"Этот «цифровой» физический мир" - читать интересную книгу автора (Гришаев Андрей Альбертович)
1.14. Как «подтвердили» теорию относительности спутники GPS и TIMATION.
С началом «эры GPS» в массовое сознание вдалбливали не подлежащий сомнению тезис о том, что эта навигационная система работает, с огромной точностью подтверждая – ежедневно, ежечасно и ежеминутно – предсказания СТО и ОТО насчёт изменения темпа течения времени на бортах спутников. Но, странным образом, от общественности скрывали – как конкретно эти предсказания подтверждаются. Так, в одной из самых известных книг по основам GPS [Т3], автор ни словом не обмолвился о том, каким именно образом при работе GPS учитываются релятивистские и гравитационные эффекты. Это настолько контрастирует с широтой охвата материала и подробностями изложения в [Т3], что невольно возникает вопрос: почему от нас прячут свидетельства об эйнштейновской гениальности?
А ответ прост: потому что этих свидетельств нет. Ибо, концепция относительных скоростей и в случае с GPS не работает – с полной очевидностью. Вот, смотрите: пусть пользователь GPS-навигатора Вася принимает сигналы от нескольких спутников GPS. Каждый спутник из этого рабочего созвездия имеет свою скорость относительно Васиного GPS-навигатора. По логике относительных скоростей, для Васи бортовые часы на каждом из этих спутников должны испытывать квадратично-допплеровские замедления хода в соответствии с их скоростями относительно Васи. А откуда бортовым часам знать эти скорости? К тому же, Вася не один, есть ещё другие пользователи GPS-навигаторов – Петя, например. Если скорости тех же спутников относительно Пети не те, что относительно Васи, то и квадратично-допплеровские замедления ходов бортовых часов должны быть «не те», что для Васи. А это уже ни в какие ворота не лезет. Ведь опыт показывает, что хода бортовых часов GPS – однозначны. Чихали эти часы на Васю, на Петю и на миллионы остальных пользователей – они «тикают» одинаково для всех. Станции слежения за спутниками GPS, рассредоточенные по разным долготам, свидетельствуют: ход каждых бортовых часов постоянен – с точностью до небольших случайных флуктуаций, и до поправок на небольшие отличия орбит GPS от круговых, а также на периодически производимые коррекции этих ходов. Только благодаря почти постоянным ходам бортовых часов GPS, оказывается возможным выполнение одного из главных пунктов технического задания: удерживать шкалу времени GPS в пределах небольшой разности со шкалой Всемирного координированного времени (UTC). На заре «эры GPS», эта разность не должна была превышать ±100 нс, затем ±50 нс. Сегодня эта разность не должна превышать, если не ошибаемся, ±20 нс. Таким образом, работа GPS основана на почти синхронном ходе шкалы GPS, формируемой бортовыми часами, и шкалой UTC, формируемой наземными часами. Как такое возможно, если, по отношению к наземным часам, бортовые часы испытывают релятивистские и гравитационные эффекты?
Разгадка вот в чём. С помощью первых, экспериментальных спутников GPS, убедились в том, что совместное действие этих двух эффектов имеет место [Х2]. После этого, «спутниковые часы перед запуском регулируют на такую скорость хода, чтобы компенсировать эти… эффекты» [Ф1]. Этот страшный секрет уже раскрыт и в официальных учебных пособиях [О1]. Строго говоря, подстраивают выходную частоту не бортового стандарта, а бортового синтезатора – ну да ладно. Факт внесения однозначных поправок на гравитационные и релятивистские эффекты – налицо. Никакого вам смехотворного «парадокса часов»!
Тем не менее, Ван Фландерн полагает, что, в случае с GPS, «мы можем утверждать с уверенностью, что предсказания теории относительности подтверждены с высокой точностью» [Ф1]. Он пытается убедить нас в том, что бортовые часы GPS идут в полном согласии с предсказаниями Эйнштейна. «ОТО предсказывает… что атомные часы на орбитальных высотах спутников GPS идут быстрее примерно на 45900 нс/день, потому что они находятся в более слабом поле тяготения, чем атомные часы на земной поверхности. Специальная теория относительности (СТО) предсказывает, что атомные часы, перемещающиеся с орбитальной скоростью спутников системы GPS идут медленнее примерно на 7200 нс/день, чем неподвижные наземные часы» [Ф1]. Позвольте – где это СТО предсказывала, что релятивистское замедление хода бортовых часов постоянно по отношению ко всем «неподвижным наземным часам»? Ведь скорость каждых бортовых часов различна по отношению к различным «неподвижным наземным часам» – да ещё периодически изменяется! Одинаковость релятивистской поправки для всех бортов и её независимость от времени означает, что она определяется одной и той же, постоянной скоростью – а именно, линейной скоростью орбитального движения спутников GPS. И, действительно, рабочей системой отсчёта GPS является геоцентрическая невращающаяся [Т3]. Принимая во внимание вышеизложенное (1.6), констатируем: квадратично-допплеровское замедление ходов бортовых часов GPS определяется только их локально-абсолютными скоростями, примерно одинаковыми для всех спутников GPS. Таким образом, работа GPS не подтверждает концепцию относительных скоростей, а, наоборот, оставляет от этой концепции мокрое место. Причём, если в опыте Хафеле-Китинга (1.13), давшем аналогичный результат, величина измеряемого эффекта превышала погрешность измерений всего лишь в разы, то, в случае с GPS, запас по точности составил уже почти четыре порядка.
Но это ещё не всё. Релятивистские и гравитационные изменения ходов бортовых спутниковых часов – это бесспорные факты. Только являются ли эти изменения хода следствиями замедления времени? Нет, не являются. Известны факты, тоже бесспорные, которые свидетельствуют о том, что дело здесь НЕ в замедлении времени. Действительно, такой фундаментальный феномен, как замедление времени, влиял бы на скорость всех без исключения физических процессов. В частности, выходные частоты генераторов самых различных конструкций изменялись бы одинаково – в относительном исчислении. Однако, это не так: в отличие от частот квантовых стандартов, частоты кварцевых генераторов не испытывают релятивистских и гравитационных сдвигов!
Так, в мае 1967 г. и в сентябре 1969 г. США запустили первую пару спутников низкоорбитной навигационной системы TIMATION (см., например, [И1]). На их бортах находились прецизионные кварцевые генераторы, частоты которых контролировались с точностью не хуже 10-11 [И1]. Для спутников TIMATION, с высотой орбиты 925 км, суммарное действие релятивистского и гравитационного эффектов составило бы –2.1·10-10 [Г2]. Эта цифра по модулю в 20 раз грубее, чем вышеназванная точность контроля частоты. Поэтому, если частоты кварцевых генераторов на бортах TIMATION испытывали бы релятивистские и гравитационные сдвиги, то их сумма непременно была бы обнаружена. Причём, это обнаружение явилось бы сенсацией – первым подтверждением СТО и ОТО с помощью бортовых спутниковых часов. Однако, сенсация не состоялась. Её устроили попозже, после запуска первых экспериментальных спутников GPS с квантовыми стандартами частоты на бортах.
Эти факты – убийственны для СТО и ОТО. Частоты квантовых генераторов испытывают релятивистские и гравитационные сдвиги, а частоты кварцевых генераторов их не испытывают! Значит, в случае квантовых генераторов, эти сдвиги обусловлены вовсе не замедлением времени – которое, как мы помним, влияло бы на все физические процессы. О причинах, которые, на наш взгляд, обеспечивают эти сдвиги, мы скажем в 4.7. Если же совсем кратко, то, по логике «цифрового» мира, дело здесь в программных манипуляциях, которые управляют положением квантовых уровней энергии в веществе. Эти программные манипуляции действуют на частоты квантовых генераторов напрямую, а на частоты классических генераторов – лишь опосредованно. Разница в том, что собственная частота классического генератора определяется не столько частотами квантовых пульсаторов, из которых он построен, сколько законами структурной организации вещества, обеспечивающими эту постройку. Вот почему релятивистские и гравитационные сдвиги квантовых уровней энергии, трансформированные на структурный уровень классического генератора, могут приводить к совершенно иным результирующим сдвигам его частоты [Г2].
Факт остаётся фактом: у кварцевых генераторов на бортах спутников TIMATION не обнаружились релятивистские и гравитационные сдвиги частот, хотя точности для этого вполне хватало. На специализированных Интернет-форумах, где мы заводили речь о спутниках TIMATION, у релятивистов начиналась истерика. Руководствуясь принципом «Всё отрицать!» - они выдвигали самые нелепые возражения. И что никаких спутников TIMATION не было – это, мол, наша выдумка. И что релятивистские и гравитационные сдвиги частот там не обнаружились просто потому, что такая задача, мол, и не ставилась. И что не бывает кварцевых генераторов с точностью контроля частоты до 10-11 – эта цифра не бывает, мол, лучше чем 10-8 (хотя уже имеются экземпляры со значением этого параметра 1.1·10-12 [М2]). Отчего же релятивисты так неадекватно реагируют? Оттого, что слишком наглядно спутники TIMATION продемонстрировали: релятивистского и гравитационного замедлений времени в природе не существует. Никаким теоретическим словоблудием этот вывод уже не заболтать. Нам, конечно, укажут, что были эксперименты, в которых обнаруживалось релятивистское и гравитационное замедление времени. Это неправда: либо экспериментаторы сами заблуждались, либо сознательно вводили в заблуждение нас с Вами, дорогой читатель. Ключевой из этих «экспериментов» мы сейчас разберём.