютона. Такими 
представления о длине тела остаются и сейчас, после 
всеобщего признания учёным сообществом специальной 
теории относительности. Единственное, что изменилось 
со времен Ньютона, так это терминология: длину тела 
физики теперь стали именовать "собственной длиной". 
Такая собственная длина тела остаётся неизменной, с 
какой бы скоростью тело ни двигалось. 

Тут читатель, знакомый с некоторыми следствиями 
теории относительности, может задаться вопросом: а что 
же тогда сокращается при движении тела относительно 
системы отсчёта? Для ответа на этот вопрос нужно 
просто посмотреть, что же мы реально измеряем, 
сопоставляя длину движущегося тела с покоящейся мерой. 
Да, всё обстоит именно так: рассуждая о длине 
движущегося тела в покоящейся системе отсчёта, мы 
должны отдавать себе отчёт в том, что тем самым мы 
пытаемся мерой, покоящейся в системе отсчёта, измерить 
длину движущегося тела. 

В этом случае мы не можем просто прикладывать меру к 
движущемуся телу, ибо для этого нам нужно будет 
разогнать саму меру до скорости движения тела - но 
тогда измеренная величина будет собственной длиной 
тела, а не длиной тела относительно покоящейся системы 
отсчёта. Так как же тогда мы измеряем длину 
движущегося тела относительно покоящейся системы 
отсчёта? Очень просто, мы отмечаем одновременные 
местоположения концов тела, движущегося мимо системы 
отсчёта, и затем уже покоящееся мерой измеряем 
расстояние между отмеченными точками - точками, 
напротив которых находились концы движущегося тела в 
момент фиксации их положения. 

На этом данную заметку можно было бы и закончить. 
Однако те читатели, которые сумели разобраться в 
предыдущих моих текстах, по прочтении этих строк уже 
должны сообразить, что от измеренной описанным выше 
способом длины тела можно ожидать и не таких чудес, 
как её, длины, сокращение. И я, разумеется, не могу 
отказать себе в удовольствии воспользоваться данной 
ситуацией как поводом для того, чтобы нарисовать ещё 
пару картинок, а потому разовью тему измерения длины 
движущегося тела.

Итак, измерение длины движущегося тела требует 
установления одновременного положения концов этого 
тела. Потому, длина движущегося тела полностью 
зависит от того, какие положения противоположных 
концов тела мы посчитаем одновременными друг другу. 
Подчёркиваю, вопрос одновременности - это не просто 
теоретический вопрос: для того, чтобы мы на практике 
могли провести измерение длины тела, движущегося 
относительно некоторой системы отсчёта с очень 
высокой точностью, мы должны уметь создать реальное 
устройство, способное фиксировать одновременное 
положение концов движущегося тела, а это не так 
просто. Мало того, что необходимо с очень высокой 
точностью определить одновременные мгновения в двух 
точках пространства, так необходимо ещё и подгадать 
всё так, чтобы концы тела оказались в этих точках 
пространства именно в эти мгновения. Поэтому я немного 
упрощу ситуацию и вместо движущегося тела буду 
использовать движущуюся ленту транспортёра 
(см. рис. 1) - это позволит сравнить масштаб 
движущегося тела с покоящимся "не ловя" концы 
движущегося тела.

Рисунок 1

Рис. 1 На неподвижной поверхности на фиксированном расстоянии друг от друга установим устройства, способные наносить метки на ленту транспортёра (например, лазером на фоточувствительной ленте). Назовём эти устройства маркёрами. Запускать маркёры одновременно я предлагаю следующим способом. Точно посередине между маркёрами установим блок электропитания с включателем (кнопка - на рисунке) и соединим этот блок проводами одинаковой длины с обоими маркёрами. Нажав в любой момент кнопку, мы запустим электрический ток по проводам (ход сигнала изображён красной пунктирной линией вдоль проводов) и тем самым через несколько мгновений обеспечим одновременное срабатывание маркёров. После того, как лента будет остановлена, мы сможем сравнить расстояние между отметками на ленте с расстоянием между маркёрами. На первый "здравый" взгляд, расстояния эти должны быть равны друг другу. Посмотрим, однако, как всё будет обстоять на "второй взгляд". Предлагаю рассмотреть ту же ситуацию, но не из ИСО Солнца (а то мне уже надоело рисовать земной шар и мельчить рисунки), а из системы отсчёта, связанной с эфиром - средой, в которой, как полагали учёные до создания СТО, и происходит распространение электромагнитного излучения (см. рис. 2). Я предлагаю, несмотря даже на то, что говорят сторонники СТО, предположить пока, что такая светоносная среда существует - ибо я намерен показать, что специфические эффекты СТО проявлялись бы и при наличии такой светоносной среды.

Рисунок 2

Рис. 2 Итак, пусть эфир существует. Земля, как известно, движется в мировом пространстве и даже изменяет направление своего движения - поэтому Земля в обязательном порядке должна смещаться относительно эфира (экзотические гипотезы типа увлечения эфира Землёй или "течение" эфира внутрь Земли я пока в расчёт не беру, а рассматриваю классическую ситуацию "покоящегося" эфира и перемещения всех тел относительно него). Следовательно, и наша лабораторная установка, расположенная где-то на Земле, смещается относительно эфира (предположим, что установка движется вместе с Землей справа налево). Электрический ток в проводнике обеспечивается электромагнитным взаимодействием, которое распространяется в эфире - соответственно, смещение лабораторной установки относительно эфира не может не сказываться на распространение электрического сигнала по проводнику, ибо электрический сигнал распространяется с постоянной скоростью вовсе не относительно проводника, а относительно эфира. Исходя из всего вышеизложенного, при движении лабораторной установки справа налево сигнал достигнет правого маркёра быстрее, чем левого. Произойдёт это потому, что левый проводник и левый маркёр удаляются от распространяющегося в эфире электромагнитного действия, а правый проводник и правый маркёр, наоборот, движутся навстречу сигналу. Следовательно, вопреки нашим первоначальным ожиданиям, сначала сработает правый маркёр, и только затем - левый. За время между срабатываниями маркёров лента транспортёра провернётся, и потому, когда мы остановим ленту, то увидим, что расстояние между отметками на ленте несколько больше, чем расстояние между самими метящими устройствами. Иными словами, можно утверждать, что более длинное движущееся тело (часть ленты между отметками) при движении предстало перед нами в виде более короткого, ибо концы этого тела в один и тот же момент времени (по нашему мнению) находились напротив маркёров. Обнаружив этот феномен, учёные, ничего не знающие об СТО, были бы в ступоре, пока не сообразили бы, что лабораторная установка смещалась относительно эфира, а потому моменты срабатывания маркёров, которые учёные считали одновременными, были на самом деле не одновременны. Сторонников же СТО такой результат эксперимента вовсе не озадачил бы, но при этом срабатывание маркёров они всё равно продолжали бы считать одновременными - но одновременными именно в ИСО лаборатории, в любой же другой ИСО эти события, понятно, не одновременны, ибо в СТО так договорились определять одновременность событий в движущихся ИСО. Я понимаю, что договорённость эта по-прежнему должна казаться читателям моих "Заметок" надуманной, но я в который раз прошу не спешить с заключениями. Я подозреваю также, что непонимание у читателей могут вызвать мои слова в сочетании с нарисованным мной же рисунком 1. Ведь на нём изображено именно срабатывание маркёров с точки зрения наблюдателя, покоящегося относительно лабораторной установки, и никакого проворота ленты между моментами срабатываниями маркёров не наблюдается. Внесу ясность - всё дело в том, что сам этот рисунок не есть отображение некоего фиксируемого человеком или каким-либо прибором состояния области мира. Он представляет собой лишь реконструкцию, сделанную самим человеком на основе представлений о том, что такое одновременность событий. Вспомните вторую "Заметку" - одновременное состояние некоторой области мира не способно зафиксировать ни одно физическое устройство, ибо любое устройство (в том числе и глаз человека) фиксирует не сами события в мире, а дошедший от них сигнал. Итак, ни то, что изображено на рисунке 1, ни то, что изображено на рисунке 2 никак нельзя увидеть (или ощутить как-то иначе)в прямом смысле слова, ибо ни один сигнал не способен донести до нас отображение мира в таком его одновременном "разрезе". То бишь данные рисунки - это реконструкция, сделанная самим человеком. Человек, незнакомый с СТО (или не разделяющий убеждения в её справедливости) решит, что реконструкция на рисунке 2 верна, то есть соответствует реальному мгновенному состоянию мира, а вот реконструкция на рисунке 1 - это ошибочная реконструкция, ибо она основана на ошибочном предположении о том, что электрический ток движется по проводам с одинаковой скоростью, и достигает обоих маркёров одновременно. Сторонники же СТО утверждают, что обе реконструкции абсолютно равноправны, просто они сделаны на основании представлений об одновременности событий в разных системах отсчёта. Судить же о том, чья позиция более обоснована я в который уже раз предлагаю не сейчас, а лишь по окончании моего изложения. Впрочем, кое-какие аргументы, позволяющие чуть лучше понять позицию сторонников СТО, стоит привести уже сейчас. Чуть выше я написал, что изображённое на рисунках 1 и 2 зафиксировать каким-либо физическим прибором невозможно. Это правда, но только отчасти. Невозможно зафиксировать изображение одновременных состояний вещей именно в некотором объёме пространства (в моём примере это одновременные состояния всех элементов установки), зафиксировать же в одной точке отображение всего двух одновременных событий - вполне реально. Для этого необходимо разместить прибор, фиксирующий изображение (глаз человека, фотоаппарат и пр.), точно посередине между местами свершения событий, и тогда электромагнитный сигнал, дошедший до фиксирующего устройства, донесёт до него изображение именно одновременных событий (конечно, это справедливо лишь при условии, что скорость распространения сигнала одинакова во всех направлениях). Посмотрите на рисунок 3.

Рисунок 3

Рис. 3 На нём я рассматриваю перемещение относительно эфира всё той же установки для измерения длин движущейся ленты, но, в отличие от рисунка 2, на рисунке 3 я рассматриваю ещё и движение лучей света, вышедших из маркёров в моменты их срабатывания и движущихся к центру установки (красные пунктирные линии). Как видно из рисунка 3, несмотря на то, что правый маркёр сработал раньше левого (в ИСО, связанной с эфиром), свету, несущему изображение правого маркёра, приходится догонять смещающуюся относительно эфира установку, в то время как луч света, несущий изображение левого сработавшего маркёра, из-за смещения установки навстречу лучу света, наоборот, приближается к центру установки быстрее правого луча. В конечном счёте оба луча света, несущие изображения сработавших маркёров, окажутся в центре установки одновременно. Что это значит? Это значит, что даже если свет движется с равной скоростью во всех направлениях только в эфире, наблюдатель, перемещающийся вместе с лабораторной установкой относительно эфира в рамках описанного мной эксперимента, обнаружить этого не сумеет. Судите сами. Пусть для точности эксперимента мы установим в центре лабораторной установки фотоаппарат с феноменально короткой выдержкой, срабатывающий при поступлении к нему светового сигнала от маркёров. Давайте рассуждать далее: мы установили переключатель электропитания точно посередине между маркерами; мы взяли провода равной длины; мы нажали кнопку и пустили ток по проводам; ток прошёл по проводам к обоим маркёрам равный путь; маркёры сработали; мы сфотографировали установку фотоаппаратом, расположенным на одинаковом расстоянии от обоих маркёров; мы проявили плёнку и увидели на ней изображение обоих маркёров в момент проставления отметок на ленте транспортера. Может ли хоть что-то в данном случае сигнализировать нам о том, что сигнал распространялся по проводам с разной скоростью и срабатывание маркёров не было одновременным? Если такое срабатывание маркёров мы посчитаем не одновременным, то тогда что же есть одновременность? Всё своё существование на Земле человечество считало одновременными именно такие события, как срабатывание маркёров в моём примере. Мало того, все закономерности человечество фиксировало исходя именно из таких представлений об одновременности, в том числе и закономерности электромагнитных и оптических явлений - ведь при постановке всех фундаментальных оптических экспериментов ни один исследователь до определённого времени даже не задумывался над тем, что его лабораторная установка вместе с Землёй движется относительно светоносной среды. Впрочем, привычка - это, конечно же, вовсе не главный аргумент за конвенцию о синхронизации одновременных событий, принятую в СТО. Главный аргумент я всё же оставлю на потом. А пока предлагаю читателям ещё раз задуматься над тем, какие чудеса преподносит нам наш привычный "ньютоновский" Мир. Поставьте себя на место экспериментатора - вы создали устройство, которое по всем предпосылкам должно одновременно запускать маркёры, проставляющие отметки на движущуюся ленту, однако после остановки ленты расстояние между отметками на ленте оказывается бОльшим, нежели расстояние между устройствами, их проставлявшими. Это ли не чудо? 28-30 мая 2006 г.
 

Просмотр всех сообщений по данной теме
Полный список

Тема Автор Дата
Заметки о теории относительности VadimPro 04/05/2006 15:14
Заметка первая: "Вопросы гносеологии" VadimPro 05/05/2006 08:28
Re: Заметка первая "Вопросы гносеологии" Виктор Вашкевич 16/06/2006 11:12
Заметка вторая: "Об одновременности событий" VadimPro 15/05/2006 11:48
Re: Заметка вторая "Об одновременности событий" М.Галиев 17/05/2006 16:20
Ответ Муниру VadimPro 17/05/2006 16:21
Извинения М.Галиев 17/05/2006 16:24
Заметка третья: "Измерение времени" VadimPro 25/05/2006 22:02
В глазах людей я, наверное, совсем свихнулся... VadimPro 16/06/2006 11:01
Re: Заметка третья: "Измерение времени" Виктор Вашкевич 16/06/2006 11:04
Заметка четвёртая: "Измерение длин" VadimPro 28/05/2006 18:05
Заметка пятая VadimPro 10/06/2006 23:42
Заметка шестая: "Воцарение относительности" VadimPro 02/07/2006 15:43
Продолжение шестой "Заметки" VadimPro 04/07/2006 20:02
О статье Пуанкаре "Пространство и время" VadimPro 11/03/2009 13:45
Re: О статье Пуанкаре VadimPro 11/03/2009 13:45
Приложение к шестой заметке. "Человек и закон" VadimPro 11/03/2009 13:41
Опять меня опередили... VadimPro 11/03/2009 13:43
Небольшое "лирическое" отступление VadimPro 16/07/2006 23:14
Небольшое физическое увёртывание Материалисты 19/07/2006 14:20
Re: Небольшое физическое увёртывание VadimPro 20/07/2006 23:49
Объяснение феномена гравитации Игорь 21/07/2006 12:45
Re: Объяснение феномена гравитации Игорь 21/07/2006 19:45
Re: Объяснение феномена гравитации VadimPro 21/07/2006 21:33
Re: Объяснение феномена гравитации Игорь 24/07/2006 08:34
Об ускорении VadimPro 24/07/2006 19:28
Re: Об ускорении Игорь 25/07/2006 00:53
Re: Об ускорении Игорь 25/07/2006 13:53
Re: Об ускорении Игорь 25/07/2006 17:43
Re: Об ускорении VadimPro 25/07/2006 21:32
Re: Об ускорении Игорь 06/08/2006 19:13
О расширении Вселенной VadimPro 11/08/2006 18:55
Вадиму мимоходом М.Галиев 25/07/2006 11:18
Re: Вадиму мимоходом VadimPro 15/08/2006 09:52
Ответ Вадиму М.Галиев 15/08/2006 09:54
Ответ Муниру VadimPro 15/08/2006 10:01
Re: Ответ Вадиму Мунир Галиев 15/08/2006 10:04
Ответ Муниру VadimPro 15/08/2006 10:08
То ли вопрос, то ли ответ... Мунир Галиев 21/08/2006 14:03
Вот, давно бы так! VadimPro 24/08/2006 22:16
Нет, не солгали предчувствия мне... VadimPro 04/09/2006 20:29
Хочется понять... Мунир Галиев 07/09/2006 15:22
Главное - наличие желания VadimPro 08/09/2006 22:27
Привлекаю на подмогу "авторитетов" VadimPro 28/09/2006 23:52
Желания у меня много, а вот времени... Мунир Галиев 11/09/2006 16:03
А мы никуда и не торопимся.... VadimPro 15/09/2006 23:41
Заметка седьмая:"Возвращение блудного эфира" VadimPro 03/08/2006 00:21
Как надо искать эфир Геннадий 15/09/2006 22:05
Как не надо искать эфир VadimPro 16/09/2006 00:57
Об эквивалентности массы и энергии или ... VadimPro 30/09/2006 00:24
Почему замедляется время? VadimPro 25/07/2009 10:53
Пятимерная система отсчёта Геннадий Твердохлебов 25/07/2009 10:57
Re: Пятимерная система отсчёта VadimPro 25/07/2009 11:06
Re: Пятимерная система отсчёта Геннадий Твердохлебов 25/07/2009 11:08
Re: Пятимерная система отсчёта VadimPro 25/07/2009 11:12
Re: Пятимерная система отсчёта Геннадий Твердохлебов 25/07/2009 11:14
Re: Пятимерная система отсчёта VadimPro 25/07/2009 11:16
Re: Пятимерная система отсчёта Геннадий Твердохлебов 25/07/2009 11:19
Re: Пятимерная система отсчёта VadimPro 25/07/2009 11:20
Re: Пятимерная система отсчёта Геннадий Твердохлебов 25/07/2009 11:22