Сущность, экспериментальное обоснование и объяснение эффектов


Специальная теория относительности — Wikipedia.


Специальная теория относительности (СТО) — теория, описывающая движение, законы механики и пространственно-временные отношения при произвольных скоростях движения, меньших скорости света в вакууме, в том числе близких к скорости света. В рамках СТО классическая механика Ньютона является приближением для низких скоростей. Обобщение СТО для гравитационных полей называется общей теорией относительности.


Справедливость теории относительности, как и любой другой физической теории, в конечном счёте, проверяется эмпирически.


Специальная теория относительности лежит в основе всей современной физики. Поэтому какого-либо отдельного эксперимента, "доказывающего" СТО, нет. Вся совокупность экспериментальных данных в физике высоких энергий, ядерной физике, спектроскопии, астрофизике, электродинамике и других областях физики согласуется с теорией относительности в пределах точности эксперимента. Например, в квантовой электродинамике (объединение СТО, квантовой теории и уравнений Максвелла) значение аномального магнитного момента электрона совпадает с теоретическим предсказанием с относительной точностью 10−9. Фактически СТО является инженерной наукой. Её формулы используются при расчёте ускорителей элементарных частиц. Обработка огромных массивов данных по столкновению частиц, двигающихся с релятивистскими скоростями в электромагнитных полях, основана на законах релятивистской динамики, отклонения от которых обнаружено не было. Поправки, следующие из СТО и ОТО, используются в системах спутниковой навигации (GPS, ГЛОНАСС). СТО лежит в основе ядерной энергетики и т.д.



Lorentz ether theory — Wikipedia.


What is now often called "Lorentz ether theory" (LET) has its roots in Hendrik Lorentz's "theory of electrons", which was the final point in the development of the classical aether theories at the end of the 19th and at the beginning of the 20th century. Lorentz's initial theory was created between 1892 and 1895 and was based on a completely motionless aether. It explained the failure of the negative aether drift experiments to first order in v/c by introducing an auxiliary variable called "local time" for connecting systems at rest and in motion in the aether. In addition, the negative result of the Michelson–Morley experiment led to the introduction of the hypothesis of length contraction in 1892. Many aspects of Lorentz's theory were incorporated into special relativity (SR) with the works of Albert Einstein and Hermann Minkowski.


Today LET is often treated as some sort of "Lorentzian" or "neo-Lorentzian" interpretation of special relativity. The introduction of length contraction and time dilation for all phenomena in a "preferred" frame of reference, which plays the role of Lorentz's immobile aether, leads to the complete Lorentz transformation. Because the same mathematical formalism occurs in both, it is not possible to distinguish between LET and SR by experiment. However, in LET the existence of an undetectable aether is assumed and the validity of the relativity principle seems to be only coincidental, which is one reason why SR is commonly preferred over LET.



Tests of special relativity — Wikipedia.


The strength of the theory lies in its unique ability to correctly predict to high precision the outcome of an extremely diverse range of experiments. Repeats of many of those experiments are still being conducted with steadily increased precision, with modern experiments focusing on effects such as at the Planck scale and in the neutrino sector. Their results are consistent with the predictions of special relativity.



What is the experimental basis of Special Relativity?

There has been a renaissance in tests of Special Relativity (SR), in part because considerations of quantum gravity imply that SR may well be violated at appropriate scales (very small distance, very high energy). It has been seven years since the last update of this page, and there are over 60 new experiments, many of which are recent, ingenious, and improve bounds on violations of local Lorentz invariance by several or many orders of magnitude.

Общая теория относительности — Wikipedia.


Предсказания общей теории относительности — Wikipedia.


The Confrontation between General Relativity and Experiment. (Clifford M. Will) (2014)  (pdf)

The status of experimental tests of general relativity and of theoretical frameworks for analyzing them are reviewed and updated. Einstein's equivalence principle (EEP) is well supported by experiments such as the Eötvös experiment, tests of local Lorentz invariance and clock experiments. Ongoing tests of EEP and of the inverse square law are searching for new interactions arising from unification or quantum gravity. Tests of general relativity at the post-Newtonian level have reached high precision, including the light deflection, the Shapiro time delay, the perihelion advance of Mercury, the Nordtvedt effect in lunar motion, and frame-dragging. Gravitational-wave damping has been detected in an amount that agrees with general relativity to better than half a percent using the Hulse-Taylor binary pulsar, and a growing family of other binary pulsar systems is yielding new tests, especially of strong-field effects. Current and future tests of relativity will center on strong gravity and gravitational waves.

We find that general relativity has held up under extensive experimental scrutiny. The question then arises, why bother to continue to test it? One reason is that gravity is a fundamental interaction of nature, and as such requires the most solid empirical underpinning we can provide. Another is that all attempts to quantize gravity and to unify it with the other forces suggest that the standard general relativity of Einstein is not likely to be the last word. Furthermore, the predictions of general relativity are fixed; the theory contains no adjustable constants so nothing can be changed. Thus every test of the theory is either a potentially deadly test or a possible probe for new physics. Although it is remarkable that this theory, born 90 years ago out of almost pure thought, has managed to survive every test, the possibility of finding a discrepancy will continue to drive experiments for years to come.

Лоренц-ковариантность — Википедия



Эфир возвращается? "Пятый элемент": история и современный взгляд. Противоречит ли эфир теории относительности Эйнштейна? (О лоренцевой симметрии (инвариантности). (К. Злосчастьев) (2007)

Эйнштейн в своей специальной теории относительности (СТО) постулировал, что законы физики должны быть неизменными для всех наблюдателей в инерциальных (движущихся без ускорения) системах отсчета, причем формулы перехода между последними задаются лоренцевыми преобразованиями. Этот постулат получил название Лоренц-инвариантность наблюдателя (ЛИН) и в рамках теории относительности не должен нарушаться ни в коем случае.

Однако в теории Эйнштейна существует еще один тип лоренцевой симметрии ‑ Лоренц-инвариантность частицы (ЛИЧ), нарушение которой хотя и не вписывается в рамки стандартной СТО, но все же не требует радикального пересмотра теории при условии, что ЛИН сохраняется.

Можно показать, что в некоторых случаях ЛИЧ и ЛИН нетождественны, и поэтому при сохраненном ЛИН может происходить нарушение ЛИЧ. Теоретических примеров, когда лоренцева симметрия может нарушаться (как спонтанно, так и полностью), уже известно достаточно много.

несмотря на то что уравнения, совместимые с теорией относительности Эйнштейна, сохраняют лоренцеву симметрию, некоторые их решения могут ее нарушать! Тогда можно легко объяснить, почему мы до сих пор не обнаружили отклонений от СТО: просто подавляющее большинство решений, физически реализующих то или иное наблюдаемое явление или эффект, сохраняют лоренцеву симметрию, и только некоторые - нет (или отклонения столь малы, что пока лежат за пределами наших экспериментальных возможностей). Эфир может быть как раз таким ЛИЧ-нарушающим решением каких-нибудь полевых уравнений, полностью совместимых с ЛИН. Экспериментов по поиску нарушения лоренцевой симметрии и выделенной системы отсчета очень много, и все они разные, а многие из них не прямые, а косвенные.

Бытует мнение: теория Эйнштейна настолько прочно срослась с современной наукой, что физики уже и думать позабыли о её ниспровержении. Реальная ситуация же как раз прямо противоположная: значительное число специалистов во всем мире заняты поисками фактов, экспериментальных и теоретических, которые могли бы указать границы применимости теории относительности. Пока эти усилия успехом не увенчались, теория оказалась весьма хорошо согласующейся с реальностью. Но, конечно, когда-нибудь это произойдет (вспомните, например, что полностью последовательная теория квантовой гравитации пока еще не создана), и на смену теории Эйнштейна придет другая, более общая (как знать, может быть, в ней найдется место и для эфира?).



Новые симметрии пространства-времени и нелинейность в природе. (В. Г. Жотиков) (2006)

Показано, что в современном представлении, группой релятивистской инвариантности должна являться группа преобразований Лоренца-Каратеодори, а не группа преобразований Лоренца (однородная группа Пуанкаре). Группа Лоренца-Каратеодори содержит в своем состава две подгруппы: группу Лоренца и группу Каратеодори. Наличие в теории группы преобразований Каратеодори обеспечивает введения в теорию инвариантной величины: фундаментальной длины. Тем самым, решается проблема расходимостей квантовой теории поля. Показано, что эти преобразования, представляют собой пример нелинейных преобразований и позволяют давать простые объяснения для многих нелинейных явлений в природе. Соответственно, все фундаментальные уравнения физики, в дополнении к их инвариантности относительно группы преобразований Лоренца, должны быть инвариантны также и относительно группы преобразований Каратеодори.



О нарушении лоренцевой симметрии. (Краткий анализ следствий.) (pdf)

Относительность в теориях физики


Лоренц-инвариантная теория гравитации