Эксперимент Хафеле — Китинга. Сенсация, которую никто не заметил.

Модераторы: morozov, mike@in-russia, Editor

jurij
Сообщения: 607
Зарегистрирован: Сб июл 02, 2011 10:58

Эксперимент Хафеле — Китинга. Сенсация, которую никто не заметил.

Номер сообщения:#1   jurij »

Пользователь Анж обратил внимание на некоторые несоответствия эксперимента Хафеле — Китинга. Здесь я попытался развить эту тему.

Эксперимент Хафеле — Китинга. Сенсация, которую никто не заметил.

В октябре 1971 года Дж. Хафеле (J. C. Hafele) и Ричард Китинг (Richard E. Keating), дважды облетели вокруг света, сначала на восток, затем на запад, с четырьмя комплектами цезиевых атомных часов [1]. Результаты этого эксперимента считаются сейчас очередным подтверждением вывода специальной теории относительности (СТО) о замедлении времени. На самом же деле они являются сенсационными и удивительно, что по сей день это не было замечено.
Для того чтобы показать в чем их сенсационность, проведем упрощенный вариант эксперимента Хафеле — Китинга. На ровной площади разметим две одинаковых дистанции, одну в направлении север-юг, а другую восток-запад. Возьмем часы и проедем, например на автомобиле, со скоростью v дистанцию с севера на юг, измерив время пути tс-ю, а затем, обратно, измерим время в пути tю-с,. Двигаясь с той же скоростью, проедем вторую дистанцию, сначала с востока на запада, а затем наоборот, измерив время пути tв-з и tз-в. Будем считать, что точность измерения дистанции, скорости движения автомобиля и времени достаточными, чтобы полученные времена можно было толковать с позиций эксперимента Хафеле — Китинга. Тогда часы, которые автомобиль переносил с севера на юг и обратно покажут одинаковое время: tс-ю = tю-с = t0. А для часов, которые двигались с востока на запад и запада на восток, это время будет разным: tз-в > tв-з. Соотноситься эти времена будут так: tв-з > t0 > tз-в.
В эксперименте Хафеле — Китинга такое соотношение времен объясняется следующим образом. За счет суточного вращения поверхность Земли переносит все часы эксперимента со скоростью u, в направлении с запада на восток. В соответствие с этой скоростью часы (в рамках СТО) замедлят свой ход. При перемещении часов с севера на юг и с юга на север, это замедление будет одинаковым, а потому будет равным и время прохождения дистанции в этих направлениях: tс-ю = tю-с = t0. Когда же автомобиль движется с запада на восток, его скорость v будет складываться со скоростью суточного движения поверхности Земли: u + v. Поэтому перемещаемые на автомобиле часы замедлятся больше, т.е. станут «тикать» реже чем при скорости u, и за время прохождения дистанции «на тикают» меньше периодов: tз-в < t0. При движении автомобиля с востока на запад его скорость будет вычитаться от скорости суточного движения: u – v. Поэтому часы замедлятся меньше, т.е. станут «тикать» чаще чем при скорости u, и «на тикают» за время прохождения дистанции больше периодов tв-з > t0. В результате получится tв-з > t0 > tз-в. Такое соотношение времен в реальном эксперименте Хафеле — Китинга проявилось как разнознаковый сдвиг СТО компоненты показаний часов, которые летали на восток и запад, по отношению к часам, оставшимся на Земле [1].
Чтобы показать, в чем сенсационность этих результатов напомним, что одним из фундаментальных принципов физики является принцип относительности. Он утверждает, что все инерционные системы отсчета (ИСО) равноправны между собой. В частности, поэтому, при переходе из одной ИСО в другую, описания физических процессов не меняется. В опыте действие этого принципа можно продемонстрировать так. Пусть мы находимся в вагоне, и в окне видим движущиеся вагоны соседнего состава. Согласно принципу относительности никакими опытами, проводимыми у себя в вагоне, мы не сможем определить, сейчас движемся мы или соседний состав. Поэтому принцип относительности можно сформулировать в форме запрета:


Если системой отсчета опыта является ИСО, то по его результатам нельзя определить, она покоится в мировом пространстве, или равномерно и прямолинейно движется в нем.

Несложно заметить, что этот запрет эквивалентен утверждению, что абсолютной (мировой) системы отсчета не существует.
Попытка обойти этот запрет и отыскать мировую систему отсчета, была предпринята в 1887 году. Тогда американские физики Альберт Майкельсон и Генри Морли решили экспериментально обнаружить светоносный эфир, который наполняет все мировое пространство и служит средой для распространения света и прочих электромагнитных волн. Сделать это они хотели путем обнаружения движения Земли относительно этого эфира. Как известно, этого движения, а значит и эфира, они не обнаружили, зато показали, что запрет, накладываемый принципом относительности, является фундаментальным. Он распространяется не только на опыты механики (принцип относительности Галилея), но и на опыты со светом, т.е. и на электродинамику (принцип относительности Эйнштейна). И вдруг, спустя 84 года, в 1971 году, опять-таки, два американских физика Дж. Хафеле и Ричард Китинг, сами того не понимая, этот запрет опровергли.
Чтобы показать, как они это сделали, напомним, что в трактовке результатов эксперимента Хафеле — Китинга (и его упрощенной версии) используется скорость движения поверхности Земли, которая считается известной. Эту скорость можно измерить, например, так: измерить радиус Земли и частоту ее суточного вращения относительно Солнца. На основании этих измерений уже определить скорость движения поверхности Земли (относительно Солнца) на любой широте. Важным здесь является то, что эти результаты не позволяют ответить на вопрос, что относительно чего движется. Поверхность Земли относительно Солнца, или Солнце относительно поверхности Земли. Ответить на этот вопрос запрещает принцип относительности.
Несложно заметить, что эту скорость можно определить и в эксперименте типа Хафеле — Китинга. Для этого достаточно показаний часов, которые с известной скоростью и на известные расстояния перемещают по поверхности Земли в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Используя эти показания и соотношения СТО, можно определить направление и скорость движения этой поверхности. И, что важно, эта скорость не содержит неопределенности типа, что относительно чего движется. То есть, в эксперименте Хафеле — Китинга скорость поверхности Земли определяется не относительно чего-то (материального), а относительно собственно пространства. А это значит, что:
эксперимент Хафеле — Китинга не подчиняется принципу относительности.


Тому, что эксперимент Хафеле — Китинга не подчиняется принципу относительности, соответствует две альтернативы.
1. Американцы очень хотели подтвердить выводы СТО, а потому результаты своих измерений под эти выводы просто подогнали.
2. В мировом пространстве существует абсолютная система отсчета (АСО) и опыт (типа) Хафеле — Китинга позволяют экспериментатору определить свое состояние в ней.

Не будем обвинять американских физиков в нечестности, а потому будем считать правильным второй вариант. Но сначала, покажем, ......

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 34578
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Эксперимент Хафеле — Китинга. Сенсация, которую никто не заметил.

Номер сообщения:#2   morozov »

Не будем обвинять американских физиков в нечестности
Просто не надо читать бред!

Можно обвинить подобных опровергателей в тупости и подлоге. Обычное дело, они предполагают, что ученые еще более тупы и не умеют решать задачи.

Достаточно посмотреть в Википедию.

Результаты
Согласно специальной теории относительности, скорость хода часов наибольшая для того наблюдателя, для которого они находятся в состоянии покоя. В системе отсчёта, в которой часы не покоятся, они идут медленнее, и этот эффект пропорционален квадрату скорости. В системе отсчёта, покоящейся относительно центра Земли, часы на борту самолёта, движущегося на восток (в направлении вращения Земли, скорость самолёта складывается с вращательной скоростью поверхности Земли vчасов = RΩ + vсамолёта), идут медленнее, чем часы, которые остаются на поверхности (vчасов = RΩ), а часы на борту самолёта, движущегося в западном направлении (против вращения Земли, скорость самолёта вычитается из вращательной скорости поверхности Земли vчасов = RΩ − vсамолёта), идут быстрее[5][6].

Согласно общей теории относительности, в игру вступает ещё один эффект: небольшое уменьшение (по абсолютной величине) гравитационного потенциала с ростом высоты опять-таки ускоряет ход часов. Поскольку самолёты летели приблизительно на одной и той же высоте в обоих направлениях, этот эффект мало влияет на разность хода двух «путешествовавших» часов, однако он вызывает их уход от показаний часов на поверхности Земли.

Полученные результаты были опубликованы в журнале Science в 1972 году[5]:

Опубликованные результаты эксперимента были совместимы с предсказаниями теории относительности, и было отмечено, что наблюдавшиеся положительные и отрицательные разности хода часов с высокой доверительной вероятностью отличаются от нуля.

Одно из примечательных приблизительных повторений оригинального эксперимента состоялось в его 25-ю годовщину, с использованием более точных атомных часов, и результаты были проверены с лучшей погрешностью.[https://web.archive.org/web/20050411015 ... a/issue18/ ] В настоящее время такие релятивистские эффекты входят в расчеты, используемые для спутниковых глобальных систем позиционирования — действующих американской GPS и российской ГЛОНАСС и разрабатываемой европейской системы Galileo[8].
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 34578
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Эксперимент Хафеле — Китинга. Сенсация, которую никто не заметил.

Номер сообщения:#3   morozov »

Откуда берется такое недоверие к результатам, проверенным опытом. Стандартная нечистоплотность значительной части совковых инженеров и начальничков. Продать прибор не включая, подсунуть другую марку стати или цемента. Относительный порядок был там, где была военная приемка... но за это расплачивался заказчик 900% накладных обычное дело.

Дороги можно заасфальтировать, вот с дураками сложнее...
С уважением, Морозов Валерий Борисович

jurij
Сообщения: 607
Зарегистрирован: Сб июл 02, 2011 10:58

Re: Эксперимент Хафеле — Китинга. Сенсация, которую никто не заметил.

Номер сообщения:#4   jurij »

Валерий Борисович! Я понимаю, что Вы занятый человек и читаете только последнюю фразу статьи. Специально для Вас ее краткое содержание. Американцы провели простой и элегантный эксперимент, результаты которого замечательно подтвердили один из выводов СТО. Но, если это так, то этот эксперимент опрокидывает принцип относительности. Почему? Надо читать статью. Там ничего сложного нет. А принцип относительности, это не какая-нибудь СТО, это фундаментальный, даже где-то философский принцип физики. Поэтому возникает дилемма - либо американцы "нарисовали" результаты своего эксперимента, либо у этого принципа большие проблемы. Заметьте, я за основу взял, что американцы правильно все измерили и честно выложили полученные результаты. Что из этого следует, опубликую позднее.

Анж
Сообщения: 525
Зарегистрирован: Вт мар 15, 2016 16:43

Re: Эксперимент Хафеле — Китинга. Сенсация, которую никто не заметил.

Номер сообщения:#5   Анж »

morozov писал(а):
Вт май 05, 2020 17:17
Откуда берется такое недоверие к результатам, проверенным опытом.
Недоверие берется от умения включать мозги, хотя бы изредка. А вот откуда берется глобальное доверие? :praying:
У Хафеле и Китинга "в системе покоя относительно центра Земли", если проще сказать: покоящиеся в некой точке поверхности Земли. Относительно этой точки Земля никак не вращается. И часов, относительно которых вращается Земля у них просто не было.
fff.jpg
fff.jpg (44.01 КБ) 2260 просмотров
Тупо часы на поверхности.
Некоторый эффект затуманенности дает слово самолет, мол Земля под ним проворачивается. Брехня. Воздух под самолетами не проворачивается, точно так же, как и дорога под машиной. Воздух для самолета - та же дорога для машины. Или будете утверждать, что самолету не слабо на скорости 200м/с догонять проворачивающуюся под ним со скоростью 400м/с Землю, и с таким встречным потоком бороться? Почему со скоростью наземных часов на базе никто скорость вращения Земли не сложил? Если уж перескочили в систему, где Земля вращается, и где у них не было часов, и соответственно их показаний?
А теперь уберите кучу красивых, уводящих в туманные дали, слов, и получите или наглую, или глупую подтасовку. Относительно скромных наземных часов на базе просто не могла образоваться разница плюс/минус.

А по ОТО, у них не было даже точных данных - сколько именно времени данные часы провели на озвученной высоте. Так - общее время полета и приблизительный расчет. А в общее время и отдых на земле включен.

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 34578
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Эксперимент Хафеле — Китинга. Сенсация, которую никто не заметил.

Номер сообщения:#6   morozov »

А по ОТО, у них не было даже точных данных - сколько именно времени данные часы провели на озвученной высоте.
Самолеты летают на строго определенной высоте. Можно спросить у пилота на какой именно. От нечего делать это сообщается, как правило, пассажирам.

Все было не так. и те и другие часы двигались причем никогда по параллельным курсам. Это не детская векторная задача.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Анж
Сообщения: 525
Зарегистрирован: Вт мар 15, 2016 16:43

Re: Эксперимент Хафеле — Китинга. Сенсация, которую никто не заметил.

Номер сообщения:#7   Анж »

morozov писал(а):
Вт май 05, 2020 18:22
Можно спросить у пилота на какой именно.
И время у них тоже можно спросить, сколько они на этой высоте двигались. И они по ихним, не суперпупер часам на глаз с точностью до наносекунд это скажут. Ну у них мозги и язык под наносекунды заточены. И зачем надо было дополнительные часы в салоне таскать?
morozov писал(а):
Вт май 05, 2020 18:22
Все было не так. и те и другие часы двигались причем никогда по параллельным курсам. Это не детская векторная задача.
И те и другие двигались. Но относительно неподвижных, где время должно было идти
скорость хода часов наибольшая для того наблюдателя, для которого они находятся в состоянии покоя.
. Все. относительно этих неподвижных часов, у остальных двух скорость хода часов должна была быть медленнее. У обоих.
И параллельные курсы тут не при чем. Вам оба самолета под углом нарисовать?
fff1.jpg
fff1.jpg (29.7 КБ) 2257 просмотров

jurij
Сообщения: 607
Зарегистрирован: Сб июл 02, 2011 10:58

Re: Эксперимент Хафеле — Китинга. Сенсация, которую никто не заметил.

Номер сообщения:#8   jurij »

Специально для Анж. Что вы прицепились к самолетам. Чтобы не затенять суть проблемы я специально рассматриваю упрощенную версию эксперимента Хафеле-Китинга. Какие-то вопросы к этой версии есть?

катюша
Сообщения: 863
Зарегистрирован: Вс май 12, 2013 20:37

Re: Эксперимент Хафеле — Китинга. Сенсация, которую никто не заметил.

Номер сообщения:#9   катюша »

jurij писал(а):
Вт май 05, 2020 13:34
Если системой отсчета опыта является ИСО, то по его результатам нельзя определить, она покоится в мировом пространстве, или равномерно и прямолинейно движется в нем.
А не пора ли задуматься над тем, что невозможно обнаружить п о к о й системы отсчета при помощи физического опыта осуществляемого в этой же системе? P.S. На десерт "опыт" Anna-Maria Hefele: https://youtu.be/UHTF1-IhuC0

jurij
Сообщения: 607
Зарегистрирован: Сб июл 02, 2011 10:58

Re: Эксперимент Хафеле — Китинга. Сенсация, которую никто не заметил.

Номер сообщения:#10   jurij »

катюша писал(а):
Чт май 07, 2020 12:00
На десерт "опыт" Anna-Maria Hefele:
Я не знаю английского, но экспериментатор очень симпатична...
катюша писал(а):
Чт май 07, 2020 12:00
А не пора ли задуматься над тем, что невозможно обнаружить п о к о й системы отсчета при помощи физического опыта осуществляемого в этой же системе?
Почему невозможно? Возможно! Тем и интересен опыт Хафеле-Китинга, что позволяет определить как движение, так и покой своей собственной системы отсчета в мировом пространстве .

катюша
Сообщения: 863
Зарегистрирован: Вс май 12, 2013 20:37

Re: Эксперимент Хафеле — Китинга. Сенсация, которую никто не заметил.

Номер сообщения:#11   катюша »

jurij писал(а):
Чт май 07, 2020 18:46
покой своей собственной системы отсчета в мировом пространстве .
... В покойном (беспокойном?) мировом (не своём собственном?) пространстве ( безвременном?)...?

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 34578
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Эксперимент Хафеле — Китинга. Сенсация, которую никто не заметил.

Номер сообщения:#12   morozov »

Поэтому возникает дилемма - либо американцы "нарисовали" результаты своего эксперимента, либо у этого принципа большие проблемы.
Проблемы не с принципом, а с его пониманием. Не у всех конечно.
Я не знаю английского
Смею заметить Вы многое не знаете...
Тем и интересен опыт Хафеле-Китинга, что позволяет определить как движение, так и покой своей собственной системы отсчета в мировом пространстве
... ну так попробуйте, сидя в комнате. Максимум что вы сможете это определить вращение земли и только.
Изображение
С уважением, Морозов Валерий Борисович

jurij
Сообщения: 607
Зарегистрирован: Сб июл 02, 2011 10:58

Re: Эксперимент Хафеле — Китинга. Сенсация, которую никто не заметил.

Номер сообщения:#13   jurij »

morozov писал(а):
Пт май 08, 2020 14:25
Проблемы не с принципом, а с его пониманием.
Свое понимание принципа относительности я выложил в статье. Возможно оно ошибочно. Сделайте милость, укажите на ошибки.
morozov писал(а):
Пт май 08, 2020 14:25
Смею заметить Вы многое не знаете...
Все знать нельзя...
morozov писал(а):
Пт май 08, 2020 14:25
Максимум что вы сможете это определить вращение земли и только.
Не вращение, а движение поверхности Земли, причем в локальном опыте. Вращение Земли легко определяется гироскопом. Но это опыт в котором используется ускоренная система отсчета, т.е. не ИСО.
катюша писал(а):
Пт май 08, 2020 12:19
... В покойном (беспокойном?) мировом (не своём собственном?) пространстве ( безвременном?)...?
Да и наше пространство сейчас не очень спокойное, короновирус, знаете ли...
Последний раз редактировалось jurij Пт май 08, 2020 22:01, всего редактировалось 1 раз.

Анж
Сообщения: 525
Зарегистрирован: Вт мар 15, 2016 16:43

Re: Эксперимент Хафеле — Китинга. Сенсация, которую никто не заметил.

Номер сообщения:#14   Анж »

Ребята, просто нельзя общую теорию строить на одной единственной теоретическо-практической выкладке. Она может быть исключительно справедливой, но очень ограниченной в предпосылках и поэтому не отражающей реальность.
Например, силами моего внука, которому еще и пяти лет нет, нельзя решить уравнение с двумя неизвестными. Более того, оно для него не существует. На основании этого совершенно бесспорного факта нельзя делать вывод об отсутствии уравнений как таковых. :D

Примерно то же самое и здесь. Определить двигаешься сам или нет, вроде бы и нельзя, но никто ведь не заставляет прикидываться слепым и глухим, и сравниваться только с одной системой. Мы же на самом деле прекрасно определили куда мы движемся и с какой скоростью. Массив всего того, что нам видно, вкупе вполне себе представляет выделенную систему отсчета. :)

jurij
Сообщения: 607
Зарегистрирован: Сб июл 02, 2011 10:58

Re: Эксперимент Хафеле — Китинга. Сенсация, которую никто не заметил.

Номер сообщения:#15   jurij »

Анж писал(а):
Пт май 08, 2020 19:58
Ребята, просто нельзя общую теорию строить на одной единственной теоретическо-практической выкладке.
О какой теории идет речь? Можно по-конкретнее.
Анж писал(а):
Пт май 08, 2020 19:58
Мы же на самом деле прекрасно определили куда мы движемся и с какой скоростью.
Что движется, как определили, и относительного чего движется?

Ответить

Вернуться в «Дискуссионный клуб / Debating-Society»