19 октомври 2019
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Говорят медиците
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Гаражните гении срещу Айнщайн или ефектът на Саняк

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 08 ноември 2015 в 08:491939113

Специалната теория на относителността (СТО) е трудна за осмисляне, ако не се подходи внимателно към нея, понеже изводите ѝ влизат в конфликт с опита, който имаме в ежедневието.  Отново ще цитирам Ричард Докинс: „Ние сме създадени като граждани на "Средния свят" . В нашия свят  движението със скорости близки до светлинната е немислимо и ефектите, описани от СТО изглеждат невероятни. Ще цитирам в свободен текст Нийл Тайсън, който говорейки за Птолемеевата астрономия каза – „хората векове наред са приемали една система, която е неправилна, но „има смисъл““. Критериите ни за смилено и безсмислено обаче са базирани на опита, който имаме живеейки в нашия „среден свят“, където виждаме много ограничена част от реалността. За останалата част можем да получаваме знания чрез приборите, които правим. Така например, всеки е наясно (или поне всеки, който е ходил на училище и си е отварял поне половината ухо, да чуе, к'ви ги плещи даскалът),  че освен видимата светлина има много лъчения, които не се виждат. Подобни лъчения ползваме постоянно в бита – радио и телевизионните предавания, микровълновите фурни, мобилните телефони, GPS  и т.н.  Обаче ефектите, които се използват във въпросните уреди са неразбираеми за широкия кръг потребители. Какво се случва на ниво атоми е електрони е непонятно за повечето  хора, освен за тесен кръг „посветени“ - учените и инженерите, които разработват въпросните технологии.

Релативистките ефекти - т.е. тези, случващи се при движение със скорости, близки до светлинната са пряко наблюдавани от още по-малък кръг хора. Предимно астрономи и физици, работещи с ускорители на елементарни частици или с космически лъчения. За това и изводите на Теорията на Относителността (ТО) за повечето хора са трудни за осмисляне. Не случайно ежедневно се появява поредното „опровержение“ на ТО. Всичките обаче се оказва, че са от хора, без нужните познания без да са вникнали в същността на теорията, и незапознати с експериментите, които я потвърждават.

Още през 1636 година Галилей е формулирал принципа за относителността. До тогава хората се доверявали на Аристотел, според когото покоят е естественото състояние на телата и ако те бъдат приведени в движение, постепенно спират. Галилей сменил покоя с движението. Освен това показал, че не може да се твърди дали една система се движи, без да се сравни с друга. Известен е от училище мисленият експеримент, който Галилей предложил, за да покаже, че движението е относително. Той разглежда кораб, който е или в покой или се движи равномерно и праволинейно. Каквито и експерименти да се правят в кораба, каквито и животни да се наблюдават, не може да се разбере, дали корабът се движи, или е в покой, без да се погледне навън.

Принцип на относителността на ГалилейИлюстрация на базата на картината на Антонио Якобсен (Antonio Jacobsen - The American clipper ship Flying Cloud at sea under full sail)

Във съвременен вариант, Принципът на Галилей за относителността гласи, че механичните процеси действат еднакво във всички инерциални отправни системи. Тоест такива, които се движат равномерно и праволинейно една спрямо друга.

При Галилей нещата са ясни и разбираеми за всички, за това и може би няма „опровержители“ на Галилей. Какво се променя при Айнщайн и релативизма?

Знаем, че дълго време учените са търсили средата, в която се разпространява светлината (защото ясно е, че вакуумът не е проблем за нея) – мистичният етер. Ако бе открит етерът, щеше да има една абсолютна отправна система и движението на всички да може да се отчита спрямо нея. Обаче безбройни експерименти, от които този на  Майкелсън и Морли  е най-известният показват, че етер няма. От това следват странните на пръв поглед и противоречащи на ежедневната логика изводи, че няма абсолютна инерциална отправна система. Обаче има нещо друго, което е абсолютно – скоростта на светлината във вакуум и тя е еднаква във всички инерциални отправни системи! Това е изводът, който бърка в очите на безброй антирелативисти и с който те не могат да се примирят и се мъчат да нагласяват факти и сметки така, че да се избавят от него. Даже и при такива, които привидно не оспорват този факт се оказва, че в изчисленията, които правят, за да докажат тезите си го пропускат и за това не им излизат сметките.

Днес обаче ще се спрем на един експеримент, който много антирелативисти смятат за Свещения граал на техните хипотези – опита на Саняк.

Ефектът на Саняк е може би най-много цитираният като противоречащ на Теорията на относителността. Даже в Google при търсене на български излизат с едно-две изключения само статии на антирелативисти.  Парадоксалното е, че въпросният ефект всъщност доказва ТО, защото единствено с релативистки пресмятания могат да се  получат резултатите от опитите. Но да обясним по-подробно, за какво иде реч.

Червените и сини точки представляват срещуположно разпространяващите се фотони, сивите точки представляват молекулите на въртящия се пръстен. Източник: wikimedia


Ефектът на Саняк най-общо казано се състои в това, че ако по въртящ се пръстен се пуснат две еднакви електромагнитни вълни, вълната която се движи по посока на въртенето и тази, която е срещу нея пътуват за различно време. Ако кръгът не се върти, времето за което двете вълни достигат датчика е еднакво. Казано по-точно, двете вълни придобиват фазово отместване, което може да се засече с итерферометър – получава се интерференционна картина.

Въпросният пръстен може да бъде от оптично влакно, по което се пускат светлинни импулси. Може да е проводник, по която се пускат електромагнитни вълни извън оптичния диапазон. Може да бъде оформен с огледала. Резултатите са еднакви, фазовото отместване при въртене е право пропорционално на ъгловата скорост на въртене, на площта, заградена от пръстена и на честотата на вълната. Това е кинематичен ефект на Специалната теория на относителността и е резултат на релативисткия закон за събиране на скоростите.

На въпроса „Защо пък да е релативистки, няма ли други обяснения?“ отговорът е прост – единствено с използване на релативистки изчисления се получават резултатите от експериментите! Всеки друг опит за обяснение води до погрешни резултати. В [1] (Г.Б. Малыкин, Эффект Саньяка. Корректные и некорректные объяснения) са показани много примери на неправилно обяснение на ефекта и защо въпросните обяснения не работят.

Но като потърси човек информация може да се натъкне на много статии, твърдящи, че ефектът няма нищо общо с релативизма. Например в [2] . Обаче с прости сметки се доказва, че с помощта на класическата физика, няма как да получим разлика във времето, за което двата лъча обикалят кръга.

Тук стигнах до дилема. Първоначално мислех да запълня статията с формули. Но това е научно популярно издание, което е за много широк кръг читатели и рискуваме да отегчим голяма част от тях. А целта на подобни издания е освен да популяризират науката, да са и забавни, а не отегчителни. За това избрах компромисно решение. Ще вмъкна съвсем малко формули, само такива, за които са достатъчни знанията от училище, а за по-сложните обяснения ще дам препратки. Разбира се, който иска, може спокойно да прескочи формулите.

Да разгледаме фигура 1. Нека пръстенът да е направен от оптично влакно с коефициент на пречупване N. Скоростта на светлината във влакното тогава ще е:

k = c / N .

Нека пръстенът се върти в указаната на фигурата посока с ъглова скорост ω, или с линейна скорост ν = ω.r. Още от началните класове знаем, че времето за изминаване на даден път е равно на пътя, разделен на скоростта на движение. А пътят, когато става въпрос за окръжност е 2.π.r. Така че, ако с u +/- означим съответно скоростите на светлината във влакното по посоката и срещу посоката на въртенето:

u+ = к + v ,

съответно

u+.t+ = 2.π.r + vt+ ,

и времето ще бъде:

t+ = 2.π.r / (u+ - v)

или

t+ =2.π.r /k

Аналогично, за времето в обратна посока се получава:

u- = к - v ,

u-. t- = 2.π.r - vt- ,

и времето ще бъде:

t- = 2.π.r / (u- + v)

или

t- =2.π.r /k

Виждаме, че с класически сметки, резултатът от експеримента не се получава, понеже двете времена излизат еднакви.

Ако приложим обаче релативисткия подход, ще видим, че времената се различават. За последен път ще напиша формула, с риск да загубя голяма част от читателите понеже тя също е от училищните знания. Поне, по наше време в 11-и клас се учеха Лоренцовите трансформации, днес не знам как е.

 

Ясно се вижда, че в случая двете времена се различават.

Да отбележим, че горният случай е, когато наблюдателят не е в отправната система на кръга. Интересното при опита на Саняк е, че той се проявява и ако наблюдателят е във въртящата се отправна система. За повече подробности [3] и [1] . Така например, може да се засече въртенето на Земята. Тук, опасявам се, някой ще запита, как така? Нали според Галилей не можеше? Да, не можем да кажем, един обект дали се движи равномерно и праволинейно, без да го съпоставим с друг обект.

В случая с кораба на Галилей – с брега, или с друг кораб. Равномерното праволинейно движение е относително. За разлика от него, въртенето не е. Ако корабът на Галилей завие или пък ускори, или забави движение, това веднага ще се почувства от пътниците.

За това и Умберто Еко греши в „Махалото на Фуко“, като пише: „ Махалото всъщност ми казваше, че макар цялата вселена, земното кълбо, слънчевата система, небулозите, черните дупки и изобщо всички рожби на великата космическа еманация, от първите еони до най-гъстите материи, да се върти, съществува една-единствена точка, опора, болт, съвършена ос, около която се движи мирозданието.“

Не, Махалото на Фуко показва, че имаме въртеливо движение – непрекъснато отклонение от равномерното, праволинейно движение. Понеже телата се стремят да запазят равномерното си праволинейно движение, изглежда че на махалото му действа сила, която го отклонява от траекторията му. Така наречените Кориолисови сили, които се дължат на инерцията.

Ефектът на Саняк не се дължи на инерцията, за разлика от Кориолисовите сили. В [1] е показано, че пресмятанията на инерциални ефекти не дават правилни резултати.

Внимателните читатели може да запитат, защо говорим за СТО, като в случая имаме ускорително движение – при въртеливите движения имаме винаги центростремително ускорение. Така е, но в случая разглеждаме само кинематични изчисления. Релативистките кинематични преобразувания могат да бъдат разглеждани и в рамките на СТО. Разбира се, ефектът на Саняк може да бъде обяснен и в рамките на Общата теория на относителността (ОТО). Особено ефектът в гравитационно поле не може да бъде разглеждан извън рамките на ОТО.

И накрая да отбележим, че въпреки че Майкелсън и Морли показаха, че за разпространението на светлината не е необходим етер, много хора продължават да търсят доказателства за наличието му и много от тях се вкопчват в ефекта на Саняк, като „доказателство“ . В [1] е показано, че различни начини за изчисление, при които се предполага наличие на етер водят до погрешни резултати.

Ефектът на Саняк е сложен за обяснение и единствено правилно, тоест съгласувано с експерименталните резултати обяснение е в рамките на Теорията на Относителността. За по-любознателните читатели препоръчвам [1] като може би най-добрият източник на информация по въпроса. Вярно, статията е на руски, а много по-младите читатели се затрудняват с този език. Но това е според мен най-добрата статия относно ефекта на Саняк, в която са разгледани различните начини на изчисление на ефекта, както и различни неправилни тълкувания, като е показано как те се разминават с експеримента.

Освен това е научна статия, публикувана в научно издание. Има и pdf файл със статията . За повечето разгледани случаи е необходима математическа подготовка на нивото на тази, която се дава в техническите ВУЗ-ове. Едиствено при разглеждането в рамките на ОТО трябва по-задълбочено познание на тензорното смятане. Като по-лесен текст, с по-опростена математика и освен това на английски предлагам [3] . Също много добър текст, на доста по-популярно ниво, отколкото [1] .

Знам, че повечето „гаражни гении“ не обръщат внимание на научните статии, защото „те знаят по-добре“. На тях не може да им се помогне. Но надявам се на останалите читатели, които изпитват колебание, кой е прав учените или „недооценените откриватели“ да се ориентират, че в повечето случаи, когато открита отдавна и проверена от безброй експерименти теория бива „опровергавана“ от самозвани „гении“, обикновено става въпрос за недостатъчно знания и неразбиране на материята.

Литература

1: Г.Б. Малыкин, Эффект Саньяка. Корректные и некорректные объяснения;Успехи физических наук,  том 170, ном. 12, 2000, pages: 1325–1349

2: The Sagnac Effect

3: A Simple Description of the Sagnac Effect


Препоръчани материали
Танг 27.02 2016 в 17:20 13
+ 3
- 0
Авторът е написал чудесна статия. Това, че Zeph-oподбните, "гаражни гении", привърженици на отдавна отречени теории, се излагат и бълват глупост след глупост, само доказва колко нужни са подобни, научно-популярни материали.
рибаря 14.01 2016 в 17:54 12
+ 1
- 1
Да вметна понеже следя коментарите, пътят на светлинният лъч в отправната система на уреда по посока на въртенето му и обратна посока, е един и същ, но имаме променлива интерференчна картина, следователно скоросттите на двата лъча спрямо екрана са различни. Докато за външен наблюдател който мери скорости и пътища на двата лъча в уреда, пътищата на двата лъча до екрана ще са различни, докато скоростите на двата лъча ще са еднакви по отношение на външният наблюдател, т.е по отношение на отправната система на земята. И стига с тези хапливи забележки , кой колко разбирал. Релативизмът е просто по различен поглед върху класиката, това е.
roni 13.01 2016 в 00:50 11
+ 3
- 3
И да допълня. Опита на Майкелсън Морли единствено доказва, че няма всеобщ етер.
Обаче като се имат предвид формулите на Максуел от които е ОЧЕВАДНО, че светлината е промяна на електромагнитно поле, то още по-очевадно е, че спрямо електромагнитното поле на Земята С ще е константа във всички посоки независимо от посоката на движение на Земята спрямо Слънцето, просто защото в близост до Земята, то - електромагнитното й поле в което се разпространява светлината, е на практика неподвижно спрямо нея. И напротив точно опита на Саняк доказва, че това е така, доказвайки преносната скорост на светлината. Т.е. няма един ЕТЕР, а има много "етери" - електромагнитните полета на обектите в непосредствена близост до тях.
Roni 13.01 2016 в 00:41 10
+ 11
- 4
Типична релативистична измама и манипулация.
Очевадно ти е трудно да обмислиш кога и кое се сумира и кога изважда.
Спрямо излъчвателя и приемника и в системата на въртящия се кръг и в системата на външен наблюдател скоростта по посоката на въртене е
u+ = к - v, а не както си написал u+ = к + v, докато пътя е както си написал:
u+.t+ = 2.π.r + vt+
Съответно времето е
t+ = 2.π.r / (u+ - v) , като знаменателя не може да се замести с К
В другата посока съответно имаме
u- = к + v,
и
t- = 2.π.r / (u- - v), като също знаменателя не може да се замести с К
Така че класиката си е съвсем точна и двете времена са различни, както и скоростите на светлината спрямо приемника.
Саняк къвсем точно доказва несъстоятелността на СТО.
И за да не умре СТО, релативистите почват разни алабализации с неинерциална система, па и там като не става, почват да вместват аберацията, като пак впрягате каруцата пред коня.
Та преди да се правиш на умен е добре да премислиш това което пишеш.
Между другото и Айнщайн в онзи момент е бил "гаражен гений"
Марков 30.12 2015 в 21:28 9
+ 14
- 6
Гаражните Гении се оказаха несравнимо по-интелигентни от политехничаря Айнщайн, защото устройствата им взеха да се продават в Италия, Германия, Америка, Швеция. Имам през вид инж. Андреа Росси и неговото свръхефективно устройство с КПД = 700%.
Енергията абсолютно никога не е била пропорционална на масата и никога няма да бъде. Това трябва да се набива в главите на всички тъпи релативисти.
Божо 28.12 2015 в 19:37 8
+ 6
- 10
Коментарът на рибаря илюстрира един от двата характерни типа "гаражни гении" - без познания по физика.
Другият тип са до някъде запознати с физиката и коментарите им са доста по наукоподобни.

рибаря 07.12 2015 в 19:18 7
+ 10
- 8
Лелее какви бисери.

цитат:
"Ефектът на Саняк най-общо казано се състои в това, че ако по въртящ се пръстен се пуснат две еднакви електромагнитни вълни, вълната която се движи по посока на въртенето и тази, която е срещу нея пътуват за различно време. Ако кръгът не се върти, времето за което двете вълни достигат датчика е еднакво. Казано по-точно, двете вълни придобиват фазово отместване, което може да се засече с итерферометър – получава се интерференционна картина."
Край на цитата:

Само от началото си проличава че автора хал хабер си няма от физика, ама се е захванал със задачата непосилна за него, да доказва че видите ли, ефекта на саняк не опровергавал глупостта ТО. Камоли да четеш по нататък някакви неверни и фалшиви формули, които автора представя като доказващи тезата че ефекта саняк се обяснявал само чрез релативизма. Вижте автора дори не знае че фазова разлика при двата лъча в уреда на саняк, се получава когато или скоросттите на двата лъча спрямо екрана са различни, или пътищата им са различни. Пътищата на двата лъча са еднакви, L1=2p.r, L2=2p.r следователно двата лъча имат разлики във скоросттите, отам и интерференчната картинка, отам и неверността на СТО че скоростта на светлината не зависела от движението на приемника на вълни, (в случаят интерференчният екран който се върти със уреда).

Цитат :

"Обаче с прости сметки се доказва, че с помощта на класическата физика, няма как да получим разлика във времето, за което двата лъча обикалят кръга."

Край на цитата .

ХаХа, глупости на търкалета, точно с прости класически сметки се доказва разликата във времето за пристигането на двата лъча до интерференчният екрат, авторът не може да смята със такива прости сметки и затова използва глупостите на релативизма, които не са просто, "сложни", а глупави, защото не обясняват нищо.
Божо 02.12 2015 в 14:28 6
+ 1
- 1
V. - в случая няма грешка.
Проверете си сметките.
M4ko 26.11 2015 в 21:59 5
+ 5
- 2
Ето една българска Интернет-класика по отношение на гаражните гении-антирелативисти- цял форум на такива откачалки: http://mazeto.net/
Един съвет- не споменавайте в този форум, че ТО е вярна или че не може да съществува перпетуум мобиле, защото банването е абсолютно сигурно:-)
V. 26.11 2015 в 10:17 4
+ 3
- 5
Редактикайте още малко формулите. Хич не става ясно как от
u+ = к + v
получавате
u+.t+ = 2.π.r + vt+ ,

а чак после извеждате t+ = 2.π.r/к

Последнтото ви трябва като условие за да получите второто уравнение, няма как да го получите от първото иначе. И не сте дефинирали какво е t+.

Само така написано просто не е вярно.
 
Още от : Физика
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.