Ландсберг Г.С. - Оптика (1070727), страница 92
Текст из файла (страница 92)
инФРАКРАснык, УльгРАФиОлнтОвыв лУчи 379 котору1о мы обозна'1али как область ультрафиолета. Понятно, что в таком случае нет никакого различия между рентгеновскими и ультрафиолетовыми лучами. То или иное название для них зависит от способа их возбуждения. Если возбуждение лучей соответствует методам возбуждения рентгеновского излучения, т.е. мы подходим к этим мягким лучам со стороны более жестких, рентгеновских, то мы назовем их рентгеновскими. Если, наоборот, возникшие лучи вызваны по способу, принятому для возбуждения ультрафиолета.
т.е. мы подходим к ним со стороны еще более длинных ультрафиолетовых лучей, то их естественно отнести к ультрафиолету. Область между рентгеновскими и ультрафиолетовыми лучами в настоящее время заполнена. (Хольвег), подобно тому как заполнена область между герцовыми и инфракрасными лучами. В сторону наиболее коротких волн шкала не обрывается на жестких рентгеновских лучах.
Мы имеем в природе гораздо более короткие волны, чем обычные рентгеновские. Это 7-лучи, испускаемые радиоактивными веществами, которые по своей природе совпадают с рентгеновскими волнами, но отлича1огся еще большей жесткостью. Разнообразные радиоактивные вещества испускак>т ";-лучи различной длины волны: от таких, которые мягче некоторых рентгеновских лучей ~.7-лучи, испускаемые полонием), до лучей, длина волны которых в сотни раз короче самых жестких из обычных рентгеновских лучей ( у-лучи, испускаемые торием С).
Таким образом, шкала электромагнитных волн представляет собой непрерывно заполненную градаци1о от весьма длинных электромагнитных радиоволн до волн, длина которых измеряется тысячными долями ангстрема. Конечно, не исключена возможность существования еще более коротких волн. Так, при прохождении космических лучей, представляю1цих собой поток корпускул, несущихся со скоростью, близкой к скорости света, образуются 7-лучи очень короткой длины волны. Следующая диаграмма дает представление о всей шкале электромагнитных волн (рис.
19.9). Вверху диаграммы указаны длины волн, Х= 1015 101 з 10п И19 107 И15 10з 19 1 10-1 10-з .4 Рис. 19.9, Шкала электромагнитных волн выраженные в ангстремах (1 А = 0,1 нм = 10 ~ см), на нижней ее части — наименование волн. Перекрывание областей. показанное на рисунке, указывает, сколь условно это деление на области. Ввиду огромного диапазона нанесенных на шкалу длин волн она представлена в логарифмическом масштабе. СКОРОСТЬ СВЕТА Глава ХХ СКОРОСТЬ СВЕТА И МЕТОДЫ ЕЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ й 122. Значение опытов по определению скорости света и первая попытка Галилея Задача определения скорости света принадлежит к числу важнейших проблем оптики и физики вообще.
Решение этой задачи имело огромное принципиальное и практическое значение. Установление того, что скорость распространения света конечна, и измерение этой скорости сделали более конкретными и ясными трудности, стоящие перед различными оптическими теориями. Первые методы определения скорости света, опиравшиеся на астрономические наблюдения, способствовали со своей стороны ясному пониманию чисто астрономических вопросов о затмениях отдаленных светил и о годичном параллаксе звезд. Точные лабораторные методы определения скорости света, выработанные впоследствии, используются при геодезической съемке.
Теоретическое обоснование и экспериментальное исследование принципа Доплера в оптике сделали возможным решение задачи о лучевых скоростях светил или движущихся светящихся масс (протуберанцы, каналовые лучи) и привели к весьма широким астрономическим обобщениям. Сравнительное измерение скорости света в вакууме и различных средах послужило в свое время в качестве ехрег1ше|пшш сгис1в для выбора между волновой и корпускулярной теориями света, а впоследствии привело к понятию групповой скорости, имеющему большое значение и в современной квантовой физике. Сравнение скорости распространения света с константой с максвелловской теории, обозначающей, с одной стороны, отношение между электромагнитными и электростатическими единицами заряда, а с другой — скорость распространения электромагнитного поля, сыграло важнейшую роль при обосновании электромагнитной теории света.
Наконец, вопрос о влиянии движения системы на скорость распространения света и вся обширная совокупность связанных с ним экспериментальных и теоретических проблем привели к формулировке эйнштейновского принципа относительности — одного из самых значительных обобщений теоретической физики, играющего исключительно важную роль и в физике, и в философии. Основная трудность, на которую наталкивается экспериментатор при определении скорости распространения света, связана с огромным значением этой величины, требующим совсем иных масштабов гл. хх.
скОРОсть сВетА и метОДы ее ОпРеДелениЯ 381 опыта, чем те, которые имеют место в классических физических измерениях. Эта трудность дала себя знать в первых научных попытках определения скорости света, предпринятых еще Галилеем 11607 г.). Опыт 1алилея состоял в следующем: два наблюдателя на большом расстоянии друг от друга снабжены закрывающимися фонарями. Наблюдатель А открывает фонарь; через известный промежуток времени свет дойдет до наблюдателя В, который в тот же момент открывает свой фонарь; спустя определенное время этот сигнал дойдет до А, и последний может, таким образом, отметить время т, протекшее от момента подачи им сигнала до момента его возвращения. Предполагая, что наблюдатели реагируют на сигнал мгновенно и что свет обладает одной и той же скоростью в направлении АВ и ВА, получим, что путь АВ 1- ВА = 2Р свет проходит за время т, т.е.
скорость света с = 2Р(т. Второе из сделанных допущений может считаться весьма правдоподобным. Современная теория относительности возводит даже это допущение в принцип. Но предположение о возможности мгновенно реагировать на сигнал не соответствует действительности, и поэтому при огромной скорости света попытка Галилея не привела ни к каким результатам; по существу, измерялось не время распространения светового сигнала, а время, потраченное наблюдателем на реакцию. Положение можно улучшить, если наблюдателя В заменить зеркалом, отражак>щим свет, освободившись таким образом от ошибки, вносимой одним из наблюдателей. Эта схема измерений осталась, по существу, почти во всех современных лабораторных приемах определения скорости света; однако впоследствии были найдены превосходные приемы регистрации сигналов и измерения промежугков времени, что и позволило определить скорость света с достаточной точностью даже на сравнительно небольших расстояниях.
$ 123. Астрономические методы определения скорости света а. Определение скорости света по наблюдениям с Земли затмений спутников Юпитера. М е т о д Р е м е р а. Юпитер имеет несколько спутников, которые либо видны с Земли вблизи Юпитера, либо скрываются в его тени. Астрономические наблюдения над спутниками Юпитера показывают, что средний промежуток времени между двумя последовательными затмениями какого-нибудь определенного спутника Юпитера зависит от того, сближаются ли Земля и Юпитер или удаляются друг от друга, что, в свою очередь, зависит от того, на каком расстоянии друг от друга они находятся во время наблюдений.
Метод Ремера 11676 г.), основанный на этих наблюдениях, можно пояснить с помощью рис. 20.1. Пусть в определенный момент времени Земля 3~ и Юпитер Ю~ находятся в противостоянии и в этот момент времени один из спутников Юпитера, наблюдаемый с Земли, исчезает в тени Юпитера (спутник на рисунке не показан). Тогда, если обозначить через В и т радиусы орбит Юпитера и Земли и через с — скорость света в системе координат, связанной с Солнпем С, на Земле уход спутника в тень Юпитера будет зарегистрирован на СКОРОСТЬ СВЕТА (Л вЂ” т)/с секунд позже, чем он совершается во временной системе отсчета, связанной с Юпитером. По истечении 0,545 года Земля Зв и Юпитер Ю~ находятся в соединении. Если в это время происходит н-е затмение того же спутника Юпитера, то на Земле оно будет зарегистрировано с опозданием на (В + г)/с секунд.
Поэтому, если период обращения спутника вокруг Юпитера ~, то промежуток времени Т1, протекший между первым и и-м затмениями, наблюдавшимися с Земли, равен «Оз Т1 = (и — 1)г+ с «0 = (н — 1)~+ —, Ю, По истечении еще 0,545 года Земля Зг и Юпитер «0д будут вновь находиться в противостоянии.
За это время совершились (и — 1) оборотов спутника вокруг Рис 20 1 К определению Юпитера и (и — 1) затмений, из которых скорости света по мето у ре- первое имело место, когда Земля и Юпитер занимали положения Зв и Юа, а последнее — когда они занимали положения Зз и Юз. Первое затмение наблюдалось на Земле с запозданием (Я + т)/с, а последнее с запозданием (.Н вЂ” г) /с по отношению к моментам ухода спутника в тень планеты Юпитера, Следовательно, в этом случае имеем В+г Я вЂ” г 2г Т. = (и, — 1)г — + = (и, — 1)г — — . е с с Ремер измерил промежутки времени Т1 и Т2 и нашел, что Т1 — Тя = = 1980 с, Но из написанных вьппе формул следует, что Т1 — Та = 4г/с, поэтому с = 4г/1980 м/с. Принимая г, среднее расстояние от Земли до Солнца, равным 150 106 км, находим для скорости света значение: с = 301 10 м/с. Этот результат был исторически первым измерением скорости света.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
