Закон Неэквивалентности Взаимодействия кинетически эквивалентных систем.
Итак, в который раз встаёт вопрос: Можно ли применять Принцип Относительности Галилея -Эйнштейна к системе: Тело и среда?
Иными словами, можно ли считать случай, когда среда покоится в нашей лабораторной системе отсчёта, а тело движется относительно неё ЭКВИВАЛЕНТНЫМ случаю, когда среда движется в нашей системе отсчёта, а тело покоится?
Интуитивно физика уже много столетий отвечала на этот вопрос безусловным 'ДА'.
То есть неважно, движется ли тело относительно среды или среда относительно тела. Все процессы в них будут протекать одинаково. Мол, какая разница, что движется? Абсолютного движения ведь не существует!
Проблема, однако, в том, что это 'очевидное' равенство ситуаций (как нам представляется) совершенно не подкреплено никакими серьёзными научными доводами или экспериментами.
Напротив! Есть ряд экспериментальных данных и много фактов из практики (мной неоднократно уже упомянутых в разных заметках по теме), которые явно противоречат этому 'ОЧЕВИДНОМУ ДА!'
(В заметках об аэродинамике и о сверхтекучести гелия два.)
Тут есть две 'тонкости'.
Процитируем сначала Принцип Относительности, как он был сформулирован Эйнштейном в его первой работе о Специальной Теории Относительности (СТО) в статье называющейся 'К электродинамике движущихся тел' в 'Анналах Физики' 1905 года.
'Законы, по которым изменяются состояния физических систем, не зависят от того, к которой из двух координатных систем, движущихся относительно друг друга равномерно и прямолинейно, эти изменения состояния относятся.'
Это первый постулат СТО. Законы физики одинаковы в разных инерциальных системах.
Второй провозглашает постоянство скорости света по отношению к любой системе, участвующей в равномерном и прямолинейном механическом движении. Скорость света по отношению к любому телу всегда одна и та же. Независимо от его упомянутого состояния движения или покоя. Движется ли тело к источнику света, от него или перпендикулярно по отношению к его лучу света, скорость света относительно него всегда будет одной и той же: С = 300 000 км/сек
Обратим внимание на то, что в первом постулате идёт речь о НЕЗАВИСИМОСТИ ЗАКОНОВ, ПО КОТОРЫМ ИЗМЕНЯЕТСЯ СОСТОЯНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СИСТЕМ, от их относительного прямолинейного и равномерного движения друг относительно друга.
Но в нашем случае СРЕДЫ и ТЕЛА мы рассматриваем не столько ИХ 'Внутреннее состояние', а ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ДРУГ С ДРУГОМ!
О котором в постулате эквивалентности (Принципе Относительности) не говорится ни слова!
Это уже накладывает ограничивающее, если вообще, НЕ ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ такого эквивалентного сопоставления, условие! То есть применять принцип эквивалентности здесь нельзя, ибо речь идёт не о собственно физическом состоянии каждой из двух систем, а об их физическом ВЗАИМОДЕЙСТВИИ друг с другом.
Вторая 'тонкость', касающаяся как раз их 'собственного состояния'.
Принцип эквивалентности неявно преполагает, что две системы исходно одинаковы по своим основным физическим параметрам, и, если они меняются, это происходит одинаково и 'симметрично' при их взаимном движении.
Но и здесь ситуация со средой и телом НЕОДИНАКОВА: Тело, независимо от того, покоится ли оно в нашей системе отсчёта или движется, не изменяет существенно своих базисных качеств, в то время как среда изменяет и сильно. Для наглядности, если мы посадим наблюдателя на электрон, движущийся даже в ускорителе, то есть неравномерно и не прямолииейной, то наблюдатель скажет, что он неподвижен, а окружающий его мир летит ему навстречу ускоряясь и изгибаясь.
Теперь сделаем то же с телом в среде. Он скажет, что он неподвижен, а среда летит ему навстречу. Но, если мы посадим наблюдателя в лодку или на воздушный шар в потоке среды, то он НЕ СМОЖЕТ СКАЗАТЬ, что он неподвижен относительно других частей своей системы (Потока и лодки/шара в нём), ибо они движутся и вертятся в вихрях относительно него. Это явно не равномерно и не прямолинейно движущаяся среда.
То есть мы видим ещё и второе ограничение и запрет считать тело и среду идентичными системами, независимо, покоятся ли они или движутся. Значит снова мы натыкаемся на запрет использовать Принцип Кинематической Эквивалентности к случаю взаимного движения тела и среды. Тело от движения в среде практически не изменяет своих параметров. Среда же, в зависимости от её состояния покоя или движения, ИЗМЕНЯЕТ свои физические параметры, причём радикально.
В газах и воде в состоянии их покоя действует закон Паскаля. В случае их движения этот закон уже недействителен. Среда, в зависимости от её скорости, может быть потоком ламинарным или турбулентным (вихревым), опять её физические параметры радикально меняются уже не просто от покоя или движения, а даже от величины её скорости!
Таким образом мы вернулись к заголовку этой заметки:
К Закону о НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ДВУХ СИСТЕМ, совершающих друг относительно друга вроде бы равномерное и прямолинейное движение. Которого тоже на самом-то деле и нет!
В связи со всем вышесказанным возникает некая логическая 'вилка', раздвоение.
Или надо дополнить Принцип Эквивалентности 'Законом о НЕЭКВИВАЛЕНТНОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ', то есть всегда применять их вместе как пару неких законов, неотделимых друг от друга!
Или дополнить само определение процитированного ранее принципа относительности словами: 'При условии, что две физические системы изначально идентичны по своим физическим параметрам, и они сохраняют эту идентичность также в процессе взаимного движения друг к другу.'
Если они НЕ СОХРАНЯЮТ указанной идентичности, Принцип Эквивалентности (Относительности) применять к ним нельзя!
Faciant meliora potentes.
23 I 2024
P.S. Ещё одна мыслишка относительно причины какой-то догматической приверженности людей к применению Принципа Относительности в ситуациях, явно НЕ подходящих для этого:
Неверное определение понятия Инерциальной Системы Отсчёта (ИСО), основывающееся на кинематике, а не динамике.
В ряде ранее написанных заметок я приводил примеры того, что кинематическое определение ИСО , как систем, движущихся равномерно и прямолинейно друг по отношению к другу, вводит нас в заблуждение и, что ещё хуже, неявно, предполагает принятие идеи Абсолютного Неподвижного Пространства, относительно которого и рассматривается движение тел. (См. например, 'Инерциальны ли Инерциальные Системы Отсчёта?')
Правильное, точное и единственно верное определение ИСО звучит так:
Инерциальной Системой Отсчёта является система, в которой соблюдаются Законы Ньютона. Проще говоря, тела в ней не изменяют своего состояния 'самопроизвольно', спонтанно, а лишь под действием некоторых сил. Так что, определение, данное Эйнштейном, страдает подбором неудачных понятий:
Определние чисто кинематическое.
Вместо термина Система Отсчёта - Координатная система.
Последнее, вообще, крайне не подходящее, ибо здесь используется эклектическая смесь двух совершенно разных понятий: Физической системы, проще говоря, некого материального тела и 'жёстко скреплённой с ним' чисто математической абстракции - Координатной системы, понятия, бессмысленного с точки зрения физики.
(Снова, эта тема обсуждалась в моей упомянутой ранее заметке)
Наглядный пример: Едет поезд равномерно и прямолинейно. Вдруг все вещи и пассажиры САМИ СОБОЙ срываются с места и устремляются вперёд, в направлении движения. Это НЕинерциальная Система Отсчёта (НеИСО), ибо поезд резко затормозил и поэтому всё 'само собой, по инерции' полетело вперёд.
Ещё один пример, схожий. Опять едет поезд и вдруг всех пассажиров и предметы какая-то неведомая сила сдвигает вбок, к одной боковой стенке вагона. Почему? Потому что поезд довольно быстро совершет крутой поворот. Снова - НЕинерциальная система отсчёта.
Если рассматривать состояние среды в движении или в покое, то при движении она сама уже перестаёт быть ИСО, в ней появляются вышеперечисленные градиенты скорости потоков и завихрения, что явно никак не характеризует ИСО!
Итак, неудачное кинематическое определение понятия ИСО 'подталкивает' наше мышление к ошибочному представлению о физической эквивалентности взаимного движения тела и среды и эквивалентном характере их взаимодействия.