Четырехвектор пространства-времени

Пусть четырехмерную систему отсчета с базисом (в которой три измерения характеризуют протяженность вдоль координатных линий, а четвертое измерение характеризует время ) некий субъект исследования полагает адекватной физической системе, которую этот субъект исследует, например, нашу трехмерную среду обитания. Тогда радиус-вектор в такой системе отсчета может быть представлен векторным выражением (именно его называют четырехвектором пространства-времени):

(1)

Его классический дифференциал равен:

(2)

Делением обеих частей этого дифференциала на дифференциал времени легко получить выражение производной радиус-вектора по времени в качестве скорости его изменения во времени:

(3)

Адекватное ему векторное выражение легко получить непосредственным дифференцированием равенства (1):

(4)

Из сравнения равенств (3) и (4) следует, что частные производные в равенствах (2) и (3) суть орты радиус-вектора (1) – безразмерные характеристики направлений в четырехмерном пространстве:

, , , (5)

Кроме того, из этого сравнения следует, что в таком пространстве время не может быть нелинейной функцией времени, поскольку скорость его изменения равна константе (в частности, ):

, , , (6)

Эти равенства позволяют скорость (4) радиус-вектора (1) записать в виде:

(7)

При этом скорость изменения скорости – ускорение – оказывается трехмерной:

(8)

Тогда трехмерную систему отсчета можно полагать частным случаем четырехмерной системы отсчета при обязательном условии линейности времени.

Между тем, известные преобразования Лоренца для времени в случае двух различных инерциальных систем и имеют вид:

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

и ,

где , – скорость системы в направлении оси , измеренная в системе , – скорость света в вакууме, и – соответствующие координаты в системах и . С учетом очевидной зависимости от времени эти преобразования можно переписать в виде:

и

Здесь налицо явно нелинейный характер времени в обеих системах, что противоречит обязательному условию его линейности. Следовательно, упомянутый субъект исследования ошибочно полагает четырехвектор пространства-времени адекватным исследуемой физической системе.

В 182 школе Дзержинского района Ленинграда в 1953 году чудесный учитель математики Вениамин Вениаминович Блеер постоянно напоминал ученикам: «– Ребятки, в математических задачах внимательно относитесь к размерностям. Если вы обнаружите в уравнениях нарушение размерностей – не решайте эти уравнения, а ищите и устраняйте ошибки в рассуждениях, приводящих к таким уравнениям». В рассматриваемом случае нарушение размерностей уже заложено не в уравнениях, а в субъективном определении четырехвектора, где время выступает не в качестве параметра, а в качестве независимой переменной. Это обстоятельство нарушает однородность координат системы отсчета и, естественно, приводит к противоречиям. Представляется очевидным, что независимая переменная и параметр – это, в общем случае, различные математические сущности, которые не различаются только в частном случае одномерного пространства. Примечательно, что вторая производная четырехвектора (1) утрачивает координату времени:

,

превращая исходное четырехмерное пространство в трехмерное пространство ускорений. То есть, пространство-время в этом случае оказывается ущербным и уже не соответствует исходному пространству, утрачивая время.

Напрашивается вывод: все достижения физики, полученные на основе четырехвектора пространства-времени, несостоятельны или, как минимум, сомнительны.