|
Стоячие ЭМ волны как
пробный камень для альтернативных теорий
На
этом форуме (в "Горизонтах
науки") почему-то собралось множество народу, которые хотят так или
иначе подкопаться под основы СТО, Принцип Относительности (Эйнштейна),
принцип инвариантности скорости света и т.д. и т.п. Взмен предлагаются
какие-то собственные доморощенные "теории", включающие в себя различные
модели "эфира", и т.п. Наверное, авторы (или просто приверженцы) этих
"теорий" хотели бы получить какую-нибудь "конструктивную критику". Но
здесь я не буду "конструктивно критиковать" никакую конкретно "теорию"
или умозрительную модель или ещё какую-то альтернативную систему
взглядов, которая претендует на то, чтобы заменить собою СТО. Тем более,
что я - один, а "теорий" таких много, и я могу недостаточно глубоко
вникнуть в суть каждой из них, чтобы "конструктивно критиковать" каждую
по существу. Вместо этого я попробую дать некий тест или "пробный
камень", который сами авторы (или поднаторевшие приверженцы)
альтернативных "теорий" и моделей могли бы попробовать применить к ним.
Заодно, это мог бы быть план интересного эксперимента, который неплохо
было бы реализовать не только умозрительно, но и на самом деле. Тогда,
возможно, этот эксперимент мог бы однозначно разрешить вопрос "кто прав,
а кто виноват": СТО или какая-то другая альтернативная "теория".
А эксперимент (натурный, модельный или умозрительный) очень простой: он
должен определить, могут ли вообще существовать стоячие волны, и зависит
ли это от движения резонатора относительно предполагаемой среды-носителя
("эфира", вакуума, пустого пространства, Абсолютной Системы Отсчёта,
Бога, Чёрта, Кочерги...). Ставится он очень просто, как в натуре, так и
умозрительно (в математической модели).
Предположим, у нас есть резонатор, состоящий из двух плоских зеркал.
Можно даже считать первое зеркало идеальным источником и поглотителем ЭМ
колебаний, а другое - идеальным отражателем. Но будем называть их просто
"зеркалами". Расстояние между зеркалами кратно предполагаемой длине
волны при заданной частоте колебаний. Предположим сначала, что наш
резонатор покоится относительно среды-носителя (эфира, вакуума,
пространства, АСО...). Скорость распространения волны во всех
направлениях одинакова. Длина волны может быть получена делением
скорости волны на её частоту (даже если среда обладает дисперсией, и
волны разной частоты распространяются с разной скоростью, здесь
предполагается частота у нас одна, а стало быть, скорость и длина волны
у нас тоже одна). Ясно, что в таком резонаторе МОГУТ существовать
стоячие волны (если их возбудить). Они имеют плоскую форму. В
определённых областях пространства имеют место "узлы", в которых
напряжённость ЭМ поля, а так же амплитуда колебаний тождественно равны
нулю. Эти области пространства имеют форму плоскостей, параллельных
зеркалам резонатора. Расстояние меэду этими плоскостями равно половине
длины волны. Если мы поместим туда достаточно малый объект, способный
поглощать энергию ЭМ колебаний и тем самым регистрировать их (например,
это может быть атом, готовый поглотить фотон данной частоты, перейти в
возбуждйнное состояние и т.п.), то он там ничего не будет поглощать и
регистрировать. Но между "узловыми" плоскостями имеют место "пучности".
В них ЭМ поле колеблется с некоторой амплитудой, которую можно
зарегистрировать. А энергетическая интенсивность там пропорциональна
квадрату этой амплитуды. Это также можно измерить.
Если мы примем координатную ось х в направлении, перпендикулярном
зеркалам резонатора, и выберем её так, что одно зеркало будет иметь
координату х==0, другое зеркало имеет х==L=n*l (где l - длина волны, а n
- целое число, для определённости положим, что n>1) "узловые плоскости"
будут иметь координату x=i*l / 2, где i - целое число в диапазоне 1 ...
2*n-1, напряжённость E(x,t) ЭМ поля в точке х в момент времени t будет
иметь вид
E=Aм*sin(2*pi*w*t + f)*cos(2*pi*x / l) , где Aм = максимальная амплитуда
колебаний в пучностях стоячей волны (удвоенная амплитуда каждой из
встречных волн), pi=3.1415926... w = частота колебаний (Гц), t = время
(сек), f = начальная фаза в момент времени t=0, х = координата в
направлении, перпендикулярном зеркалам (м), l = длина волны ЭМ
колебаний: l = c/w (м). В выбранной системе пространственных координат
(декартовых прямоугольных) вся картина не зависит от координат y и z
(все рассматриваемые плоскости имеют уравнение x=const, и в таких
плоскостях напряжённость поля, ампллитуда, фаза, плотность энергии и
т.п. всегда равны по всем точкам)
Тогда амплитуда ЭМ колебаний в точках, определяемых координатой x (при
любых значениях y и z) определяется по формуле
A=Aм*соз(2*pi*x / l), а плотность энергии колебаний пропорционально A2.
Мы можем разместить там атомы-индикаторы, которые будут поглощать
какую-то, пренебрежимо малую часть энергии колебаний и тем самым
фиксировать пучности и узлы. Предположим, они могут светиться или ещё
как-то проявлять себя. Тогда мы увидим плоские волны интенсивности вдлоь
координаты x.
Всё это пока что было тривиально просто. Но пусть теперь резонатор
поступательно движется в среде распространения волн. Можно рассмотреть
два случая:
1) движение вдоль оси х (перпендикулярно плоскости зеркал)
2) движение поперёк оси х (параллельно плоскости зеркал - скажем, вдоль
координатных осей у или z или любой комбинации a*y + b*z при x==const)
Любое другое поступательное движение можно представить комбинацией этих.
Ясное дело, что при наличии "эфирного ветра" вся картина образования
"стоячей волны" сразу же испортится. То есть, по самой возможности
образования "стоячей волны" можно определить факт наличия или отсутствия
"эфирного ветра". Можно проверить это на простой акустической аналогии
(пользуясь преобразованиями Галилея, т.к. скорость звука много меньше
скорости света, и никаких релятивистских эффектов в акустике практически
не наблюдается). Но в различных "эфирных" теориях предлагаются различные
"выходы из ситуации":
- масштабирование продольных размеров вдоль оси х (разными "теориями"
предлагаются разные масштабные коэффициенты);
- масштабирование времени и величин, с ним связянных (например, частоты
колебаний w)
- то и другое одновременно, но по формуле, как-то отличающейся от
преобразований Лоренца (в каждой теории - по своему).
Итак, мы имеем право как хотим масштабировать размеры вдоль оси x (здесь
это расстояние L между зеркалами) или частоту колебаний w. У нас может
получаться другое численное значение максимальной амплитуды Aм и чего-то
там ещё. Итак, тест:
Можно ли в рамках предлагаемой теории за счёт каких-то ухищрений (но
как-то отличающихся от преобразований Лоренца) получить точно ткаую же
картину стоячих волн при наличии "эфирного ветра" как в продольном так и
в поперечном направлении?
Лично я проверил это для простой акустической аналогии. Оказалось, что
НЕТ. Никакое масштабирование (само по себе) не может реанимировать
картину "стоячей волны", если зеркала резонатора движутся относительно
среды распространения волн. Так что, акустическая аналогия,
предлагаемая, например, господином Кушелевым, не работает. Не спасает
введение дополнительного масштабного фактора по пространственной
координате x или по времени t (предлагаемый Кушелевым "гамма фактор"). В
некоторых случаях (путём подбора другого значения расстояния L и (или)
частоты w) иногда удаётся в некоторых точках (по координате x) получить
"узлы" стоячих волн, то есть, добиться того чтобы напряжённость ЭМ поля
там была тождественно нулевая E==0, стало быть, амплитуда A и плотность
энергии колебаний - тоже 0. Но в "пучностях" стоячих волн форма кривой E
резко отличается от картины с неподвижным резонатором. Например,
совершенно исключается такие ситуации, когда в какой-то момент времени t
напряжённость ЭМ поля E вдоль всей оси х обращается в 0. Да и в другие
моменты времени зависимость E(x) не похожа на синусоиду. Различие это
просто бросается в глаза, и не заметить его невозможно.
Замечу, что в СТО, где просто постулируется всеобщий принцип
относительности, лоренц-инвариантность всех законов физики (известных и
неизвестных) и инвариантность скорости света, возможность существования
стоячих ЭМ волн просто вытекает из этих постулатов. Если не лень, то
можно проследить, как это получается из преобразований Лоренца (мне -
лень).
Я даже вполне допускаю, что кто-то может построить достаточно
самосогласованную и внутренне непротиворечивую теорию (модель),
альтернативную СТО, и включающую в себя какие-то представления о
среде-носителе, в которой этот тест выполняется: предсказание теории в
точности совпадает с экспериментом. Но на данный момент я таковых не
знаю (что ещё не означает, что их нет вовсе). Но если даже таковые
существуют (мыслимы), этот тест должен резко ограничить число
предлагаемых "теорий" и моделей.
Предположим, господин Кушелев (nanoword), Матвеев (Matwadnik), Che,
кто-то там ещё, ну, короче, предлагают какую-то свою очередную "теорию".
Тогда у меня к нему первый (и, возможно, последний) вопрос. Пусть в
некой системе отсчёта "A" (ИСО, разумеется) могут существовать стоячие
волны. Пусть другая система отсчёта "B" (тоже ИСО) движется относительно
"A". Могут ли в системе "B" существовать стоячие волны? Если да, то как
эта картина выглядит с точки зрения "A"? Какими преобразованиями это
обеспечивается? Не являются ли эти преобразования какой-нибудь
эквивалентной перефразировкой уже известных преобразований Лоренца, а
сама эта "теория - эквивалентной формулировкой той же самой СТО?
Если же там никаким боком не выходит даже самой возможности
существования стоячих волн, а натурный физический эксперимент такую
возможность демонстрирует, то дальнейшее рассмотрение этой "теории"
просто нецелесообразно.
|
