ローレンツ収縮の物理的理由、光速の不変性などの説明。

慣性座標系における光速の不変性については誰もが知っていますが、科学はまだ物理学を説明できません。この現象のメカニズムの性質。



現象の数学的モデルは、すべてのプロセスが4次元の時空間で行われることを前提としています。SRT現象は、座標系の回転の変換中にイベントの間隔を保存することから始まります。現実が、いわば数学的構造に及んでいることは否定できません。さらに、想像上の数が、実際には想像もできないほど、それらの中でほぼ完全に重要な役割を果たすという事実は、科学の成功を損なうものではありません。 E.マッハでさえ、観察された現象が公式でよく記述されている場合、説明は不必要であると述べました。そして、この経験的批判については議論しないでください。



数学者は抽象化を発明し、それらを現実に試してみます。したがって、特異点、ワームホール、その他のエキゾチックなもの。あるいは、たとえば、ローレンツの収縮の原因が仮説上想定された物理的メカニズムであった場合、世界についての私たちの考えがどのように変わるかについて、空想に値するかもしれません。何故なの？

1ローレンツ収縮の身体的原因

最初に、粒子、原子、分子が物理場を通じて相互作用する一見明白な格言を表現します。もちろん、それらは量子粒子を交換すると言うこともできますが、現在は相対論の分野で取り組んでいるため、今のところ量子については忘れます。したがって、最初の素晴らしい仮定は、粒子が特定の構成に追加されてボディを形成するのは、電界効果の相互のバランスが正確に原因であるということです。一部の粒子が平衡位置から外れると、そこから電界の乱れが発生し、残りの粒子が移動します。これにより、この粒子に逆の電界効果が発生します。



そして、第二の仮定は、ということです場の乱れは、ある一定の速度で、ある共通の空間を伝播します。そして、この仮定の素晴らしい性質は、科学によれば、フィールドは4次元時空（P-W）にそれ自体が存在し、何にも広がらないということです。一般に、科学では困難です。フィールドが広がり、1つの3次元空間に存在すると仮定します。ここには、地球と星があります。これは言うまでもなく誰も知らないようですが、何が起こるか見てみましょう。数式を気にする必要がない人は、選択したテキストのみを読むように制限できます。



したがって、粒子間に相互作用時間があることに同意しますこれは、彼らへの憤りが到着した時間と、彼らからの応答が戻った時間で構成されています。その結果、以前のボディの構成は徐々に徐々に確立されます。
^{図1粒子の位置を決定する電界の影響}

体の任意の点について、相互作用時間が等しい点と、この点と等時性と呼ぶ点のグループを区別することができます。状況は図1に反映されています。当然のことながら、静止状態では、ある点の周りの_静止半径Rの球は、それと等時性のある点の軌跡（GMT）です。各瞬間における粒子



の動きは、粒子と等時性のすべての粒子グループの全体から同時に加えられる合力の合計によって決定されることに注意してください。...ボディが動くと、ポイント2、3などのセットによって形成されるGMTの表面がどのように変化するかを調べてみましょう。ポイント1との相互作用時間が同じであり、球ではなくなった可能性があります。

ボディポイント1と2が相互に固定され、速度Vで右に同期して移動するとします。 1つの点が原点にある場合、摂動フィールドは点2に送られます。文字Aでマークされた点の相互配置  。
^{図2体のポイントのフィールド相互作用のスキーム-前後}

妨害がポイント2に到達すると、距離V∙t _{1を移動し}ます。マークされたポイントを文字Bで配置します。外乱がポイント2からポイント1に戻る間、ポイント2は距離をカバーしますV∙t ₂。彼らの新しいポジションはCでマークされています。



式（1）は、ピタゴラスの定理に従って、図2の距離を表し、それらから得られる（2）は、時間t ₁およびt ₂を計算するための方程式であり、その値は、根の正の値に対して式（3）および（4）によって与えられ、ここでβ = V / c。



式（5）は、障害の送信から応答の受信までの相互作用時間の値を示します。



（5）から、ポイント1の相互作用時間が同じであるアイソクロナスポイントの幾何学的な場所の座標xおよびyについて式（6）を取得します。
。式（6）により（X軸方向）の動きの方向に沿って圧縮され、図3に示した楕円を記述する- （β1√ ²）ローレンツの式によれば、ある時間、。静止している球のサーフェス上のポイント  2は、移動中、位置2 'に移動します。この場合、静止しているポイント1と等時性であったマテリアルポイントは、移動中も等時性のままです。
^図3

だから、移動するときに、材料のオブジェクトが物理分野の非常に「絵」はスペースにその完全性を保証する、圧縮されているからこそローレンツに応じて圧縮されています。



ローレンツ収縮は、オブジェクトの各ポイントを囲むすべての等時性ポイントで同じであるため、移動するオブジェクト全体が運動軸に沿って均等に収縮します。

2.時間拡張の式の導出

オブジェクトが動いているときの相互作用時間を、静止時の相互作用時間と比較して決定してみましょう。

式（7）は、

式（6）に従って、移動中のポイントの座標を静止時の座標に関連付けます。式（8）は、静止時の相互作用時間を計算します。式（9）と（10）は、式（7）の_残りの座標xとyの値とRの値をそれに代入することにより、式（6）から得られました。式（11）は（10）と同等です。 （11）から式（8）の左辺を代入して得られる式（12）は、静止時と運動時の相互作用時間を結び付けます。従来の形式では、これは式（13）に反映されます。ここで、T ₀は静止オブジェクトのイベント間の時間間隔であり、Tは、動いている物体の同じイベント間の時間間隔です。
したがって、動いているオブジェクトのすべてのポイントの相互作用時間は、静止時の相互作用時間と比較して、ローレンツに従って同じ割合で増加します。したがって、一般に、移動オブジェクトのすべてのプロセスは、実際には同じ点で遅くなります。

時間を遅くする理由は、相互作用する粒子の後方からの電界の乱れが運動方向の前方の粒子に追いつく必要があることを考慮に入れれば理解しやすくなります。体の速度が光の速度にほぼ等しい場合、追いつくのに長い時間がかかり、体の速度が光の速度に等しい場合、追いつくことはありません。体内のすべての変化が止まり、体内の時間も止まるようです。

3.光速等不変現象の説明

思考実験をしましょう。列車の最後の車から光のパルスが放出され、先頭の車で受信されます。光がそれ自体のシステムで既知の長さL _0のトレインの通過に費やす時間T ₀を測定する必要があります。証明では、空間の均一性と等方性に関する仮定を使用します。特に、列車の前半と後半、および順方向と逆方向で同じ測定結果を仮定します。ただし、厳密に言うと、これらの仮定は実験の場所と時間内でのみ有効です。^{図4。動いている列車の光速を決定するための思考実験}




列車の最後の車から信号を送信する瞬間とその前の車のタイムカウンターの開始を同期させるために、列車の中央から両端に光の開始パルスを使用します。



列車の中央からの開始信号が最後尾に到達すると（時間  t ₁）、光パルスが送信されます。開始信号が列車の先頭に到達すると（時間  t ₂）、送信されたパルスが到着するまでカウントダウンが始まります。

光が尾に到達するとき、その速度は列車の速度に加算され、頭に到達するとき、列車の速度が減算されます。式（1）〜（6）で以下の関係が得られます。
時間T = t ₃ -t ₂は時間間隔です。列車のオブザーバーによれば、それは、列車の終わりから信号を送信する瞬間のイベント（そこで開始信号を受信する瞬間から）と列車の先頭で受信する瞬間のイベントを分離します。

（6）から式（7）が得られ、それを（8）の形に変換します。さらに、ここですべての量L、T、およびtは、思考実験が行われている空間の外部の観察者の参照フレームで測定されることを考慮に入れます。しかし、オブジェクトが空間を移動すると、その長さは、第1章で証明されたように、実際にはローレンツ収縮を受け、イベントの時間は、第2章で証明されたようになります。、実際には同じ回数だけスローダウンします。式（9）と（10）に反映されている静止時よりも長く進みます。これらの比率を式（8）に間隔T-列車の尾部から先頭までの光の移動時間に代入すると、関係（11）が得られます。

しかし、静止しているこれらのT ₀とL ₀は、移動中の列車に関連付けられた慣性基準座標系（IRF）で測定された、同じイベントの独自の時間と長さにどのような関係がありますか？明らかに、それらは同等です。実際、時間と長さは、標準との関係を通じて数値で表されます。したがって、静止状態で取得された、何かの時間的および空間的座標の測定は、数値的になります。移動ISOで作成された同じ測定値と同じです。移動すると、測定値と標準の両方の値が比例して変化するためです。

問題は、空間を移動するときに、それらがどのように正確に変化するかです。列車での思考実験は、IFRで測定された光速の数値が空間での速度の値に等しいままであるように、列車が変化することを証明しています。これはまさに、アプリオリに明白でなく、必要な証明ではなかったものです。「光速の恒常性の仮説」は、ローレンツ収縮のみの事実から派生していることが

わかります。これは、物質の位置が伝播速度と空間内の物理フィールドの構成に依存することから数学的に導出されます。

この図を完成させるために、列車の移動中の光の速度も定義します。たとえば、互いにS _0の距離にある車両の壁の間です。これを行うには、光パルスの移動時間（2・t ₀）を前後に測定します。 「ある」と「ある」の明らかな対称性を考慮して、「ある」のみを検討します。外部観察者のシステムでは、図5に示すように、空間の動きが発生します。

したがって、（c・t）²  = S ² +（V・t）^2があります。ここで、t = S /（c・√（1-β²））が得られます。ここで、β= V / cです。

列車システムでは、適切な経過時間t ₀関係t = t ₀ /（√（1-β²））によって空間を通過する時間と接続されます。この式を空間のtの式に代入すると、t ₀  = S / cになります。
^{図5。移動中の列車の光速を決定するための実験/}



同じt ₀に対する列車自体のシステムでは、関係t ₀  = S ₀ / c _0があります。しかし、横方向の寸法は移動中に変化しないため、S = S ₀、c ₀  =  cとなる。

ビームの任意の方向に対して測定された光速の不変性を証明する必要はないと思います。これは不必要な複雑さを追加するだけです。証明された光速の不変性を考慮すると、ローレンツ変換（L）を簡単に推定でき、マクスウェルの方程式や数学的に抽象的なミンコフスキー空間に何の魅力もありません。

4.ローレンツ変換の導出

イベントは、参照システム{X '、Y'}の変更されていない座標x 'およびy'にあるポイント " E "に光パルスが到着し、固定IFR {X、Y}に対して速度Vで移動し、両方のCOの点OとO 'は一致しました。^図6。 CO {X、Y}で測定される独自のCO {X '、Y'}長さLでは、x '座標が対応します。イベントの場合、方程式系（1）は有効であり、（2）、次に（3）および（4）を取得して解きます。 動いている物体の長さはローレンツに従って圧縮され、光速は第3章で証明されているように、どのFRでも同じであるため、適切なx 'そして






t ' {X'、Y '}関係（5）は有効です。 （5）から（3）に関係を代入すると（6）が得られ、（4）に代入すると（7）が得られます。運動の相対性のおかげで、移動システム{X、Y}を考慮することができますが、（6）と（7）では、陰影のない変数を陰影のある変数に置き換える必要があり、速度 Vを反対の符号で取るか、単に xと tに関してシステムを解く必要があります。

結果として、座標のローレンツ変換の正規形と異なるIFRのイベントの時間の式（8）が得られます。

PLを純粋に形式的な数学的方法として使用する場合、SRT現象の物理的メカニズムは明らかではありません。したがって、相対論的ドップラー効果に関する以前の記事では、光の収差、および移動する傾斜ミラーからの反射の法則、SLは、これらの現象の物理的な理由を示すために原理的に使用されていません。

5.相対性の原理とその適用可能性の制限の正当化

図1のダイアグラムで静止している場合、ポイント1からそれと等時性のポイントのGMTへの外乱が同時に来た場合、図2のダイアグラムで移動すると、これは満たされなくなります。このGMTの各ポイントでは、妨害への応答が異なる時間に作成されますが、それらは同時にポイント1に収束します。問題は、結果が静止時と同じになるかどうかです。



上記で証明されたように、IFRでは、測定された適切な時間とすべてのポイント間の距離が静止時と同じになります。その結果、たとえば、開始された期間の数任意のポイント間の電磁波は静止時と同じになります。任意の構成のフィールドの摂動は、一連の単色調和関数の展開で表すことができるため、固有システムのすべてのフィールドの構成と強度は、それぞれ静止すると同じになります。その結果、身体を形成するフィールドの位相関係と同期は侵害されず、その中のすべてのプロセスは休息中と同様に進行します。



これは宣言まさにアインシュタインの「相対性理論の原則」である、と、私たちが見るように、それは数学的に必然的に2つの仮定から推定された（第1章を参照してください）、私はあなたを思い出させ：最初：という現実の粒子の位置はフィールドの構造によって決定され、そして第二、その場の伝播は有限の速度で発生します。



つまり、相対性理論の原理は、すでにそうであったように、アプリオリな普遍的な原理ではなく、結果であり、適用の明確な限界があります。特に、光速は世界定数という意味ではなく、特定の空間領域における特定の光速です。また、場所によっては、重力などの局所的な物理フィールドとの相互作用により、異なる場合があります。したがって、まったく同じ相対論的公式になる2つの選択肢があります。

• 第一に、正統的かつ科学的：相対論のアプリオリな真の原理を仮定する必要があります。
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...

最初のケースでは、SRT の現象は説明を必要とせず、その原因とメカニズムは不明のままです。「なぜ？」という質問 それも科学の外にあることが判明します。

2番目のでは、仮定はかなり論理的であり、仮定する必要は何もありません。また、相対論の他の理由が科学で受け入れられている場合に限り、仮定は「素晴らしい」ものです。「なぜこのようなSRT現象なのか」という質問に対して。ここでは、明確でほとんど取るに足らない説明が与えられています。しかし、物質の性質とそれが物理的なフィールドとどのような関係にあるのかを知ることが急務です。



したがって、私たちはさらに空想を続けていきます。

6.式E =Mc²とダイナミクスの方程式の導出

最初に、力が相対論的速度でどのように変換されるかを見てみましょう。力のバランスのとれたモーメントが作用する体のボリューム要素を選択してみましょう。物体が動くと、選択した要素の縦方向のサイズ（運動の軌跡に沿った）は、ローレンツ係数に従って減少します。要素のバランスを保つには、動きに垂直な力がまったく同じ比率で増加する必要があります。
^図7。

動きに平行な力の大きさは変化しません。次の式の力のベクトル展開では、動きの方向に対する向きへの力の依存係数を考慮する必要があります。



ボディの特定の速度への加速は、加えられた力によって実行されるため、ある程度の作用があり、それによってボディのエネルギーが増加します。そして宇宙に分散した物体と静止した物体の違いは何ですか？ローレンツによると、オーバークロックが圧縮されているという事実。第1章では、特定のポイントを囲むポイントの軌跡（GMT）の数式が導出され、そこから物理フィールドの相互作用時間が同じになります。このGMTは、ローレンツに従って運動方向に圧縮された楕円体であることがわかります。この楕円体の体積Wがローレンツ収縮に比例して減少するという事実に注目してみましょう。これは、以下の式（1）に反映されています。さて、ボディが加速されると、力の仕事はそれが占めるスペースのボリュームを圧縮することに費やされるという本当に素晴らしい仮定を立てましょう、その後、自由な動きでは変化しません。少なくとも、この仮定は、空間が曲がったり膨張したりする可能性があるという科学的格言よりも悪くはありません。



このエネルギーEは、式（2）、または式（1）を代入した後の式（3）に従って圧縮することができたボリュームに反比例するとします。

Eを（3）からテイラー級数（4）に展開します。ここで、（5）は、低速での最初の近似における速度からのエネルギー増分です。しかし、低速では（6）にも等しくなります。 （5）と（6）を比較すると、（7）と（8）が得られます。 （8）を（3）に代入すると、（9）が得られます。これは、圧縮された空間内の物体のエネルギーと残りの質量を結び付けます。

相対論的な質量を式（10）で表すと、（2）を代入すると、質量とエネルギーに関連する既知の式（11）が得られます。 （9）と（11）を比較すると、（12）が得られます。
質量は、圧縮空間で消費されるエネルギーのもう1つの定式化です。そしてこの意味でそれらは同等です。そして、物質は体が占めるスペースの領域を「マーク」するだけです。システムの



総エネルギーEの変化、つまり空間の圧縮エネルギーは、ニュートンの古典力学に完全に従い、経路ごとの力の積として加えられた力の仕事に等しく、システムの運動量Pの変化は、同じ力とその作用時間の積に等しくなります。これらの依存関係は式（13）に反映されています。それらに（11）からのエネルギーと運動量Pの式を代入した後式（14）から、方程式（15）のシステムが得られます。これは、ベクトル形式で（16）に小さな増分の形で記述されます。次に、時間で微分して、相対論的ダイナミクスを記述する微分方程式系（17）を書き留めます。力Fは外部であり、システム変数の変動に依存しないため、微分する必要はありません。（12）の質量の式を式（A）に代入すると、直線運動のよく知られた相対論的式（18）が得られます。
方程式系（17）から、質量の速度依存性を見つけることができます。置換F式（からB式（へ）A）とにより等価の両側を分割c²、モーションの軌跡に沿って加速すると、式（19）と（20）が得られます。そこから統合すると、式（21）が得られます。これは、相対論的質量の対数式（12）と同等であることが簡単にわかります。ここで、constは、残りの質量m _0の対数に等しくなり_ます。これは、質量の速度へのこのような依存性が、式（16、17）でエネルギーMc²と運動量M・Vの対応を保証することを意味します。また、ここから、元の式（9）で記述されているように、静止質量として以前に仮定した値は、速度に依存しない定数であることもわかります。そしてそれは、空間圧縮の程度に対するエネルギーの依存性に関する私たちの仮定が正しいことを意味します。



もちろん、スペース圧縮の主張はあまり説得力がありません。スペースがパーティクルとボディの空のコンテナであると想定されている場合、どのようにボイドを圧縮できますか？空は空のままです。しかし、科学はそれ自体が空の空間の曲率について話すことを可能にします-公式はそれを必要とします。ただし、厳密に言えば、その空間は数学的な抽象概念です。



しかし、スペースは空ではなく、圧縮された状態ではなく、空であると認識されていると思われる何らかの問題で満たされているとかなり合理的に想定できます。...たとえば、圧縮応力下にある場合、材料の粒子とボディがあります。これらがその中で静止しているとき、この問題のセクションの圧縮の程度（エネルギー）は体の静止質量に対応し、その加速度により、体の圧縮の程度（エネルギー）と対応する質量の両方が増加します。



そして、この物質的環境では、粒子の位置と相互作用を決定する物理フィールド（「非常に」主要なものまで-これは空想化され続け、存在しない環境からフィールドを集束させる現象であることが判明します）が存在し、特定の速度で伝播する可能性があります）、残りと運動エネルギーは、それらが占める一次物質の領域の圧縮の程度によって決定されます。実は相対論的力学の方程式は、ちょうどこれらの応力の不均一性の運動記述（材料体）プライム問題で。見て分かるように、マイケルソンの実験とローレンツ変換との矛盾はありません。