Главный Каталог Статей РФ
68748 авторов, размещено 45573 статей, сейчас на сайте пользователей: 34 Статистика
Аватар FedorenkoDA

Парадокс дуализма инерциальных и неинерциальных систем отсчета и его связь с принципом относительности и принципом эквивалентности Эйнштейна

Категория:  Наука  | Автор:  FedorenkoDA | Опубликовано: 31.07.2019

Парадокс дуализма инерциальных и неинерциальных систем отсчета и его связь с принципом относительности и принципом эквивалентности Эйнштейна

Федоренко Даниил Александрович,   2019 год. 

Наш интерес к парадоксам, возникающим в современной классификации систем отсчета (СО), связан прежде всего с тем, что эти парадоксы приводят к существенным проблемам  при попытке создать теорию великого обьединения (ТВО), в частности, на базе квантовой теории суперструн (КТС). Однако, КТС и другие гипотетические модели ТВО мы в данной статье подробно обсуждать не будем, а сосредоточимся лишь на рассмотрении основных парадоксов, связанных с понятием инерциальная система отсчёта (ИСО) и рассмотрим возможные методы решения этих парадоксов.

Прежде всего,  рассмотрим следующий мысленный эксперимент, который непосредственно связан с принципом эквивалентности Эйнштейна. Рассмотрим некоторую инерциальную систему отсчета, которую назовём ИСО1,  и в этой ИСО1 мы рассмотрим область однородного гравитационного поля (ОГП). Далее, пусть  лифт с непрозрачными стенками  свободно падает в этом гравитационном поле. А именно, мы предположим, что в начальный момент времени лифт находился в некоторой точке ОГП и покоился в ИСО1,  и,  затем, он начал двигаться с ускорением и никакие другие силы, кроме сил ОГП на него не действуют. Рассмотрим СО, связанную с лифтом (СОЛ). Пусть в ИСО1 находится первый наблюдатель, который покоится относительно данной СО. Первый наблюдатель, определит, что СОЛ - это неинерциальная система отсчёта (НСО), так как лифт движется с ускорением относительно ИСО1. Далее, рассмотрим второго наблюдателя, который находится внутри лифта и покоится относительно лифта. Согласно принципу эквивалентности Эйнштейна, второй наблюдатель не сможет определить наличие ОГП внутри лифта и заключит, что ОГП отсутствует. Для второго наблюдателя в СОЛ закон инерции Ньютона будет в точности выполняться и он определит, что СОЛ - это инерциальная система отсчета.

Итак, мы пришли к парадоксу, который можно назвать парадоксом дуализма систем отсчёта(ПДСО). Суть этого парадокса заключается в следующем: одну и ту же систему отсчёта один наблюдатель определяет как НСО, а второй наблюдатель определяет как ИСО.

Рассмотрим еще одну ситуацию, в которой возникает ПДСО. Пусть ИСО2 - некоторая ИСО. Пусть в некоторой области D пространствено-временного континуума в ИСО2 нет никаких гравитационных полей. И в ИСО2 мы рассмотрим лифт с непрозрачными стенками, с которым свяжем систему отсчёта СОЛ2. Пусть лифт движется прямолинейно и равноускоренно в D. Рассмотрим первого наблюдателя, который будет неподвижен относительно ИСО2 и второго наблюдателя, который будет неподвижен относительно СОЛ2 и находиться внутри лифта. Тогда первый наблюдатель определит, что СОЛ2  -  это НСО, так как лифт движется с ускорением относительно ИСО2. С другой стороны, второй наблюдатель, согласно принципу эквивалентности Эйнштейна, определит, что внутри лифта находится однородное гравитационное поле. Тогда,  с учётом силы со стороны ОГП, закон инерции Ньютона для второго наблюдателя в лифте будет точно выполняться, и второй наблюдатель заключит, что СОЛ2 - это инерциальная система отсчёта. Опять мы пришли к парадоксу дуализма СО: одна и та же СО для первого наблюдателя является НСО, а для второго наблюдателя эта же СО является ИСО.

В данной статье мы хотим не только констатировать наличие парадокса дуализма систем отсчета в современной науке, но и сделать предположение о том, что ПДСО может сыграть важную роль для решения основных задач современной теоретической физики. Поясним нашу точку зрения более подробно. В начале 20-го века после создания специальной теории относительности (СТО)  был сформулирован так называемый парадокс Эренфеста,  согласно которому отношение длины окружности к диаметру во вращательной системе отсчета может существенно отличаться от значения 3,14, и равняться, например,  5. (Под вращательной системой отсчёта мы понимаем такую СО, которая вращаеся относительно некоторой ИСО.) Детальный анализ этого парадокса привел Эйнштейна к заключению о том, что в НСО изменяется геометрия пространства-времени. А именно, в ИСО метрика пространственно-временного континуума евклидова, а в НСО эта метрика не евклидова. В дальнейшем это заключение привело Эйнштейна к созданию общей теории относительности (ОТО) и современной теории гравитации. Кроме того, Эйнштейну удалось обобщить принцип относительности (ПО) на неинерциальные системы отсчёта.

По нашему мнению, аналогичная ситуация может возникнуть в связи с ПДСО и ТВО. Детальный анализ ПДСО может привести к существенному изменению принципов построения КТС и, в итоге,  к созданию единой теории всех известных взаимодействий, которая будет обобщать как ОТО, так и стандартную модель квантовой физики (СМКФ).

Далее мы рассмотрим метод, который, предположительно, может решить ПДСО. В этом методе мы предлагаем обобщить принцип относительности Эйнштейна на понятие "инерциальность"  системы отсчёта. Мы предлагаем считать, что инерциальность СО - это относительное понятие и зависит от наблюдателя,  который исследует данную СО на предмет наличия у неё свойства инерциальности.

В таком случае, обобщенная формулировка принципа относительности (ОФПО) Эйнштейна примет вид:

(1)  Во всех системах отсчёта все физические явления протекают одинаково. При этом, для одного наблюдателя данная система отсчёта может быть инерциальной, а для другого наблюдателя эта же система отсчёта может быть неинерциальной.

Заметим,  что в настоящее время существуют две различные формулировки принципа относительности Эйнштейна, принятые в СТО и ОТО соответственно.  Принцип относильности в СТО имеет вид:

(2)  Во всех системах отсчёта, которые движутся друг относительно друга прямолинейно и равномерно,  все физические явления протекают одинаково.

В то время как в ОТО этот принцип следующий:

(3)    Во всех системах отсчёта все физические явления протекают одинаково.

С точки зрения ОТО формулировка (2)  является частным случаем формулировки (3). Однако законы стандартной модели квантовой физики выполняются только в ИСО, в НСО эти законы неверны. Поэтому с точки зрения СМКФ формулировка (3) неверна. Современной науке неизвестны методы, которые обобщали бы законы СМКФ на НСО. В этом состоит одна из основных трудностей созданияия ТВО как теории, объединяющей в себе принципы ОТО и СМКФ. Поэтому, не исключено, что, если ТВО будет создано, то в окончательном варианте ТВО придётся отказаться от ПО в формулировке (3) .  Учитывая это обстоятельство, мы приведем  предлагаемую нами формулировку ОФПО для СТО:

(4)  Во всех системах отсчета, которые движутся друг относительно друга прямолинейно и равномерно, все физические законы протекают одинаково. При этом,  для одного наблюдателя даная система отсчёта может быть инерциальной, а для другого наблюдателя эта же система отсчёта может быть неинерциальной.

Заметим, что в ОФПО ( как в формулировке (1),  так и в формуулировке (4)) присутствует понятие "наблюдатель". Именно наблюдатель определяет, является ли данная СО инерциальной или нет. В этом прослеживается связь ОФПО с Копенгагенской интерпретацией квантовой физики, что даёт дополнительное основание рассматривать ОФПО как важный принцип при построении ТВО.

Также заметим, что если ОФПО будет принят как один из основополагающих принципов физики, то это повлечёт за собой изменение формулировки Первого закона Ньютона(ПЗН). Принятая в настоящее время формулировка ПЗН следующая:

(5) Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, в которых если на материальную точку не действуют никакие силы или действие всех сил скомпенсировано, то материальная точка либо покоится либо движется прямолинейно и равномерно.

Если учесть ОФКП, то ПЗН примет вид:

(6)  Для каждого наблюдателя существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, в которых если на материальную точку не действуют никакие силы или действие всех сил скомпенсировано, то материальная точка либо покоится либо движется прямолинейно и равномерно.

Однако, не исключено, что ПДСО может быть решен другими методами, в которых не требуется рассматривать ОФПО. Возможно, более детальный анализ уравнений Эйнштейна в ОТО позволит объяснить ПДСО без каких либо дополнительных предположений. Данный анализ является одним из направлений дальнейших исследований при решении ПДСО.

В заключении, мы заметим, что если не рассматривать ОФПО как один из основополагающих принципов теоретической физики, то, на наш взгляд, имеется крайне мало возможностей решить ПДСО  какими-то другими методами.

Мы также надеемся, что ПДСО сыграет важную роль на пути объединения гравитации с другими видами взаимодействий, а ОФПО войдет в число осовных принципов окончательного варианта ТВО.



Контакты автора:   [email protected][email protected] .     Литература:   Бергман П. ,  Введение в теорию относительности,  М.,  Госиноиздат,  1947. Бергман П. ,  Загадка гравитации,  М.,  «Наука»,  1969. Вейнберг С. ,  Гравитация и космология,  М.,  «Мир»,  1975. Сиама Д. ,  Физические принципы общей теории относительности,  М.,  «Мир»,  1971. Эйнштейн А. ,  О специальной и общей теории относительности,  М.,  Госиздат,  1922. Грин М. ,  Шварц  Дж. ,  Виттен Э. ,  Теория суперструн,  Т.  1,  2.  М.,  «Мир»,  1990. Цвибах Б. , Начальный курс теории струн,  М.,  Едиториал  УРСС,  2011. Федоренко Д. А. , Новая формулировка первого закона Ньютона и связанные с ней понятия инерциальных систем отсчета и физической силы,  Каталог-статей.рф  (категория: наука) ,  2017.   
Комментарии
К этой статье пока нет комментариев. Станьте первым! У нас гости не могут комментировать статьи. Пожалуйста авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы прокомментировать.
Интересные статьи по теме
Аватар trtrans
Грузовой дирижабль В статье даётся краткое описание истории строительства и эксплуатации крупных дирижаблей. Содержится анализ вариантов и перспектив коммерческого использования дирижаблей в современных российских усло...
Категория: Наука | Автор: trtrans | Добавлено: 26.01.2007
Аватар O.Sedova
Измерение освещенности фотоаппаратом Освещенность (значение в люксах) можно измерить с помощью обычного цифрового фотоаппарата. Для этого используется встроенный в фотоаппарат экспонометр....
Категория: Наука | Автор: O.Sedova | Добавлено: 27.02.2013
Аватар Стрижак
Календарь стабильный в новом проекте 71/400 В статье излагается проект постоянного календаря со вставной неделей и циклом 71/400, способный решить актуальную на протяжении многих десятков лет реформу григорианского календаря....
Категория: Наука | Автор: Стрижак | Добавлено: 04.12.2014
Аватар Хуратов Б.А.
Радиационно-экологическая оценка освоения майкопских глауконитовых песков Рассматривается применения глауконитовых песков на территории РА, а так же их влияние на радиационный фон при внесении в почву в качестве минеральных удобрений....
Категория: Наука | Автор: Хуратов Б.А. | Добавлено: 08.04.2011
Аватар Леухина Л. Е.
Политическая элита: подходы к изучению Статья посвящена проблеме изучения политической элиты. В частности,рассматриваются различные подходы к изючению политической элиты....
Категория: Наука | Автор: Леухина Л. Е. | Добавлено: 14.08.2009
Лучшие авторы
Аватар libee
Копирайтер, участник Копирайтерской Лиги Павла Бе...

Читать

Аватар desil
журналист-копирайтер-поэт-музыкант-исполнитель

Читать

Аватар инваполис
Главный архитектор проектов в проектном бюро Инвап...

Читать

Аватар sharos
По образованию физик, в настоящий момент м.н.с. в ...

Читать

Аватар missia-life
Улучшательница жизни.Выбор есть всегда...

Читать

Свежие комментарии
Беговая дорожка которая используется для бега, а не для ходьбы. Она ре...

Читать

Спасибо за полезную информацию, эти знания и правду пригодятся многим ...

Читать

Считаю, что Minecraft заслуживает популярности, потому что хорошо влия...

Читать

Обсолютно согласен

Читать

Напишите нам