к началу  |  об авторе  |  об авторских правах
О методической ошибке способа синхронизации часов световыми
сигналами, предложенного А. Эйнштейном
Опубликовано 7 февраля 2006 г.     
     Откроем основополагающую статью А. Эйнштейна «К электродинамике движущихся тел». Прочтем 6-й абзац от начала §1: «Если в точке А пространства помещены часы, то наблюдатель, находящийся в А, может устанавливать время событий в непосредственной близости от А путем наблюдения одновременных с этими событиями положений стрелок часов. Если в другой точке В пространства также имеются часы (мы добавим: «точно такие же часы, как в точке А»), то в непосредственной близости от В тоже возможна временная оценка событий находящимся в В наблюдателем. Однако невозможно без дальнейших предположений сравнивать во времени какое-либо событие в А с событием в В; мы определили пока только «А-время» и «В-время», но не общее для А и В «время». Последнее можно установить, вводя определение, что «время», необходимое для прохождения света из А в В, равно «времени», требуемому для прохождения света из В в А».
     Для удобства дальнейшего изложения ниже я отступлю от дословного текста статьи и, не меняя ее сути, незначительно изменю обозначения моментов времени, сделанные А. Эйнштейном.
     «Пусть в момент t'А по «А-времени» луч света выходит из А в В, отражается в момент t'В по «В-времени» от В к А и возвращается назад в А в момент t'С по «А-времени». Часы в А и В будут идти, согласно определению, синхронно, если t'В – t'А = t'С – t'В».
     Здесь я дополнительно введу следующие обозначения: t'В – t'А = Т1 и  t'С – t'В = Т2. Определение синхронности хода часов, введенное Эйнштейном, в новых обозначениях можно записать как Т1 = Т2. Таким образом, за критерий синхронности хода часов, расположенных по краям стержня, А. Эйнштейн принял равенство между собой результатов измерений интервалов времени прохождения света вдоль неподвижного стержня «туда» и «обратно», осуществленных с помощью этих же часов.
     Здесь необходимо сделать отступление. Синхронизацией вообще называется приведение двух или нескольких процессов к такому их протеканию, когда одинаковые или соответствующие элементы процессов совершаются с неизменным сдвигом во времени либо одновременно (Большая советская энциклопедия, русский толковый словарь, http://encycl.accoona.ru/). «Ход времени» в каждых часах задается путем последовательного суммирования одинаковых интервалов времени, равных периодам колебаний Т и Т балансиров (маятников) этих часов. Синхронизация часов на практике достигается путем обеспечения выполнения с той или иной точностью равенства Т = Т. Главный эффект синхронизации часов – отсутствие «ухода» одних часов от других. Часы идут не синхронно только в том случае, если одни из них «убегают» или «отстают» по сравнению с другими. Если часы, расположенные на концах стержня А и В, идут не синхронно, то это означает, что периоды колебаний балансиров (маятников) этих часов по тем или иным причинам не равны между собой, то есть Т  Т.
     На практике встречаются два типа синхронизации:
     - 1 тип – синхронизация с неизменным сдвигом во времени;
     - 2 тип – синхронизация без сдвига во времени (одновременная синхронизация).
     Предложенная А. Эйнштейном синхронизация часов относится к типу 2. При такой синхронизации постоянный сдвиг времени часов А по отношению к часам В отсутствует.
     В этой связи необходимо отметить следующее. Общеизвестно, что одним из самых фундаментальных положений специальной теории относительности (СТО) является вывод о неравенстве временных интервалов между двумя событиями, наблюдаемыми из разных инерциальных систем отсчета (СО). При измерениях временных интервалов между двумя событиями неизменный сдвиг во времени одних часов, синхронизированных по 1 типу синхронизации с другими, никакой роли не играет (при измерении временного интервала происходит вычитание одного измеренного значения времени из другого и постоянный сдвиг времени, присутствующий в обоих измеренных значениях времени при вычитании сокращается).  Поэтому для  проверки  именно этого фундаментального положения СТО в  дальнейшем вполне  может  быть  использована  синхронизация часов по типу 1.
     «Мы сделаем допущение, что это определение синхронности можно дать непротиворечивым образом и притом для сколь угодно многих точек и что, таким образом, справедливы следующие утверждения:
     1) если часы в В идут синхронно с часами А, то часы в А идут синхронно с часами в В;
     2) если часы в А идут синхронно как с часами в В, так и с часами в С, то часы в В и С также идут синхронно относительно друг друга.
     Таким образом, пользуясь некоторыми (мысленными) физическими экспериментами, мы установили, что нужно понимать под синхронно идущими, находящимися в различных местах покоящимися часами, и благодаря этому, очевидно, достигли понятия: «одновременность» и «время». «Время» события - это одновременное с событием показание покоящихся часов, которые находятся в месте события и которые идут синхронно с некоторыми определенными покоящимися часами, причем с одними и теми же часами при всех определениях времени
».
     Чуть ниже А. Эйнштейн поясняет:
     «Существенным является то, что мы определили время с помощью покоящихся часов в покоящейся системе; будем называть это время, принадлежащее к покоящейся системе, «временем покоящейся системы».
     Далее, в начале §2 А. Эйнштейн вводит принцип относительности и сравнивает длину некоторого стержня в покоящейся и движущейся относительно этого стержня координатных системах, а затем делает вывод о том, что эти длины должны быть различны. Перейдем сразу к практическому применению сформулированного определения синхронности, а также анализу вывода, сделанного А. Эйнштейном из его мысленного эксперимента.
     «Представим себе далее, что к обоим концам стержня (А и В) прикреплены часы, которые синхронны с часами покоящейся системы, т. е. показания их соответствуют «времени покоящейся системы» в тех местах, в которых эти часы как раз находятся; следовательно, эти часы «синхронны в покоящейся системе».
     Представим себе далее, что у каждых часов находится движущийся с ними наблюдатель и что эти наблюдатели применяют к обоим часам установленный в §1 критерий синхронности хода двух часов. Пусть в момент времени t'А из А выходит луч света, отражается в В в момент времени t'В и возвращается назад в А в момент времени t'С. Принимая во внимание принцип постоянства скорости света, находим
где RАВ – длина движущегося стержня, измеренная в покоящейся системе».
     Из последней формулы А. Эйнштейн делает свой фундаментальный вывод: «Итак, наблюдатели, движущиеся вместе со стержнем, найдут, что часы в точках А и В не идут синхронно, в то время как наблюдатели, находящиеся в покоящейся системе, объявили бы эти часы синхронными».
     Этот вывод, сделанный А. Эйнштейном, неверен. Изменился не «ход времени» в часах А и В, задаваемый счетом периодов колебаний Т и Т балансиров (маятников) этих часов, изменились лишь интервалы времени прохождения света вдоль стержня «туда» и «обратно», измеряемые с помощью часов А и В, поскольку свет изменил свою скорость относительно стержня. Сами часы А и В остались идущими синхронно. Результат измерений синхронно идущими часами неравных между собой интервалов времени как раз и должен соответствовать фактическому неравенству измеряемых интервалов времени.
     Как я уже говорил, часы идут не синхронно только в том случае, если одни из них «убегают» или «отстают» по сравнению с другими, поскольку периоды колебаний балансиров (маятников) этих часов не равны между собой, то есть Т  Т. Например, в случае несинхронно идущих часов за равные интервалы времени Т1 = Т2 часами А будет подсчитано Т1 / Т = N1 периодов, а часами В – Т2 / Т = N2 периодов. Наблюдатели обнаружат, что N1  N2, и сделают вывод о том, что часы А и часы В идут несинхронно. Если при этом стержень АВ неподвижен, то Т1 = Т2 = const, и результат наблюдения N1  N2 будет одним и тем же, сколько раз бы мы его не повторяли. Одни часы будут постоянно «убегать» или «отставать» по сравнению с другими, то есть будут идти несинхронно друг относительно друга.
     Но в том случае, если окажется, что не равны между собой измеряемые синхронно идущими часами интервалы времени Т1  Т2 (именно это происходит в при движении стержня АВ относительно луча света), то даже при одинаковых периодах колебаний Т = Т балансиров (маятников) появится неравенство N1  N2, свидетельствующее на этот раз именно о неравенстве измеряемых часами интервалов времени Т1 и Т2. В данном случае синхронно идущие часы используются по  своему  прямому  назначению, то  есть  для  измерения  интервалов  времени, и их показания   лишь  подтверждают   неравенство  измеряемых   интервалов  времени Т1  Т2, зависящих от относительной скорости движения света вдоль стержня. Таким образом, нет никаких оснований приписывать неравенство N1  N2, обусловленное неравенством измеряемых интервалов времени, неравенству равных периодов колебаний Т = Т.
     Утверждение А. Эйнштейна о том, что «…наблюдатели, движущиеся вместе со стержнем, найдут, что часы в точках А и В не идут синхронно, в то время как наблюдатели, находящиеся в покоящейся системе, объявили бы эти часы синхронными» – грубая методическая ошибка в трактовке результатов элементарного мысленного опыта и явный «криминал» с точки зрения искушенного экспериментатора. Эйнштейновское условие синхронности, справедливое при неподвижном стержне, неприменимо в случае движущегося стержня.
     Зададимся вопросом, можно ли найти такие интервалы времени, связанные с движением света вдоль стержня АВ «туда» и «обратно», равенство которых между собой выполнялось бы как при неподвижном, так и при движущемся стержне, что обеспечивало бы действительную возможность контроля и доказательства синхронности хода часов, расположенных в точках А и В? Сейчас мы увидим, что можно.
     Концы стержня А и В совершенно равноправны и ничто не нарушит эйнштейновского «определения» синхронности, если мы дополнительно подадим второй  луч света  в  обратном  направлении,  то есть из В в А. Пусть в момент времени t''B из В выходит луч света, отражается в А в момент времени t''А и возвращается назад в В в момент времени t''С. Часы в В и А будут идти, согласно эйнштейновскому «определению», синхронно, если t''А – t''В = t''С – t''А. Введем обозначения: t''А – t''В = Т3 и t''С – t''А = Т4. Эйнштейновское условие синхронности, справедливое при неподвижном стержне, при движении второго луча света в обратном направлении из В в А можно записать как Т3 = Т4 или Т4 – Т3 = 0. Как уже было показано выше это определение неприменимо для движущегося стержня, поскольку измеряемые синхронно идущими часами интервалы времени не равны между собой, то есть Т3  Т4.
     Для контроля синхронности хода часов А и В в движущемся или неподвижном стержне АВ целесообразно использовать равенство между собой интервалов времени хода каждого из лучей «туда – обратно». В частности, интервал времени движения света от А в В и обратно в А, и интервал времени движения света от В в А и обратно в В всегда равны между собой. Это равенство можно записать в виде:
     Для большей наглядности его также можно переписать таким образом:
.
     Несмотря на то, что абсолютная величина каждого из этих интервалов времени зависит от скорости V, их равенство между собой выполняется при любой (начиная от V = 0) постоянной в процессе измерений скорости движения стержня АВ и поэтому может быть использовано для контроля синхронности хода часов А и В. Измерения заведомо одинаковых интервалов времени часами А и В должны дать одинаковые результаты при часах, идущих синхронно (в пределах погрешности применяемых часов), и могут служить доказательством синхронности хода этих часов.
     Измерения должны осуществляться следующим образом. Лучи света в произвольные моменты времени испускаются из А и В, отражаются от зеркал, расположенных в В и А соответственно, и возвращаются обратно в А и В. Интервалы времени Т1 + Т2 и Т3 + Т4 между моментом ухода луча и его возвращением наблюдатели измеряют часами, расположенными соответственно в А и В. Совершенно очевидно, что при любой постоянной в процессе измерений скорости движения стержня эти интервалы времени всегда равны между собой. Поэтому при идущих синхронно часах А и В результаты измерений одинаковых интервалов времени Т1 + Т2 и Т3 + Т4 всегда будут одинаковы между собой как при неподвижном, так и при движущемся с любой постоянной в процессе измерений скоростью стержне.
     Если  при этом  экспериментаторы заранее осуществят синхронизацию показаний обоих часов при неподвижном стержне (то есть по методу А. Эйнштейна, когда Т1 = Т2 или Т3 = Т4) в дополнение к предложенному способу, то эта синхронизация по типу 2 будет сохраняться и при движущемся стержне. Как уже указывалось, для проверки и опровержения фундаментального положения специальной теории относительности (СТО) о неравенстве временных интервалов между двумя событиями, наблюдаемыми из разных инерциальных СО, вполне достаточно осуществить синхронизацию часов по типу 1.
     Таким образом, в основу СТО был положен принципиально неверный вывод о зависимости хода часов от скорости движения стержня, основанный на измерениях заведомо неравных интервалов времени Т1  Т2 или Т3  Т4, зависящих от относительной скорости движения света вдоль стержня. Если же производить измерения одинаковых интервалов времени Т1 + Т2 = Т3 + Т4 синхронно идущими часами, то как при неподвижном, так и при движущемся с любой постоянной в процессе измерений скоростью стержне, результаты этих измерений будут одинаковы во всех инерциальных СО, что лишний раз доказывает абсолютность одновременности.
     Все изложенное здесь еще раз подтверждает, что время – одна из форм существования материи, не зависящая от способов его измерения, если эти способы верны методически.
При цитировании любых материалов с этого сайта ссылка на автора обязательна
Наверх  |  об авторе  |  об авторских правах
Доступна подписка на новости сайта в формате RSS 2.0
    Рейтинг@Mail.ru
© 2008  В. Новодережкин