Введение

Чтобы понять новую интерпретацию преобразования Лоренца, мы должны забыть постулаты и принципы, положенные Эйнштейном в основы Специальной теории относительности. Мы должны вернуться в 1904 год, когда Пуанкаре первым обобщил принцип относительности Галилея [1]. Он распространил этот принцип на электродинамику. Принцип Пуанкаре отвергал существование абсолютной системы отсчета.

Уравнения Максвелла не подчинялись преобразованию Галилея. Существует большой класс других преобразований, который сохраняет инвариантность этих уравнений в любой инерциальной системе отсчета [2]. Преобразование Лоренца есть частный случай. Новая интерпретация отделяет материальные тела, квазистатические поля зарядов и гравитации от электромагнитных волн. Для волн используется преобразование Лоренца, а для материальных тел мы будем использовать преобразование Галилея. В новой интерпретации мы сохраняем евклидово пространство и единое время для всех инерциальных систем отсчета. Здесь нет противоречия. Позже мы обсудим этот вопрос.

В физике существуют два вида отображений материальных объектов в пространстве.

1. Классическое отображение. Еще в школе, решая физические задачи механики, мы привыкли к тому, что положение тела в пространстве в данный момент времени отображается мгновенно (без каких либо искажений). Такое отображение опирается мгновенную передачу информации. Классическое отображение никогда и ни у кого не вызывало подозрений в некорректности, хотя никто и никогда не предлагал физической модели реализации этого способа.

2. Отображение с помощью световых лучей. Отображение с помощью световых лучей имеет особенности. Свет (электромагнитные волны) тоже способен переносить и передавать информацию. Однако эта информация в отличие от мгновенного отображения может восприниматься с искажениями. Преобразование Лоренца как раз и описывает такой способ.

3. Однако эти способы отображения не являются взаимоисключающими. Они взаимосвязаны. Всегда можно перейти от одного способа описания к другому, от мгновенного отображения к отображению с помощью световых лучей и обратно.

Особенность преобразования Лоренца в том, что оно отображает механическое перемещение объектов с помощью световых лучей и дает отображение, опираясь на принцип постоянства скорости света во всех инерциальных системах. Это обстоятельство накладывает определенные условия на интерпретацию явлений электродинамики.

Отображение с помощью световых лучей (преобразование Лоренца) пространственных отрезков и интервалов времени из одной инерциальной системы отсчета в другую имеет кинематический характер. Оно не связано с реальным изменением отображаемых объектов.

Сопоставляя системы отсчета движущегося наблюдателя и неподвижного источника света, мы можем выделить базовую систему отсчета. Это такая система отсчета, в которой световой источник неподвижен. В базовой системе отсчета отсутствует эффект Доплера, аберрация света и другие явления. Параметры, измеренные в базовой системе отсчета, являются эталонами (стандартами), с которыми мы сравниваем те же параметры в движущейся системе отсчета.

Наблюдаемые изменения (искажения), возникающие при отображении, когда наблюдатель переходит из одной инерциальной системы отсчета в другую, относятся к явлениям (о явлении и сущности см. в [3]). Например, наблюдаемое сокращение движущегося отрезка или наблюдаемое изменение темпа времени есть явление, т.е. искаженное отображение пространственного отрезка или интервала времени из базовой системы в систему отсчета движущегося наблюдателя. Заметим, что в СТО А. Эйнштейна такой подход отсутствует. В ней явления истолковываются как реальные изменения, а не как кинематические явления.

Параметры, которые мы будем относить исключительно к базовой системе, мы будем помечать индексом «0».

1. Аберрация света

Представьте себе, что вы смотрите в зеркало и видите предметы, расположенные за спиной. Вы знаете, что видимые в зеркале предметы представляют мнимое изображение действительных предметов. С мнимыми изображениями мы встречаемся в школе. Телескопы, микроскопы, лупа – все эти приборы основаны на использовании мнимого изображения.

Однако с мнимым изображением мы можем столкнуться и без приборов. Ночью, рассматривая на темном небе звезду, мы забываем, что свет от нее идет к нам миллионы лет. За это время звезда успеет сместиться, и мы будем видеть ее мнимое изображение. Сама звезда в момент наблюдения невидима, т.е. будет находиться в другом месте пространства.

Угол между направлением на видимое положение звезды (мнимое изображение) и направлением на ее действительное положение называется углом аберрации. Явление звездной аберрации возникает только при наличии относительного движения между наблюдателем и наблюдаемым объектом. Такое относительное движение искажает видимое (мнимое) изображение движущегося объекта. Возникают другие явления, например, эффект Доплера (искажение интервалов времени), искажение некоторых размеров движущегося объекта. Искажение видимых размеров обусловлено изменением направления фронта волны из-за относительного движения. Все эти искажения относятся к наблюдаемому (мнимому) объекту. Реальный объект при наблюдении не испытывает никаких искажений.

Пусть наблюдатель N движется относительно источника света S со скоростью V, как показано на рис. 1. Базовая система отсчета источника S (x0, y0, z0, t0). В момент излучения светового импульса источником S наблюдатель будет находиться в точке N*. В точке N световой импульс и наблюдатель встречаются. Из-за движения наблюдателя направление фронта световой волны этот наблюдатель будет воспринимать искаженным. Воспринимаемый наблюдателем фронт не будет перпендикулярен направлению SN. Наблюдаемый фронт будет перпендикулярен линии SN*. Видимое положение S* строится на продолжении лучей из точки N.

Рис. 1. V – скорость движения наблюдателя относительно источника; S* - мнимое изображение источника в момент приема светового сигнала; S – действительное положение источника в тот же момент времени; R – расстояние, измеренное наблюдателем в момент приема сигнала; R0 – действительное расстояние между источником и наблюдателем в момент приема сигнала наблюдателем.

Это интересный и важный факт. Поскольку наблюдатель воспринимает фронт волны в искаженном виде (повернутым), он «достраивает» объект с его характеристиками, продолжая лучи перпендикулярно фронту. Это не субъективный, а объективный факт. То же делает и измерительный прибор, связанный с наблюдателем.

Итак, наблюдатель имеет дело с двумя объектами: с действительным объектом (сущность) и с его мнимым изображением (явление). Это важное обстоятельство релятивисты обходят. Действительное положение объекта описывается с помощью мгновенного отображения, а мнимое – с помощью достроенных световых лучей.

Перейдем в систему отсчета наблюдателя (рис. 2). Здесь мы также имеем дело с явлением аберрации. Свет от источника S*, идущий под углом к оси x, будет распространяться к наблюдателю конечное время. За время этого распространения источник переместится со скоростью V в новое положение S. Таким образом, в момент приема светового сигнала источник будет находиться уже в другом месте по отношению к наблюдаемому исследователем положению. Наблюдатель, принимая световой сигнал в точке N, «достраивает» световой луч в точку S*. Он будет видеть мнимое изображение S*.