ТОЧНЕЙШИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ, ОПРОВЕРГАЮЩИЙ СПЕЦИАЛЬНУЮ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

Специальная теория относительности (СТО) до настоящего времени подвергается сомнению многими учеными во всем мире [1-3].
В связи с этим является актуальной экспериментальная проверка достоверности различных выводов и положений СТО. Это связано с тем, что предсказанные СТО эффекты необходимо учитывать при разработке систем навигации и наблюдения в авиации и космонавтике для повышения точности этих систем. Использование ошибочной теории может привести к ошибкам в работе этих систем.
В настоящей работе говорится об одном из самых высокоточных экспериментов за всю историю физики, результаты которого неопровержимо доказывают ошибочность выводов СТО о замедлении хода движущихся часов по сравнению с неподвижными часами.

2. СТО о ходе часов, расположенных на разных широтах земного шара
В первой работе по специальной теории относительности (СТО), которая вышла в 1905 году, Эйнштейн пишет: «Если в точках A и B системы K помещены покоящиеся синхронно идущие часы, наблюдаемые в покоящейся системе, и если часы из точки A двигать по линии, соединяющей ее с B, в сторону последней со скоростью , то по прибытии этих часов в B они уже не будут более идти синхронно с часами в B. Часы, передвигавшиеся из A в B, отстают по сравнению с часами, находящимися в B с самого начала, на  сек (с точностью до величин четвертого и высших порядков), если t – время, в течение которого часы из A двигались в B. Сразу видно, что этот результат получается и тогда, когда часы движутся из A в B по любой ломаной линии, а также тогда, когда точки A и B совпадают.
Если принять, что результат, доказанный для ломаной линии, верен также для непрерывно меняющей свое направление кривой, то получаем следующую теорему.
Если в точке A находятся двое синхронно идущих часов и мы перемещаем одни из них по замкнутой кривой с постоянной скоростью до тех пор, пока они не вернутся в A (на что потребуется, скажем, t сек), то эти часы по прибытии в A будут отставать по сравнению с часами, остававшимися неподвижными, на . Отсюда можно заключить, что часы с балансиром, находящиеся на земном экваторе, должны идти несколько медленнее, чем точно такие же часы, помещенные на полюсе, но в остальном поставленные в одинаковые условия» [4]. В приведенных формулах c – скорость света.
Поясним, что имеет ввиду Эйнштейн.
В соответствии с СТО движущиеся часы идут медленнее неподвижных.
При движении часов по окружности вокруг земной оси, часы, расположенные ближе к экватору, движутся с бόльшей линейной скоростью, чем часы, расположенные ближе к полюсам (рис. 1). Наибольшую линейную скорость движения имеют часы, расположенные на экваторе.
Радиус Земли на экваторе равен 6378 км, поэтому расположенные на экваторе часы из-за вращения Земли мчатся со скоростью, превышающей скорость звука, а именно 463,82 м/сек (более 1600 км/час). Скорость большинства самолетов гражданской авиации не превышает тысячи км/час. Часы, расположенные на полюсе, линейной скорости не имеют.

Поэтому, согласно СТО, часы, расположенные ближе к экватору из-за бόльшей скорости движения, должны идти медленнее часов, расположенных ближе к полюсу. Часы A, которые расположены на экваторе, должны идти медленнее часов B на средних широтах, а часы B должны идти медленнее часов C на Северном полюсе (рис. 1).
Эйнштейн приводит формулу, которая позволяет рассчитать величину отставания часов , движущихся со скоростью , по сравнению с неподвижными часами:

,

где t – период времени наблюдения за часами (год, например), выраженный в сек;
c – скорость света.
Расчеты в соответствии с СТО показывают, что атомные часы, расположенные на экваторе, двигаясь со скоростью 463,82 метров в секунду, за один год должны отстать от таких же неподвижных часов, расположенных на полюсе, примерно на 37,7 микросекунд.
Когда Эйнштейн разрабатывал СТО, ученые того времени располагали очень несовершенными по современным меркам приборами для измерения времени, и у них не было никакой возможности проверить экспериментально, прав ли Эйнштейн.
Однако точности современных атомных часов с большим избытком достаточно, чтобы обнаружить предсказанный Эйнштейном эффект замедления расположенных на экваторе часов по сравнению с часами на полюсе.
Погрешность современных стандартов частоты составляет менее одной секунды за десятки миллионов лет. За год современные часы уйдут не более чем на 30 наносекунд (одна наносекунда – это одна миллиардная доля секунды). Это примерно в тысячу раз меньше, чем рассчитанный с помощью СТО уход расположенных на экваторе часов от часов на северном полюсе.
Таким образом, современные ученые располагают очень точными и совершенными часами, которые позволяют с достаточной точностью определить, насколько быстрее или медленнее идут часы, расположенные в различных точках земного шара на разных широтах.
Другими словами, точности современных атомных часов с тысячекратным запасом достаточно, чтобы подтвердить предсказанный СТО эффект замедления расположенных на экваторе часов (по сравнению с часами на полюсе) из-за их движения по окружности вокруг земной оси.

3. Эксперимент ученых Национального института стандартов и технологий NIST, опровергающий СТО
Эксперимент, о котором пойдет речь, проводился с ноября 1999 по октябрь 2014 гг. в Национальном институте стандартов и технологий (National Institute of Standards and Technology, NIST) в Боулдере, штат Колорадо. В процессе этого эксперимента учёные наблюдали за ходом стандартов частоты, используемых ведущими метрологами в NIST, а также в лабораториях США, Франции, Германии, Италии и Великобритании [5-7].
Наблюдения 12 самых точных часов в мире осуществлялись в течение более чем 14 лет. Эти часы расположены неподвижно в точках на разных широтах Земного шара, которые движутся вокруг земной оси с разной линейной скоростью, равной

,

где  – широта точки расположения часов;
 – радиус земного шара;
 – угловая скорость вращения Земли, рад/с.
В ходе эксперимента выяснилось, что все наблюдаемые часы в течение 14 лет шли совершенно одинаково, несмотря на их разную линейную скорость движения вокруг Земли.
За 14 лет часы на экваторе должны отстать от часов на полюсе на 0,53 миллисекунды.
Из-за того, что Италия расположена южнее Германии, часы, расположенные в Италии, должны были отстать от часов, расположенных в Германии за 14 лет примерно на 0,1 миллисекунды (100 микросекунд).
Это очень большая по современным меркам величина, поскольку погрешность современных стандартов частоты составляет менее одной секунды за десятки миллионов лет, за 14 лет – менее микросекунды (в сотню раз меньше, чем требуется для обнаружения отставания часов). Эта величина отставания часов в Италии, если бы отставание на самом деле имело место, может быть легко обнаружена современными атомными часами.

Выводы ученых NIST
Ученые, проводившие эксперимент, делают вывод, о том, что законы физики с течением времени остаются неизменными (по крайней мере, они оставались неизменными в течение 14-лет эксперимента).

4. Результаты и обсуждение
4.1. Результаты эксперимента опровергают СТО
Согласно СТО, атомные часы, расположенные ближе к экватору, должны идти медленнее часов, расположенных ближе к полюсу. Точности современных стандартов частоты с тысячекратным запасом достаточно для обнаружения предсказанного СТО эффекта.
В результате проведенного учеными NIST эксперимента выяснилось, что высокоточные часы, расположенные неподвижно на разных широтах, в течение 14 лет непрерывного наблюдения шли совершенно одинаково.
Экспериментаторы NIST делают вывод о неизменности законов физики с течением времени. Однако экспериментаторы NIST не обратили внимания на тот факт, что их эксперимент, по сути, опровергает СТО, в соответствии с которой часы, расположенные на разных широтах, должны идти с разной скоростью.
Результаты эксперимента с высочайшей степенью точности доказали тот факт, что движение часов не влияет на их ход, и что движущиеся часы идут точно также, как и неподвижные часы.
Результаты эксперимента достоверно опровергают специальную теорию относительности, в соответствии с которой движущиеся с большей скоростью часы должны отстать от часов, движущихся с меньшей скоростью.

4.2. О необходимости Теории аберрации – первой альтернативной СТО теории, подтвержденной экспериментально
В связи с тем, что предсказанные СТО эффекты требуется учитывать в системах навигации и наблюдения в авиационной и космической отрасли с целью повышения точности этих систем, требуется разработка альтернативной СТО теории, которая не противоречит результатам эксперимента ученых NIST.
Автором этой работы разработана Теория аберрации – первая альтернативная СТО теория, которая подтверждена экспериментально [1-3]. C научно-популярным изложением Теории аберрации можно познакомиться в работе [8-9].
Теория аберрации может использоваться в науке вместо СТО, достоверность которой опровергается экспериментально.

5. Заключение
В ходе проведенного учеными NIST эксперимента выяснилось, что все часы на Земле несмотря на то, что они расположены на разных широтах и поэтому движутся с разной линейной скоростью вокруг земной оси из-за вращения Земли, идут совершенно одинаково. Согласно СТО, часы, расположенные ближе к экватору, должны идти медленнее часов, расположенных ближе к полюсам.
14-летний эксперимент с высочайшей точностью опровергает СТО.
Для повышения точности систем навигации и наблюдения в авиации и космонавтике требуется альтернативная СТО теория, которая не противоречит экспериментам. Такой теорией является Теория аберрации [1-3, 8-9].

Отзывы и предложения по настоящей работе присылайте по эл. почте: al.plyasovskih@yandex.ru

1. Плясовских А. П. Теория аберрации. Первая теория, альтернативная специальной теории относительности [Электронный ресурс]. – М.: Знание-М, 2023. – 503 с. – ISBN 978-5-00187-483-6
2. Плясовских А. П. Теория аберрации ― первая теория, альтернативная специальной теории относительности: популярное изложение: [Электронный ресурс] / А. П. Плясовских. ― М.: Знание-М, 2023. ― 55 с. – ISBN 978-5-00187-493-5
3. Теория аберрации – альтернатива специальной теории относительности: монография / А. П. Плясовских. – М.: Знание-М, 2023. – 498 с. – ISBN 978-5-00187-635-9
4. Эйнштейн А. К электродинамике движущихся тел // Собр. науч. тр. — Т. 1. — М.: Наука, 1965. — С. 7-35.
5. Физики наблюдали за ходом часов 14 лет подряд. https://22century.ru/chemistry-physics-matter/65892
6. These Physicists Watched a Clock Tick for 14 Years Straight. https://www.wired.com/story/these-physicists-watched-a-clock-tick-for-14-years-straight/
7. Ashby, N., Parker, T.E. & Patla, B.R. A null test of general relativity based on a long-term comparison of atomic transition frequencies. NaturePhys 14, 822–826 (2018). https://doi.org/10.1038/s41567-018-0156-2
8. Плясовских Александр Петрович. (2023). Теория аберрации. Научно-популярное изложение. Zenodo. https://doi.org/10.5281/zenodo.8250637
9. Плясовских Александр Петрович. (2023). Теория аберрации – первая теория, альтернативная специальной теории относительности. Популярное краткое изложение. Zenodo. https://doi.org/10.5281/zenodo.8150872

Все статьи автора «Плясовских Александр Петрович»