article

Newsgroups: relcom.sci.philosophy
Subject: Физика:СТO и объективность экспериментов (ч.2)
From: "Georgiy Zaretskiy"
Date: 20 Apr 1999 11:35:28 +0400

Специальная теория относительности и объективность
экспериментов.
================================================

( ранее см.: 1. Общие методологические основания постановки
объективного эксперимента )

2. Методологические основания постановки экспериментов в
СТО (по работе [4])

Рассмотрев общие методологические основания эксперимента
как такового перейдем к рассмотрению более узкого вопроса,
касающегося специальной теории относительности. Вся информа-
ция, приведенная ниже, взята из работы [4] (гл.2. О методи-
ческих особенностях постановки экспериментов и интерпретации
их результатов) , и чтобы не загромождать статью бесконечным
цитированием - указание на цитирование не будет приводится.
Мои, собственные комментарии, по ходу приведения ссылок, будут
выделяться обозначением "// //".

При постановке каких-либо экспериментов исследователь
исходит из конечной их цели, с одной стороны, и своего
представления о сущности изучаемого им явления, с другой.
// А почему, и именно таким образом, нужно подходить к
эксперименту, как таковому, было показано выше: это и
следствие стремления к точности и объективности в постановке,
то есть исторический аспект, и следствие самого существа
эксперимента, то есть эксперимент должен быть физически инва-
риантным.//
Без представления цели эксперимента, а также без представ-
ления о сущности явления вообще невозможно поставить экспери-
мент, но эти же представления являются основными мешающими
факторами, препятсвующими объективному исследованию предмета и
объективной оценке полученных результатов.
// То есть имеет место далеко нетривиальный момент, когда
чрезмерное аппелирование к объективности самой процедуры прове-
дения экспериментов может давать, на деле, далеко не объектив-
ное исследование и далеко не объективные оценки полученных ре-
зультатов.//
В самом деле, нельзя ставить эксперимент, не зная или не
сформулировав, для чего он проводится. Однако выбор цели уже
сам по себе в значительной степени предопределяет постановку и
методику проведения работы, когда ожидаются совершенно опреде-
ленные результаты. А поскольку результаты любого эксперимента
сопровождаются ошибками, то всегда есть возможность выдачи же-
лаемого за действительность, особенно если ожидаемый результат
находится на грани чувствительности приборов.
// Однако, надо заметить, что описанная ситуация носит не
только субъективно-психологический характер исследования, то
есть суъективность исследователя не есть единственная причина
указанных трудностей. Дело в том, что субективность экспери-
мента исходит из объективно существующих особенностей самого
эксперимента как средства познания физических и технических
феноменов: это конечно и историческая ограниченность познания,
и также невозможность учета всех возможных сопутствующих ре-
альному явлению процессов.//
В этом плане рассуждения о "критическом" эксперименте,
который якобы проливает свет на изучаемое явление, кажутся
несколько сомнительными, так как для такого рода случаев тре-
буется особенно тщательная подготовка эксперимента, большая
статистика и объективная оценка данных. Однако действующая на
момент подготовки и проведения эксперимента парадигма, как
правило, оказывает столь существенное воздействие, что ни о
тщательной подготовке, ни о статистике, ни об объективной об-
работке результатов речь не идет, а полученные результаты лег-
ко выдаются за подтверждение господствующей парадигмы, если ей
не противоречат. Если же противоречат - они просто замалчива-
ются.
// То есть будучи исторически обусловленными любые "кри-
тические" эксперименты, чтобы быть действительно объективными,
должны опираться на саму историческую обусловленность позна-
ния, т.е. опираться на всю совокупность имеющихся в наличии
данных, в том числе на данные получаемые в соседних направле-
ниях исследований. Конечно, замалчивание результатов это один
из способов использования историчности познания. Другое дело в
какой степени это соотвествует духу рационального подхода, не-
зависимо от его формы крайней или разумной. //

Можно привести много примеров того, как это бывает в жиз-
ни.
//Однако из всей совокупности примеров сохраним лишь один//

Результаты экспериментов Майкельсона трактуются как "отри-
цательные" или "нулевые", несмотря на то, что в них был полу-
чен определенный положительный результат.

//Однако надо вернуться к предмету рассмотрения - то есть
к самому эксперименту.//
На постановку эксперимента решающее влияние оказывают
используемые теоретические основы, исходя из которых исследо-
ватель строит модель явления. Использование той или иной моде-
ли выявляет соответсвующие параметры, взаимосвязь между кото-
рыми ищется в ходе проведения эксперимента, а также те мешаю-
щие факторы, всегда присутсвующие в любом эксперименте, кото-
рые экспериментатор обязан учесть. Иначе результат воздействия
этих мешающих факторов может быть истолкован как основной ре-
зультат эксперимента.
К сожалению, общее число мешающих факторов всегда и прин-
ципиально бесконечно велико, поэтому всех их учесть нельзя. В
связи с этим приходится учитывать все существенные факторы,
которых немного, но зато возникает другая проблема - проблема
доказательства существенности или несущественности того или
иного мешающего фактора именно для данного эксперимента,
представляющего данную конкретную цель. Эксперимент может быть
истолокован неверно, если неучтенными оказались существенные
мешающие факторы, то есть факторы, влияющие на исход в большей
степени, чем это допускается величиной допустимой погрешности.
Это означает, что должны быть произведены оценки возможного
влияния каждого из мешающих факторов, по которым возникает
предположение о возможности их влияния на конечный результат
эксперимента. К сожалению это делается не всегда.
// То есть вследствии самой природы изучаемого в экспе-
рименте явления, у экспериментатора возникает необходмость в
построении предварительной модели явления, то есть в определе-
нии структуры оператора A, еще до обработки и содержательной
интерпретации результатов эксперимента, чтобы обеспечить физи-
ческую инвариантность проводимого эксперимента. А когда не де-
лается никаких шагов для обеспечения физической инвариантности
эксперимента, то возникают вопросы - "А что собственно было
получено в эксперименте? И в какой степени его можно считать
объективным?"//
В результате проведения эксперимента выявляются функцио-
нальные зависимости многих переменных, в том числе и неучтен-
ные факторов. В этих зависимостях имеются выбросы - чрезмерно
большие отклонения от общей массы отсчетов, которые могут быть
отброшены без должного обоснования, если во внимание принята
только определенная модель. То есть можно сказать и о выборе
экстраполирующих зависимостей. Выбор той или иной из них и оп-
ределение области распространения экстраполирующих функций на
всю область отсчетов существенно определяется выбором теории и
модели явления.
Несмотря на очевидность того, что получение ожидаемых
результатов, казалось бы, однозначно подтверждает проверяемую
теорию, на самомм деле это не так. Речь в этом случае может
идти лишь о том, что полученные данные не противоречат прове-
ряемой теории.
Дело в том, что так же, как любое конечное число факторов
может соотвествовать любому (бесконечному) числу теорий, так
же полученный результат опыта может укладываться и тем самым
"подтверждать" любое (бесконечное) число теорий, даже взаимо-
исключающих друг друга.
// В снятом и формализованном виде, приведенное положе-
ние, входит в саму ткань математического формализма обработки
результатов эксперимента, через необходимость использования
процедуры регуляризации, метода который строит свою "мощь" на
идеях, являющихся сторонними для любого эксперимента, то есть
метода не происходящего от содержания конкретного эксперимен-
та. //
На интерпретацию результатов решающее влияние оказывает
выбор инвариантов и представление о сущности явления, вытекаю-
щих из общей подготовки экспериментаторов. Трактовка результа-
тов экспериментов существенно зависит от общей постановки,
включающей представление о модели явлений, значимости тех или
иных сопуствующих факторов, выбора инвариантов и ряда других
обстоятельств, которые далеко не всегда учитываются при поста-
новке экспериментов и оценке их результатов.
//Таким образом установка на получение в экспериментах
объективных результов приводит к осознанию того, что любые
эксперименты, а, так назваемые, "критические" эксперименты, в
особенности, явлются исторически обусловленными эксперимента-
ми. И чтобы быть действительно объективными, эксперименты
должны ставиться с опорой на саму историческую обусловленность
познания, то есть опираться, если не на всю совокупность ре-
зультатов познания, то на большую их часть.//

< продолжение следует >

From geo@sky.kuban.ru Tue Apr 20 16:35:30 1999
Newsgroups: relcom.sci.philosophy
Subject: Физика:СТO и объективность экспериментов (ч.1)
From: "Georgiy Zaretskiy"
Date: 20 Apr 1999 11:35:30 +0400

Специальная теория относительности и объективность
экспериментов.
================================================

1. Общие методологические основания постановки объективно-
го эксперимента

Под физическим или техническим экспериментом будем пони-
мать некоторое активное воздействие на исследуемый объект, в
ходе которого могут быть созданы определенные, контролируемые
условия для протекания таких процессов, которые необходимы в
соответсвии в поставленной задачей исследования. При этом в
эксперименте могут быть созданы как процессы, имеющие место в
реальной ситуации, которая собственно и исследуется, так и
процессы, которые не имеют отношение к реальной ситуации функ-
ционирования исследуемых объектов. Отсюда следует, что для
эксперимента, который действительно может исследовать явление
должно соблюдаться условие соответствия физических процессов в
эксперименте физическим процессам в исследуемом явлении. Иначе
говоря, любой эксперимент должен обладать свойством физической
инвариантности, то есть создавать процессы, которые имеют
место в исследуемом явлении, не создавать тех, которые в ре-
альном явлении отсутсвуют, и не создавать таких условий, про-
ведения эксперимента, в которых отсекаются процессы, имеющие
место в исследуемом явлении. Сразу возникает вопрос - "А каким
же образом можно обеспечить физическую инвариантность экспери-
мента?" Всем ходом этой статьи попробуем последовательно по-
дойти к ответу на этот вопрос.
Умонастроение ученого, предполагающего рационалистический
подход в принятии решения относительно существа исследуемого
эффекта или явления, предполагает, что факт наличия результа-
тов эксперимента позволяет принять объективное решение, опира-
ясь лишь исключительно на сами результаты эксперимента. Но так
ли это? Или более конкретно можно сформулировать вопрос так:
достаточно ли только самих результатов эксперимента, чтобы
сделать объективный вывод или исследователю приходится вовле-
кать в процесс принятия решения еще что-то? Поиски ответа на
вопрос следует начать с методологии постановки экспериментов и
обработки его результатов.

Большинство физических экспериментов ставится с целью
изучения количественных характеристик изучаемых объектов (яв-
лений). И уже в зависимости от полученных количественных ре-
зультатов исследователь принимает решение о наличии или отсут-
вии того или иного эффекта. Но в экспериментах обычно регист-
рируется не интересующие нас количественные характеристики f
изучаемого объекта, а некоторые их проявления Af = w. Оператор
A определяется природой изучаемого объекта и экспериментальной
установкой. По результатм эксперимента u надо получить сужде-
ния о характеристиках f. Получаемые количественные характе-
ристики подвергаются обработке.

Можно выделить три этапа обработки.
Первый этап - Первичная обработка. К ней относят норми-
ровку результатов измерений, привязку к некоторой системе коор-
динат, статистическую обработку, фильтрацию и т.п. В результа-
те первичной обработки получают входные данные эксперимента.
Второй этап - Анализ установки. На этом этапе определя-
ется оператор A (или его приближение).
Третий этап - Интерпретация результатов эксперимента. На
этом этапе определяются количественные характеристики f изучае-
мого явления путем решения уравнения: [1]

Af = w (1)

Эту задачу будем называть также математической частью за-
дачи интерпретации результатов наблюдений.
Обычно выходные данные являются приближенными (w1). Пусть
v1 - оценка уклонения приближенного значения w1 от точного
значения. Таким образом мы имеем комплекс (A,w1,v1), который
можно условно записать в виде

Af = w1 (2)

Условно, потому что уравнение (2) может не иметь решений
в заданном классе решений, который обозначим через F. Но мы
можем найти некоторое приближение к искомым характеристикам f.
Это также можно выразить словами найти приближенное решение f.
В большинстве случаев эта задача является некорректно постав-
ленной. В общем случае надо вести речь о классе моделй F, в
который входит модель f, характеристик изучаемого явления. Мо-
дель f из F будет называться сопоставимой с экспериментальными
данными, выходными данными эксперимента, если соблюдается, так
называемое условие сопоставимости с экспериментальными данными
(выходными данными эксперимента). Математически это условие
выражается через метрику метрического пространства:
Ro(Af,w1)<=v1. Пусть F{v1} - совокупность всех моделей f из F,
сопоставимых с экспериментальными данными w1 [1].
А если перейти от чистой математики к физике, то фраза о
нахождении моделей сопоставимых с экспериментальными данными
означает, что мы произвели некие измерения в эксперименте и,
предполагая структуру оператора A, мы можем найти как числен-
ные значения параметров f, так и зависимости f от параметров
модели, например зависимость от времени. Применительно к
экспериментам, которые должны дать ответ на вопрос о существо-
авнии эфира, мы произведя, например измерение скорости движе-
ния экспериментальной установки через эфир, принимаем решение
о его наличии или отсутсвии.
Однако ситуация не так проста и здесь возможны варианты.
Если множество F{v1} пусто, то это означает, что модели из F
имеют слишком грубую (упрощенную) структуру и потому в классе
F нет сопоставимых с w1 моделей. В этом случае надо рассматри-
вать более широкий класс моделей интерпретации.
Если множество F{v1} непусто, то оно может содержать су-
щественно отличающиеся друг от друга модели f, если задача ре-
шения уравнения (1) неустойчива. В таких случаях ОДНО ЛИШЬ
ТРЕБОВАНИЕ СОПРОСТАВИМОСТИ решений с экспериментальными данны-
ми НЕ МОЖЕТ СЛУЖИТЬ КРИТЕРИЕМ нахождения физически интерпрети-
руемого приближенного решения уравнения (2), так как у нас нет
достаточных оснований для выбора в качестве решения задачи той
или иной сопоставимой с экспериментальными даными модели. По-
лученное таким образом "решение" может быть неустойчивым к
исходным данным [1].
Вспоминая, что (1) это математическая часть задачи ин-
терпретации результатов наблюдений и казалось, бы что все
описанные проблемы будучи всего лишь проблемами математики не
должны волновать собственно экспериментаторов. С такой интерп-
ретацией можно было бы согласиться, если бы не одно "но". А
это "но" состоит как раз в свойствах оператора A. Физические
явления, которые исследуются в эксперименте и физические про-
цессы в самой экспериментальной установке в математическую
часть - интерптерацию результатов эксперимента - входят именно,
через этот оператор A, так как оператор, как уже упоминалось
выше, определяется природой изучаемого объекта и эксперимен-
тальной установкой.
Отметим, что на условии сопоставимости основан известный
метод подбора приближенных решений.
Для получения приближенных решений, устойчивых к малым
изменениям исходных данных, необходимо использовать некоторый
принцип отбора сопоставимых с экспериментальными данными w1
возможных решений (моделей) f. Такой отбор может быть произве-
ден, например, по принципу выбора модели МИНИМАЛЬНОЙ СЛОЖ-
НОСТИ. Понятие сложности может быть формализовано, например, с
помощью некотрого функционала сложности Q[f]. За меру слож-
ности модели f принимается значение функционала Q[f].
Естественно желание искать решение задачи среди простей-
ших моделей (например, функций), сопоставимых с эксперимен-
тальными данными w1. Это приводит к математической задаче на-
хождения среди моделей из F модели f{v1}, мимнимизирующей
функционал Q[f] на F{v1}. Эта задача при достаточно слабых
дополнительных требованиях к Q[f] задаче минимизации некого
функционала, содержащего параметр регуляризации. Значение па-
раметра регуляризации должно быть согласовано с уровнем пог-
решности v1. Для решения задачи минимизации указанного функци-
онала используется метод регуляризации Тихонова.[1]
Таким образом, чтобы обеспечить устойчивость полученных
после обработке характеристик f (которые собственно и ищутся в
эксперименте), к исходным данным, необходимо введение неких
дополнительных, внешних принципов. И эта необходимость вытека-
ет фактически из существа задачи. Задача интерпретации экспе-
риментальных данных относится к классу некорректно поставлен-
ных задач, то есть для их решения необходимо вводить дополни-
тельные условия со стороны, которые бы обеспечивали устойчи-
вость получаемых решений.
Каким образом входит физика во все это? Физические
свойства, входящие в математическую постановку задачи через
оператор A, как правило обеспечивают такой вид опрератора A,
что без процедуры регуляризации невозможно получить устойчивых
решений задачи интерпретации результатов эксперимента.
Конечно, математическая часть задач интерпретации резуль-
татов физических экспериментов решались до появления современ-
ного мощного аппарата рещения некорректно поставленных задач.
В ряде случаев при этом получались хорошие результаты. Дело в
том, что если математическую часть задачи интерпретации реша-
тиь в классе моделей, определяемых конечным чмслом числовых
параметров, то поиск искомой модели можно производить в огра-
ниченной области m-мерного эвклидова пространства. В этом слу-
чае обратная задача вида (1) становится устойчивой и ее обоб-
щенное приближенное решение можно найти хорошо известным
способом - методом наименьших квадратов. На этом пути были по-
лучены хорошие результаты. Однако с совершентсвованием техники
эксперимента (и измерительной техники) - к чему стремятся лю-
бые экспериментальные исследования - повышается и точность
экспериментальных данных, то есть уменьшается v1. Это приводит
к тому, что модели, определяемые малым числом параметров, мо-
гут стать слишком грубыми, несопоставимыми с экспериментальны-
ми данными и возникает необходимость использовать модели, оп-
ределяемые большим числом параметров. Но с увеличеним числа
параметров модели задача нахождения приближенного решения
уравнения (1) методом наименьших квадратов может стать плохо
обусловленной, т.е. практически неустойчивой, и потому требу-
ется использовать для решения таких задач методы регуляриза-
ции.
Таким образом, чисто по внутренним математическим причи-
нам, при интерпретации результатов эксперимента приходится
осознавать тот факт, что самих внутренних свойств данных, по-
лученных из эксперимента не хватает, чтобы получить результа-
ты, соотвествующие реальной действительности, то есть в терми-
нах рационального подхода, объективных результатов. Чтобы по-
лучить указанные объективыне результаты приходится дополнять
сами экспериментальные результаты некими принципами, которые
позволяют получить эту "объективность" эксперимента. И этот
вывод есть следствие как исторически обусловленного стремления
экспериментаторов к объективности в постановке эксперимента,
так и обращение ко все более сложным физическим процессам,
входящим в математику эксперимента через оператор A, и застав-
ляющим использовать модели f со все большим и большим числом
параметров, то есть, в конечном счете, и, таким образом, реа-
лизуя стремление к объективности эксперимента.
Это есть одна сторона процедуры получение эксперименталь-
ных данных более, базирующая на исторической тенденции к объ-
ективности эксперимента. Что само по себе чрезвычайно важно -
ведь в самом деле кому нужны не объективные эксперименты. И
эта историческая тенденция к объективности заставляет обра-
щаться с дополнительному чему-то, кроме самих данных, получен-
ных в эксперименте. Однако это не единственная сторона, есть
еще одна сторона. Обратимся к рассмотрению еще этой стороны.
Чтобы продвинуться в рассмотрении еще одной стороны надо
подойти к процессу получения экспериментальных данных как про-
цедуре измерения. И тем более это не трудно сделать, что по
своему существу физический эксперимент, практически всегда мо-
жет быть рассмотрен как некое обобощенное измерение (я уж не
говорю о том, что любой физический эксперимент это,обычно,
последовательность неких измерений).
Схема измерения, часто встречающаяся в экспериментах, мо-
жет быть записана формально в виде:

w = Af + v (3)

где w - результат измерения;
f - сигнал, поступивший от изучаемого объекта
на вход прибора A;
Af - измерение выходного сигнала прибором A;
v - погрешность измерения.

Взаимодействие объекта изучения с прибором при измерении
приводит к тому, что состояние объекта оказывается возмущен-
ным, в то время как исследователя интересует его естественное,
невозмущенное состояние.
Поэтому интерпретация измерения (3) состоит в извлечении
из w наиболее полных данных о невозмущенном состоянии объекта.
Будем рассматривать такие случаи, в которых невозмущенное
состояние объекта в условиях, задаваемых исследователем связа-
но сигналом f от возмущенного состояния объекта и описывается
сигналом Uf. Интерпретацию измерения (3) будем проводить путем
такого преобразования R сигнала w, при котором минимизируется
погрешность интерпретации Rw-Uf. Задачи нахождения преобразо-
вангия R носят название задач редукции. [2]
"...оператор A задает закон, связывающий входной сигнал f
сформированный системой "объект-среда-прибор", с выходным сиг-
налом Af измерительного датчика и включает в себя не только
модель прибора, но и модель среды, объекта и их взаимо-
действия"[3].
Оператор A включает в себя модель прибора измерения, ко-
торая может быть описана посредством оператора P, модель сре-
ды, которую будем описывать при помощи оператора S, а также
модель взаимодействия среды и прибора измерения, которую будем
описывать при помощи оператора I. Тогда выражение (3) может
быть переписано в виде:

w = Pf + Sf + Of + If+ v (4)

где
Pf - модель измерительного прибора;
Sf - модель среды;
Of - модель объекта исследования;
If - модель взаимодействия среды, объекта исследова-
ния и прибора;
v - погрешность измерения.

В формальном виде процедура интерпретации измерений
состоит в минимизации функционала вида:

Rw - Uf -> min
RPf + RSf + ROf RIf +Rv - Uf -> min (5)

Предположим, что мы производим процедуру измерения пара-
метра w. Обозначим i-ую реализацию сигнала поступающего от
изучаемого объекта на вход прибора через f(i). Предположим,
что у нас есть некоторая k-ая модель модель взаимодействия
среды, объекта и прибора, обозначяемая оператором I(k), неко-
торая n-ая модель среды - S(n), некоторая j-ая модель объекта.
Тогда для схемы измерения можно записать

w(i,n,j,k) = P(i)f(i) + S(n)f(i) + O(j)f(i) + I(k)f(i)+ v(i)

(6)

Если конкретизировать модель прибора для проведения изме-
рений, считая, что P(i) =P, и модель среды, считая, S(n)=S.
Также можно полагать, что результаты эксперимента даются объ-
ектом, который не сильно меняется в процессе измерений, то
есть будет считать, что O(j)=O, то можно записать

w(i,k) = Pf(i) + Sf(i) + Of(i) + I(k)f(i)+ v(i) (7)

Однако избавиться от индекса k мы не можем так просто,
так как за ним собственно и скрывается основное наше незнание,
которое и не позволяет получить исчерпывающую информацию об
объекте. Через модель взаимодействий входит в формальный аппа-
рат требование физической инвариантности эксперимента. То есть
если мы ставим такой эксперимент, в котором задействованы вза-
имодействия такого типа, что меняют существо физических про-
цессов, то полученные результаты измерения не могут быть
использованы для исследования объекта, так как они относятся к
совершенно другому объекту, а не тому который был определен в
качестве цели эксперимента. Это видно из выражения для средне-
го значения. Используя эмпирический факт устойчивости частот
можем записать для среднего значения выражение вида:

= (P+S+O) SUM f(i)/(n-1) + SUM I(k)f(i)/(n-1) (8)
i i

где Sum - обозначает суммирование по индексу i.
i

Из (8) видно, что в формулу среднего значения входит вли-
яние различных моделей взаимодействий, то есть если в ходе
процедуры измерения получена некоторая реализация w(k) и при
этом эксперимент был поставлен так, что проявился дополнитель-
ный физический процесс, который не проявлял себя до этой реа-
лизации измерения, то этот факт должен быть учтен. Учитывание
же этого факта возможно только при знании модели исследуемого
объекта и модели его взаимодействий. И то ни другое неизвест-
но, иначе зачем тогда нужен был бы эксперимент?
Отсюда следует, что уже процедура измерения предполагает
существования априорной информации об объекте, а также априор-
ной уверенности, что эта информация об объекте носит устойчи-
вый характер и что предлагаемая процедура измерения дает физи-
чески инвариантный эксперимент. То есть достаточно много еще
нужно полагать, предполагать или знать, до самого эксперимен-
та, чтобы результаты этого эксперимента носили объективный ха-
рактер.
Таким образом при рассмотрении еще одной стороны экспери-
мента мы можем заметить (при желании, конечно это заметить),
что именно внутренние свойства явления не позволяют использо-
вать только лишь результаты эксперимента в качестве самодоста-
точного критерия объективности самого эксперимента, так как
сами по себе данные, получаемые в эксперименте не обеспечивают
условие физической инвариантности эксперимента, а лишь могут
быть первой ступенью к этой инвариантности, а через нее к объ-
ективности в эксперименте.
Из необходимости соблюдения физической инвариантности
эксперимента вытекает методология постановки эксперимента. В
частности, прежде чем поставить эксперимент требуется, факти-
чески, построение модели исследуемых физических процессов для
условий проведения эксперимента, а также модели будущего
эксперимента. Построение моделей, вольно или невольно, прихо-
дится делать из неких общих концепций, предыдущих исследова-
ний, в конце концов, из прошлого опыта экспериментатора.
Таким образом, из приведенных рассуждений, опять же, сле-
дует, что эксперимент сам по себе не может выступать в роли
критерия истины, а в своем существе базируется на всю совокуп-
ность результатов, исторически имеющих место на время проведе-
ния экспериментов, а также на, исторически и психологически,
обусловленное умонастроение экспериментатора.

Возможно приведенные рассуждения кто-то будет рассматри-
вать как апологию субъективности там, где нужно обосновывать
объективность, но как было показано выше такая интерпретация
объективности эксперимента есть лишь прямой вывод, полученный
из более детального рассмотрения методологических оснований
постановки физического эксперимента. Кроме того обращение к
истории вопроса, который исследуется в, тех или иных, экспери-
метах, лишний раз доказывает, что такое соотношение объектив-
ности и субективности имело место всегда в прошлом, и,
вследствии существа самой процедуры постановки эксперимента,
будет и в будущем. Предельно рационалистическому взгляду на
эксперимент как критерий объективной истины прийдется уступить
место разумному рационализму, которому не чуждо допущение то-
го, что с позиции предельного рационализма есть субъективизм.
И это еще прийдется сделать по той причине, что и сам предель-
ный рационализм находит лишь исторически ограниченное основа-
ние самому факту возможности своего собственного существова-
ния.

< продолжение следует >

From geo@sky.kuban.ru Tue Apr 20 16:37:59 1999
Newsgroups: relcom.sci.philosophy
Subject: Физика:СТO и объективность экспериментов (ч.3)
From: "Georgiy Zaretskiy"
Date: 20 Apr 1999 11:37:59 +0400

Специальная теория относительности и объективность
экспериментов.
================================================

(ранее см.: 2. Методологические основания постановки
экспериментов в СТО (по работе [4]))

3. Эксперименты по специальной теории относительности.

Цитирование по источнику [4] (гл.3 Эксперименты по специ-
лаьной теории относительности.)
Данная часть названа как и глава из цитируемого источни-
ка. Более того, никаких своих коментариев, кроме этого
комментария, в данной части использовано не будет. Приведено
все будет один к одному к тому, что есть у автора цитируемого
издания.

Глава 3. Эксперименты по специальной теории
относительности. (с.23-31)

3.1. Исследование эфирного ветра с помощью интерферометров
с длиной оптического пути более 10 м.

Сущность явления и цель эксперимента

Проверяется гипотеза Г.А.Лоренца неподвижного эфира. В
соотвествии с этой гипотезой при орбитальном движении Земли
вокруг Солнца на поверхности Земли должен наблюдаться эфирный
ветер, величина скорости котрого должна составлять 30 км/с.
Целью эксперимнта является выявление факта наличия скорости
эфирного ветра.

Схема и методика эксперимента

b1 b
-|----|--
| /|
| / |
| / |
a1|/ | a
S ------------|---------------!C
|
### d
### l

Рис. 3.1 Схема эксперимента по обнаружению
эфирного ветра с помощью
интерферометра

В эксперименте используется интерферометр с двумя взаимно
перперндикулярными плечами (рис.3.1).
Наблюдается смещение полос интерферометра при повороте
прибора на 90 град. Ожидаемая величина смещения составляет

s = 2D*v^2/c^2,

где D - длина оптического пути;
v - скорость эфирного ветра.

Время и место проведения эксперимента

1. 1880 год, Берлин, высота на уровнем моря H <= 0 м
(Майкельсон);

2. 1881 - 1882 годы, Потсдам, Н <= 0 м (Майкельсон);
3. 1887 год, Кливленд, США H <= 0 v (Майкельсон и Морли);
4. 1904 - 1905 годы, Кливленд, США, Н <= 250 м
(Морли и Миллер);
5. 1921 - 1925 годы, Маунт Вилсон, США, Н = 1860 м
(Миллер);
6. 1929 год, Маунт Вилсон, США, Н = 1860 м
(Майкельсон, Пис, Пирсон).

Параметры прибора, результаты измерений и обработка ре-
зультатов авторами [31, c.27-52; 32-46]

Таблица 3.1

-------------------------------------------------------------
Год ! Авторы ! D,м ! n/км/с ! H,м ! v,км/с !
----------!---------------!------!--------!------!-----------!
1880 ! Майкельсон ! 1.2 ! 0.0013 ! 0 ! <= 18 !
1881-1882 ! Майкельсон ! 1.2 ! 0.0013 ! 0 ! <= 18 !
1887 ! Майкельсон, ! 11 ! 0.013 ! 0 ! ~ 3.5 !
! Морли ! ! ! ! !
1904 ! Морли, Миллер ! 32 ! 0.04 ! 0 ! ~ 3 !
1905 ! Морли, Миллер ! 32 ! 0.04 ! 250 ! ~ 3 - 3.5 !
1921-1925 ! Миллер ! 32 ! 0.04 ! 1860 ! ~ 8 - 10 !
1929 ! Майкельсон ! 25.9 ! 0.03 ! 1860 ! ~ 6 !
--------------------------------------------------------------

Выводы авторов
На поверхности Земли эфирный ветер отсутсвует. Величина ско-
рости эфирного ветра увеличивается с высотой.

Комментарии (В.А)

1. С.И.Вавилов обрабатывал первичные данные эксперимента
Майкельсона - Морли 1887 года и получил следующуютаблицу сме-
щений интерференционных полос [31,c.33]:

Таблица 3.2

-----------------------------------------------------------
Азимут ! 16 ! 1 ! 2 ! 3 ! 4 ! 5 !
---------!-------!--------!------!-------!-------!--------!
Смещение !+0.02 ! +0.005 ! 0.00 ! -0.01 ! -0.03 ! -0.005 !
-----------------------------------------------------------
-------------------------------------------------------------
Азимут ! 6 ! 7 ! 8 ! 9 ! 10 ! 11 !
---------!-------!--------!-------!-------!---------!-------!
Смещение ! 0.00 ! +0.015 ! +0.02 ! -0.02 ! -0.0015 ! +0.00 !
-------------------------------------------------------------
---------------------------------------------------
Азимут ! 12 ! 13 ! 14 ! 15 ! 16 !
---------!--------!--------!-------!-------!------!
Смещение ! +0.015 ! +0.02 ! +0.03 ! 0.00 ! 0.00 !
---------------------------------------------------

Из этой таблицы следует, что максимальная разность смеще-
ния полос составляет 0.06, что дает величину скорости эфирного
ветра в 4.5 км/с, поскольку расчетной величине скорости в 30
км/с соответсвует смещение интерференционных полос 0.4. Однако
здесь еще необходимо учесть направление эфирного ветра, кото-
рое было установлено Д.К.Миллером позже. По его данным направ-
ление ветра - от звезды "эпсилон" созвездия Дракона, что
составляет 26 град. от Полюса мира. С учетом того, что место
проведения эксперимента - Кливленд (41 град. с.ш.), плоскость
интерферометра будет поворачиваться относительно направления
эфирного ветра в суточном вращении Земли от +15,5 град. до -
67.5 град., что дает сумму косинусов:

cos 15.5 град. + cos (-67.5 град.) = 1.34

Следовательно, в экспериментах 1886 - 1887 годов Май-
кельсон и Морли получили скорости эфирного ветра в

v0 = 4.5/1.34 = 3.4 км/с

а вовсе не нуль, как это обычно утверждается.

Эти результаты хорошо (в переделах ошибок измрений и
расчетов) коррелируются с данными Морли и Миллера за 1904-1905
годы, когда ими получена величина скорости эфирного ветра в 3
км/с на высоте в 250 м над уровнем моря. Однако здесь при об-
работке результатов экспериментов еще не учитывали направление
эфирного ветра в околоземном пространстве. С учетом того, что
в эксперименте было получено неполное значение скорости ветра,
а лишь его проекция, полученный результат надо разделить на
каждый из косинусов, считая, что величина скорости эфирного
ветра находится в пределах от

v { 250 min } = 3/cos(15.5) = 3.1 км/с

v { 250 max } = 3/cos(-67.5) = 7.8 км/с

И, наконец, на высоте 1860 м величина скорости эфирного
ветра составила от 8 до 10 км/с (по данным Миллера 1925 года).
Разница в величине скорости эфирного ветра, полученная Милле-
ром в этом эксперименте с учетом изменения азимута в суточном
и годовом вращениях Земли, и позволила определить общегалакти-
ческое направление смещения эфира в околоземном пространстве.
На той же высоте в 1929 году Майкельсоном было получено
несколько заниженное значение скорости эфирного ветра - 6
км/с, что легко объясняется условиями проведения эксперимента.
Если Миллер для его проведения построил "легкий" домик, о чем
Миллер специально упоминает, придавая этому большое значение,
то Майкельсон построил для проведения эксперимента фундамен-
тальное здание, о чем упоминает сам Майкельсон. Естетвенно,
что эфиродинамическое сопростивление стен дома Майкельсона
должно быть выше, чем у домика Миллера, что объясняет разницу
в полученных данных.
2. Полученные данные хорошо укладываются в теорию погра-
ничного слоя газа, обдувающего шар [47, c.227 - 232], что ука-
зывает на газоподобную структуру эфира. Как показано В.А.Ацю-
ковским [29,c.285], Земля поглощает эфир, который входит в нее
со второй космической скоростью, равной 11.8 км/с. Это означа-
ет, что горизонтальная составляющая эфирного ветра затухает не
на поверхности Земли, а на некоторой глубине.
3. Из изложенного вытекает, что
а) эфир существует;
б) эфир имеет газоподобную структуру;
в) направление эфирного ветра по данным Миллера - от зве-
ды "эпсилон" созвездия Дракона (26 град. 17 ч. 10 мин);
г) в скорости эфирного ветра суммируются все составляющие
движения Земли в Солнечной системе, движение Солнечной системы
в Галактике и движение эфира в Галактике. Полная скорость
эфирного ветра относительно Земли составляет, по-видимому, по-
рядка 300-600 км/с.

3.2. Исследования эфирного ветра с помощью интерферомент-
ров с линной оптического пути менее 5 м.

Сущность явления и цель эксперимента
Те же, что и в п.3.1

Схема и методика проведения эксперимента
Аналогично п.3.1

1. 1926 год, Пасадена, H=1860 м (Кенеди);
2. 1926 год, Брюссель, Н=2500 м (Пиккар и Стаэли);
3. 1927 год, Пасадана, H=1860 м (Иллингворт).

Выводы авторов
Кенеди и Иллингворт - эфирный ветер отсутсвует; Пиккар и
Стаэли - выводы и результаты неопределенные.

Параметры приборов, результаты измерений и обработки
[31,c.42-47;43, c.267-373; 48-53]

-------------------------------------------------------------
Год ! Авторы ! D,м ! n/км/с ! H,м ! v,км/с !
----------!-----------------!------!--------!------!--------!
1926 ! Кеннеди ! 2 ! 0.002 ! 1860 ! 0 !
1926 ! Пиккар и Стаэли ! 2.8 ! 0.004 ! 2500 ! 7 !
1887 ! Иллингворт ! 2 ! 0.002 ! 1860 ! 1 !
-------------------------------------------------------------

Комментарии (В.А)
При размытости краев интерференционных полос от 10 до 15
процентов обеспечить чувствительсность приборов в (2-4)*10^-3
полосы невозможно. Использование подобных приборов для прове-
дения указанных экспериментов недопустимо. Эксперименты некор-
ректны. Результаты не представляют никакой ценности.

3.3. Исследование эфирного ветра в частичном вакууме

Сущность явления и цель эксперимента.
Измерение скорости света в вакууме, опеределение влияния
эфирного ветра на скорость света.

Схема и методика проведения эксперимента.
В железной трубе диаметром 1 м частично откачан воздух до
давления 0.5-5 мм рт.ст. С помощью вращающегося зеркала изме-
ряется время прохождения света на фиксированном расстоянии
(1650 м). При наличии эфирного ветра это время должно быть пе-
ременным. Трубы расположены на высоте 1860 м (обсерватория Ма-
унт Вилсон, рис.3.3).

Результаты эскперимента [54-55]
Скорость света в среднем постоянна, прямого влияния эфир-
ного ветра не замечено.

Вывод авторов
Эфирного ветра нет. Предыдущие заключения, видимо, оши-
бочны. Окончательного мнения нет.

Комментарий (В.А)
Авторы не учли экранирующего эффекта металла стенок труб,
обладающего громадным эфиродинамическим сопротивлением. Эфир
внутри трубы оказался изолированным от наружного эфира, на что
было обращено внимание Д.К.Миллером. Допущеннная методическая
ошибка говорит о том, что как сам А.Майкельсон, так и его сот-
рудники Ф.Пис и Ф. Пирсон, осуществлявшие эксперимент, не
представляли себе природу эфира.

Вывод
Эксперимент методологически ошибочен, его результат не
представляет никакой ценности. Подобный эксперимент мог увен-
чаться успехом, если бы трубы были выполнены из изоляционного
материала.

3.4. Исследование эфирного ветра с помощью мазеров

Сущность явления и цель эксперимента
Те же, что и в п.3.1

Схема и методика проведения эксперимента
Устнавливаются два мазера М1 и М2 (генераторы высоко-
частотного излучения) так, чтобы от мазера М1 излучение было
направлено по направлению, а от мазера М2 перпендикулярно нап-
равлению эфирного ветра.

!-----!
! М1 !
!--!--!
Vе !
---> !-------->| df !-----------!
|-----> O --->!Частотометр!
!-----!-------->| !-----------!
! M2 !
!-----!

Рис. 3.4 Схема эксперимента по обнаружению
эфирного ветра с использованием
мазеров

Излучения принимаются пластиной, на которой образуется
интерференционная картина, полосы смещаются с частотой равной
разности часто мазеров. Разностная частота принимается фотоп-
риемником и определяется частотометром с высокой точностью до
10^-11 (рис.3.4).
Авторы предполагают, что частоты принимаемых на пластине
сигналов будут зависеть от скорости эфирного ветра, а разность
частот, определяемая частотометром, будет пропорциональна ско-
рости эфирного ветра. Поэтому для определения величины эфирно-
го ветра сопоставляются разностные частоты для различных поло-
жений всей установки относительно направления эфирного ветра
(через 90 град.).

Время и место проведения эксперимента.
1958-1962 годы, Колумбийский университет, США, группа
Ч.Таунаса.

Результат эксперимента.
Во всех экспериментах df=0.

Вывод авторов
Эфирный ветер отсутсвует, следовательно, эфира в природе
нет.
Комментарии (В.А)
Эксперимент, осуществленный Ч.Таунсом и его сотрудниками
методологически неверен, так как при взаимно неподвижных
источниках и приемниках высокочастотных колебаний частоты из-
лучаемых и принимаемых сигналов всегда равны друг другу, то
есть всегда
df = 0
От величины скорости эфирного ветра будет зависеть лишь
разность фаз принимаемых сигналов, которую едва ли можно заме-
рить с погрешностью меньшей, чем 1 град, то есть 0.3%, а при
бегущей интерференционной картине и этого нельзя достичь (в
эксперименте за счет начальной разности частот двух мазеров
полосы бежали с частотой 25 КГц).

Вывод
Эксперимент поставлен методически неверно и принципиально
не может позволить обнаружить эфирный ветер, даже если бы он и
имел место. Результаты не представляют никакой ценности и сви-
детельствуют об ошибочных представлениях авторов о сути допле-
ровского эффекта.

3.5. Исследование ротационного эффекта в эфире

Сущность явления и цель экспериментов [56 - 58].
При вращении интерферометра, в котором лучи света охваты-
вают некоторую площадь, в неподвижном эфире должно наблюдаться
смещение интерференционных полос. Разность хода лучей света,
пропускаемых по замкнутой кривой, должна составлять

dLa = 16*pi*n*S/c

где pi - число "пи", 3.1415926...;
n - число оборотов интерферометра в секунду;
S - площадь, охватываемая лучами света;
c - скорость света.

Сущность явления и цель экспериментов [56 - 58].
На общей платформе устанавливаются зеркала таким образом,
чтобы лучи света после раздвоения исходного луча от источника
проходили по замкнутому контуру и затем складывались вместе,
образуя интерференционную картину (рис.3.5)

<========

/------->------\
! !
! ! Экран
! ! |
##### ---/| \--->---| На экране происходит
##### ---\| /--->---| "сложение" световых лучей
S ! ! | с созданием интерференционной
! ! картины
! !
\------->------/

========>

Рис. 3.5 Схема эксперимента по выявлению вихревого
эффекта Саньяка

Наблюдается смещение полос при вращении платформы. Эффект
получил название "эффект Саньяка".

Время и место проведения эксперимента [31, с.53-61, 108]

1912 год, Йена, Германия (Гаррис);
1913 год, Париж, Франция (Саньяк);
1925 - 1926 Йена, Германия (Погани);
1925 год, щт. Иллинойс, США (Майкельсон и Гель).

Таблица 3.4

Параметры приборов и результаты эксперимента

------------------------------------------------------------------------
Год ! Авторы ! S,м^2 ! n ! dLa{расчет}!dLa{exp} ! Примечание !
-------!------------!-------!------!------------!---------!------------!
1926 ! Гаррис ! 0.1 ! 12.5 ! Получен положительный! Вращающаяся!
! ! ! ! эффект ! платформа, !
! ! ! ! ! световой !
! ! ! ! ! путь в !
! ! ! ! ! стекле !
-------!------------!-------!------!------------!---------!------------!
1913 ! Саньяк ! 0.0863! 0.86 ! 0.0297 ! 0.0264 ! Вращающаяся!
! ! 0.0866! 2.35 ! 0.079 ! 0.077 ! платформа, !
! ! ! ! ! ! световой !
! ! ! ! ! ! путь в !
! ! ! ! ! ! воздухе !
-------!------------!-------!------!------------!---------!------------!
1925 - ! Погани ! 0.125 !20-33 ! 0.906 ! 0.920 ! >> !
1926 ! ! ! ! ! ! !
-------!------------!-------!------!------------!---------!------------!
1925 ! Майкельсон ! 20000 ! 7.5* ! 0.236 ! 0.230 ! Земля, !
! и Гель ! !*10^-6! ! ! световой !
! ! ! ! ! ! путь в !
! ! ! ! ! ! частичном !
! ! ! ! ! ! вакууме !
------------------------------------------------------------------------

Выводы авторов
Эфир несомненно существует, вращение платформы, в том
числе Земли, не захватывает эфира. Результаты опыта соот-
ветсвуют теории Лоренца неподвижного эфира.

Комментарии (В.А)
1. По мнению С.И.Вавилова, "если бы явление Саньяка было
открыто раньше, чем выяснились нулевые результаты опытов вто-
рого порядка, оно, конечно, рассматривалось бы как блестящее
экспериментальное доказательство эфира" [31, c.57].
По поводу опытов Майкельсона-Геля С.И.Вавилов пишет
[31,c.60]:
"Таким образом, перед нами снова положительный эффект,
сам по себе с поразительной точностью подтверждающий предполо-
жение о неувлекаемом эфире, отстающем при суточном вращении
Земли".
2. Некоторые исследователи, в том числе С.И.Вавилов, ука-
зывают на противоречие между "нулевыми" результатами опытов
второго порядка и положительными результатами опытов, сообщая
одновременно, что ротационные эффекты не противоречат теории
относительности, поскольку эта теория не рассматривает враща-
тельных движений. При этом С.И.Вавилов отмечает:
"Одновременная неподвижность и движения эфира механи-
чески, однако, мыслимы. Например, Луна, конечно, увлекается
Землей в ее движении вокруг Солнца, но совершенно безучастна к
суточному вращению Земли" [31, c.60].

Согласиться с тем, что противоречия между результатами
ротационных опытов и специальной теорией относительности нет,
нельзя по двум причинам:
во-первых, СТО не приемлет эфир в принципе, а ротационные
опыты, хотя и через вращение, указывают на наличие в природе
эфира;
во-вторых, движение света по периферии платформ поступа-
тельно, как и всякое движение на переферии вращающегося тела
не нулевых размеров. Другое дело, что это поступательное пере-
мещение сопровождается еще и поворотом луча света, но это не
меняет суть дела.
3. Результаты ротационных опытов легко объясняются, если
учесть малую вязкость (внутреннее трение) эфира. Вращающаяся
платформа не успевает захватить своим вращением эфир. Для
обеспечения такого захвата нужно, чтобы эфир внутри платформы
был изолирован от внешнего эфира, и платформа вращалась бы в
одном направлении достаточно долгое время (возможно, несколько
суток и даже месяцев). Положение усугубляется еще и тем, что
эфир поглощается Землей [29, c.285], поэтому захват эфира вра-
щением Земли (опыты Майкельсона-Геля) и платформ мало заметен.
Тем не менее, наличие небольшой разности в показаниях прибора
в эксперименте Майкельсона-Геля по сравнению с теоретическими
расчетами (0.320 против 0.236) свидетельствует в пользу
частичного увлечения эфира вращением Земли, вероятнее всего,
земной атмосферой.
4. Эффект Саньяка нашел в настоящее время широкое промы-
шеленное внедрение в бесплатформенных лазерных инерциальных
системах навигации, где он используется в датчиках угловых
скоростей (ДУС), обладающих высокой точностью. Таким образом,
никаких сомнений в отношении наличия эффекта в настоящее время
уже не возникает.
5. Учитывая положительные результаты ротационных опытов,
а также положительные результаты опытов второго порядка Май-
кельсона и Морли (1886-1887), Морли и Миллера (1904-1905), Ил-
лера и Майкельсона (1921-1925) и Майкельсона (1929), следует
считать однозначно, что эфир - среда, заполняющая мировое
пространство, существует в природе, его структура газоподобна,
а его вязкость исключительно мала.

3.6. Литература, на которую есть ссылки в приведенной части

[29] Ацюковский В.А. Общая эфиродинамика. моделирование
структур вещества и полей на основе представлений о газоподоб-
ном эфире. Деп.рук. N5047-B87. - М.:ВИНИТИ, 1987. - 395 с.

[31] Вавилов С.И. Экспериментальные основания теории от-
носительности (1928) //Собр. соч.Т.4.-М.: Изд-во АН СССР,
1956. - С.9-110

[43] Conference on the Michelson-Morley experiment // The
astroph. J. 1928, 68, 5. - P.341-402

[47] Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя: Пер. с нем.
Л.Г.Лойцянского, - М.: Наука, 1974. - 711 с.

[54] Франкфуркт У.И. Оптика движущихся сред и специальная
теория относительности // Эйнштейновский сборник 1977 г.
/Сост. У.И.Франкфурт. - М.: Наука, 1980. - С.257-326

[55] Michelson A.A., Pease F.G., Measurement of the
velocity of Light in partial vacuum //Astroph.J. 1935, 82.-
P.26-61

[56] Gaseja T., Javan A., Marray J., Townes C. Test of
special relativity or of the isotropy of space by use of
infrared maser // Phys.Rev.1964, 133A.-P.1221-1225.

[57] Gedarholm J., Bland G., Havens L., Towens C., New
experimental test of Specisl relativity // Phys.Rev.Let 1958,
1.- P.342-343

[58] Тарасов Н.К. Майкельсона опыт. БСЭ, 3-е изд. Т.15.
-М.: Советская энциклопедия, 1974. - С.218

4. Окончательные выводы

Приведенный методологический анализ постановки и интерп-
ретации результатов экспериментов применительно к проблеме су-
ществования эфира позволяет сделать вывод, что ранее сделанные
выводы из "нулевых" экспериментов об отсутсвии эфира базирова-
лись на не достаточно четко поставленных экспериментах, часто
не учитывающих методологии постановки экспериментов.
Анализ экспериментов по СТО, проведенный В.А.Ацюковским,
подощедшего к анализу экспериментов с методологических пози-
ций, позволяет сделать вывод о существовании газоподобного
эфира, заполняющего мировое пространство и обладающего исклю-
чительно малой вязкостью.

5. Список литературы.

1. Арсенин В.Я. Методы математической физики и специальные
функции. - М.: Наука. 1984, - 384с.
2. Математическое моделирование, т.7, N3, 1995, с.116-117
3. Математическое моделирование, т.6, N11, 1994.
4. В.А.Ацюковский. Логические и экспериментальные основы тео-
рии относительности. (Аналитический обзор). - М: МПИ, 1990,
- 56с.