Ландсберг Г.С. - Оптика (1070727), страница 99
Текст из файла (страница 99)
22.4. К опыту Эри Объяснение и здесь получается, если принять во внимание коэффициент увлечения. Труба, наполненная водой, увлекает световые волны в направлении своего движе- ~ Я ния со скоростью п~ = п(1 — 1/и"), Таким образом, за время т, в течение которого свет идет вдоль трубы со скоростью с1 — — с/и и проходит путь, равный стг, световые волны отстанут не на величину пяп~ т, как было бы в отсутствие увлечения, а на величину ! о — и 1 — — )~~ яви"т= — яп~~ т, .Л М Таким образом, ив1пф т тяп :с1т = Д п2 с1и отсюда угол аберрации ов1пф1 юяшф) Ф и — и ~ — — — Оо ч с1п с в соответствии с наблюдениями. Интересно отметить, что Френель, сформулировав свое представление о коэффициенте увлечения, рассмотрел также и этот опыт с аберрацией и писал в письме к Араго (в 1818 г.): «Хотя этот опыт еще не был сделан.
но я не сомневаюсь, что он подтвердит это заключение...~. б. Теория неподвижного эфира. Лорентцисходил из допущения, что эфир вполне неподвижен и не принимает участия в движении материальных сред. Таким образом, для электродинамики (и оптики) принцип относительности не имеет места. Абсолютная система отсчета может быть связана с неподвижным эфиром, а все другие системы отсчета будут принципиально отличаться от этой абсолютной системы. Электродинамические и оптические опыты будут протекать различно в зависимости от скорости движущейся инерциальной системы и могут служить для установления этой скорости по отношению к эфиру., т.е. абсолютной скорости: движение тел сквозь неподвижный эфир должно сопровождаться «эфирным ветром», влияние которого может быть обнаружено на опыте.
В частности, явление Доплера должно приводить к различиям (второго порядка относительно п/с) между случаями движения источника или прибора гл. ххп. Оп'гикА движущихся сРед 409 сквозь эфир (как в акустике) »л могло бы принципиально быть использовано для установления абсолютного движения (движения относительно эфира) источника или приемника.
Электродинамика (и оптика) движущихся сред, развитая Лорентцом, есть часть его общей электронной теории, в силу которой все электромагнитные свойства вещества обусловливаются распределением электрических зарядов и их движением внутри неподвижного эфира. В качестве формул преобразования координат при переходе от одной инерциальной системы к другой сохраняются преобразования Галилея, и, поскольку отрицается пр»лицин относительности, уравнения электродинамики Лорентца не являются инвариантными по отношению к этим преобразованиям. Теория Лорентца означала очень крупный шаг вперед и разрешала болыпой круг вопросов, представлявших значительные теорет»лческие трудности.
В случае оптическ»лх явлений она совпадает с теорией Френеля и также приводит к представлению о частичном увлечении световых волн. По теории Лорентца движение вещества есть движение молекул и связанных с н»лми зарядов в ненодвиа»сном эфире, и учет этого движения показывает, что в среде, движущейся со скоростью о, свет распространяется со скоростью с» + (1 — 1/и )в, где с» — скорость света в неподвижной среде. Таким образом, теория Лорентца приводит к формуле частичного увлечения Френеля, хорошо подтвержденной тщательными измерениями.
Принимая во внимание коэффициент увлечен»ля, Лорентц мог доказать общую теорему, согласно которой движение системы не влияет с погрешностью до величин порядка р' = »2/с2 на результаты опт»лческих опь»тов с замкну»»»ым путем света, т.е. опытов, к которым принадлежат все ллнтерференционные явления. Таким образом, с помощью подобных опытов можно. согласно теории Лорентца — Френеля, обнаружить движение Земли относительно эфира, предполагаемого неподвижным, но лишь при ус»овии, что точность опытов позволяет учитывать величины второго порядка (р'2 по сравнению с единицей), т.е.
если погрешност»л при их выполнении не превышают примерно 10 8. Все эффекты первого порядка в таких опытах с замкнутым оптическим путем компенсируются благодаря явлению частичного увлечен»ля. Поэтому особый принципиальный интерес пр»лобретают опыты, обеспечивающие погрешности не более»»~. Как мы уже упоминали, явление Доплера могло бы, в рамках теории Лорентца.
служить для обнаружения абсолютного движения систем в эфире, если бы соответствующие измерения можно было бы произвести с ошибкой, меньшей»», Онылп Майксльсана. Реальным опытом, выполняемым с такой точностью, является интерференционный опыт Майкельсона, представляющий, по существу, определение скорост»л распространения света в направлении, совпада»ощем с направлением движения Земллл, и в направлен»ли, к нему перпендикулярном.
Опыт выполняется по схеме рис. 22.5, причем интерферометр Майкельсона располагается таким образом, чтобы одно плечо его совпадало с направлением движения Земли, а другое было к нему- перпендикулярно. При повороте всего 410 скОРОсть све'ГА прибора на 90 следует ожидать изменения интерференционной кар- тины, по которому и можно судить о влиянии движения Земли на интерференционный опыт и вычислить абсолютную скорость этого движения в эфире, Действительно, в рамках теории Лорентца время на прохождение пути МВ и обратно есть Т1 + + Т~, где Тт определится из условия Т1с = 1+Н1, а Т~ — из условия Тес =1 — иТ~, здесь 1 = МА = М — длина плеча интерферометра. Итак, 2!с Т+Т = се — ее 21 с 1 — Д~ 2! 1 с 1 — е'/с~ 21 ( Рис.
22.5. Схема опыта Май- кельсона (130.1) откуда (также с погрешностью, меньшей Д ). Таким образом, разность времен, обус- у ловленная движением прибора вместе с Землей, равна Рис. 22.6. К расчету раз- Т, +Т, — 2Т= — Р'. ности хода в опыте Майкельсона При повороте прибора на 90' разность эта меняет знак, так что интерференпионная картина меняется, смещаясь на число полос (точнее, долей полосы), зависящее от величины плеча 1. Опыт был впервые выполнен Майкельсоном в 1881 г.
с точностью, лежащей на границе необходимой. Он повторялся многократно со все ббльшими и ббльшими усовершенствованиями, причем удлинялся путь 1 и совершенствовались методы наблюдения. Рисунок 22.7 дает представление об одной из установок (МайкельсонМорлей, 1887 г.). Таблица 22.1 показывает, что по мере совершенствования опыта все с большей уверенностью констатируется отсутствие того смещения полос, которого следует ожидать по теории Лорентпа, допускающей «эфирный ветерэ, возникающий вследствие движения Земли со скоростью 30 км~'с в неподвижном эфире. (с погрешностью„меньшей о').
В перпендикулярном направлении, с учетом движения прибора, время прохождения от М до А' и обратно к М' (рис. 22.6) будет равно 2Т, где Т определится из следующего условия: А' та = МА' = Лг+Рт~, 411 ГЛ, ХХП. О1ГГИКА ДВИЖУЩИХСЯ СРЕД Рис. 22.7. Общий вид установки Майкельсона — Морлея положения теории Лорентца. Отрицательный результат его противоречит гипотезе неподвижного эфира и мог бы быть истолкован как доказательство полного увлечения эфира телами, т.е. вступил бы в кажущееся противоречие и с результатами опыта Физо. Было сделано поэтому немало попыток разрешить это противоречие. Таблица 221 Результаты опытов по проверке теории увлечения эфира Ожидаемое сме- щение Наблюда- емое смещение Длина плеча, в см Эфирный ветер, км/с Данные опыта в долях полосы Майкельсон (1881 г.): прибор на металлическом п|тативе вращается вокруг оси Майколъсон -Марлей (1887 г.); прибор монтирован на каменной плите, плавающей в ртути; путь луча 1 удлинен благодаря системе отражений (см.
рис. 22.7) Морлей — Миллер (1905 г.), дальнейшие улучшения Кегп1еди (1926 г.) Иллингворт (1927 г.) < 0,015 120 0,04 < 18 0,37 1 100 < 0,01 < 3,5 ( 0,01 0,27 800 < 0,001 ( 0,0005 Одна из них принадлежит Ритцу и состоит в допу1цении, что скорость света, испускаемого деижуи~имся источником, слагается гео- Отрицательный резу.льтат опыта Майкельсона, не возбуждающий сомнения, имеет огромное принципиальное значение.
Он является одним из наиболее надежных опытов, подвергающих проверке вопрос об увлечении эфира движущимися телами и, следовательно, исходные 412 СКОРОСТЬ СВЕТА метрически из скорости источника и скорости света от неподвижного источника, подобно скорости ядра, выстреливаемого быстро перемещающимся орудием (баллисглическаа гипотеза). Нетрудно видеть, что если бы баллистическая гипотеза была справедлива, то опыт Май- кельсона должен был бы дать отри- 1 цательный результат, ибо .1 1 +.12 = 2Т = 21/с.
Однако астрофизи- 5 д ческие наблюдения над двойными звездами решительно говорят против баллистической гипотезы. Действительно, представим себе двойную звезду (рис. 22.8) на расстоянии Рис. 22.8. Наблюдения над двой- Х от наблюдателя одна из комными звездами опровергают бал- понент которой Я имеет период листнческую гипотезу Ритца обращения 2Т и линейную скорость движения и.
Если баллистическая гипотеза справедлива, то свет от компоненты 5' в положении 1 дойдет до наблюдателя к моменту 11 —— = Х/(с — г)о а в положении Н к моменту 12 — — Т+Х/(с+г), где Т полупериод обращения. Таким образом, наблюдаемое движение звезды может заметно отступать от законов Кеплера. В частность,при очень большом Т. возможно, что даже при г « с получится 12 < 1~ о т.е.
видимое движение приобретает весьма прихотливый характер. Рассмотрение достаточного числа двойных звезд показывает, что такое следствие баллистической гипотезы противоречит наблюдению и, следовательно, гипотеза Ритца должна быть оставлена. А.М. Бонч-Бруевич (1956 г.), применив для определения скорости света современные уточненные методы, сравнил скорости света, идущего от правого и левого краев Солнца, т.е. от источников, один из которых приближается, а другой отдаляется от нас со скоростью 2,3 км/с. Опыты с достаточной степенью точности показали, что различие в скорости света, предполагаемое по баллистической гипотезе, не имеет места.
Другое в высшей степени кардинальное допущение, предложенное для объяснения результатов опыта Майкельсонае было сделано, с одной стороны, Фицджеральдом, с другой самим Лорентцом (1892 г.). Было высказано предположение, что в результате движения линейные размеры всех тел вдоль направления скорости сокращаются в отноп1е- ъеТ вЂ” бг (к~ее~и~кци~иеш~ иж~ю~): е«ое копуше е объ еже отрицательный результат опыта Майкельсонае ибо при этих условиях, используя формулу (130.1), получаем 21~/à — ~32 21 1 Т1+Т-.( Р, --,, -2Т ~ 131. Основы специальной теории относительности Мы уже отмечали значение теории Лорентца, объяснившей с единой точки зрения весьма разнообразные оптические и электродинамические явления первого порядка.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
