А.Н. Матвеев - Механика и теория относительности (1111874), страница 19
Текст из файла (страница 19)
до н. з.) был сторонником теории атомов истечения, которые попадают от предметов в глаз. Аристотель (384 — 322 гг. до н. э.) также придерживался теории истечения. Однако геометрический характер, приданный оптике Евклидом (300 г. до н. э.), установившим учение о прямолинейном распространении лучей света и законы отражения, делал обе точки зрения практически эквивалентными. В дальнейшем получила перевес точка зрения атомов истечения, при этом считалось, что свет распространяется с очень большой скоростью и даже мгновенно. Это убеждение базировалось на аналогии с полетом стрелы из лука: траектория стрелы тем прямее, чем больше скорость стрелы. Основоположник новой физики Галилей (1564 — 1642) считал скорость света конечной, но не имел о ней никакого реального представления, пытаясь измерить ее заведомо непригодными методами.
Декарт (1596 — 1650) выдвинул новую точку зрения на свет, согласно которой свет есть давление, передаваемое через среду с бесконечной скоростью. Таким образом, Декартом ясно высказывается мысль о необходимости среды для передачи света. Гримальди (1618 — 1660) и Гук (1625 †16) предложили волновую точку зрения на свет: свет есть волновое движение в однородной среде. Но истинным создателем волновой теории света явился Христиан Гюйгенс (1629— 1695), изложивший ее перед Парижской Академией наук в 1678 г.
Ньютон (1643 — 1727) неохотно высказывался о природе света, «не желая измышлять гипотез». Однако он явно принимал корпускулярную теорию истечения, хотя и не настаивал на ее безусловной правильности. В 1675 г. Ньютон писал: «Свет, по моему мнению, не следует определять ни как эфир, ни как колебательное движение эфира, но как нечто, распространяющееся от светящихся тел. Это нечто можно считать либо группой различных перипатетических качеств, либо, еще лучше, множеством крайне малых и быстрых корпускул». Определение скорости света Ремером. Впервые скорость света была измерена в 1676 г. Репером. Наблюдения затмений спутников Юпитера показали, что видимый период их обращения уменьшается, когда Земля в своем годовом движении приближается к Юпитеру, и увеличивается, когда Земля удаляется от него.
Ремер понял, что этот аффект связан с конечной скоростью распространения света, и по результатам наблюдений вычислил эту скорость. На рис. 27 изображено положение спутника Юпитера в момент после аатмения. 86 «3.1) Т1 — — 11+ г1/с, 1 ! Ъ Т 2 о К определению света Ремером скорости (13.2) 71 = 11 + гт/с. ж'=т — иг, у'=и, х'=г, Если в движущемся поезде производить выстрелы с интервалом, например, в одну сенунду, то наблюдатель на полотне железной дороги, и ното- рому этот поезд приближается, будет слышать их следующими друг за другом чаще чем через секунду. Наблюдатель, от ноторого поезд удаляется, будет слышать более редние выстрелы. Глава 3. ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КООРДИНАТ Поскольку период обращения Юпитера вокруг Солнца много больше периода обращения Земли вокруг Солнца, при расчете можно считать Юпитер неподвижным.
Пусть в некоторый момент 11 спутник Юпитера выходит из его тени, что будет зафиксировано земным наблюдателем в мо- мент где г, — расстояние между Землей и точкой выхода спутника из тени в момент наблюдения, с — скорость света. После того как спутник совершит один оборот вокруг Юпитера, выход его из тени произойдет в момент Т„ а земной наблюдатель отметит в момент Таким образом, согласно измерениям зем- ного наблюдателя период обращения спут- ника т ньбл= Ут ~1= Тист+(гт г1)/С~ «3 3) гДе Таст = (~, — /1) — истинный пеРиоДобращения спутника. Таким образом, вследствие разности расстояний от Земли до Юпитера г, — г, наблюдаемый период обращения спутника будет отличаться от истинного. Если проделать большое число измерений этого периода как при приближении Земли к Юпитеру, так и при удалении от него, то среднее значение полученных результатов будет равно истинному периоду, поскольку при усреднении члены (г, — г,)/с име1от различные знаки и взаимно уничтожаются. Зная Т„„, моясно по формуле (13.3) определить скорость света: с — (гт г1)/(Ткабл — т ист).
«3.4) Величины г, и г, известны из астрономических вычислений, поскольку движения Юпитера и Земли хорошо изучены. Нетрудно, конечно, учесть и движение Юпитера. Проделав соответствующие расчеты, 13. Постоянство скорости света 8У Ремер получил значение скорости света с = 214300 кмгс.
Это было первое надежное измерение скорости света с удовлетворительной для тех времен точностью. Аберрация света (Брадлей, 1727). Капли дождя в безветренную погоду падают вертикально. Однако на стекле движущегося горизонтально поезда они оставляют наклонный след. Это является следствием сложения вертикальной скорости капли и горизонтальной скорости поезда. Со светом наблюдается аналогичное явление, называемое аберрацией. В результате аберрации света кажущееся направление на звезду отличается от истинного (рис.
28) на угол (ягг2) — а = р, называемый углом аберрации. Из рисунка видно, что $д ~ = тт ~ /с, ($3.5) где и„— составляющая скорости движения Земли, перпендикулярная направлению к Звезде, с — скорость света. Явление аберрации практически наблюдается следующим образом.
Ось телескопа при каждом наблюдении в течение года ориентируется одинаковым образом в пространстве относительно звездного неба, и при этом изображение звезды фиксируется в фокальной плоскости телескопа. В течение года это изображение описывает некоторый эллипс. Зная размеры эллипса и другие данные наблюдения, можно определить угол аберрации. Измерив сс и зная их (скорость Земли), можно вычислить скорость света, что подтвердило результаты Ремера в пределах той же точности.
Различные трактовки скорости света. После того как установлена скорость света, возникает вопрос о том, от чего она зависит. Ответ на него в рамках существовавших в то время представлений был обусловлен взглядом на природу света. Если свет есть волнообразное движение однородной среды, то его скорость относительно этой среды является неко- 26.
При наблюдении света от звезды, расположенной перпендикулярно скорости движенияя Земли, ось телескопа необходимо ориентировать под углом р к истинному направлению на звезду из-за аберрации света х=х'+п', у=у', з=з', Во время доягдя при отсутствии ветра, чтобы не намоннуть, надо зонтин дернгать вертинально. Если нге приходится болтать, то его необходилго наклонить в направлении двиягения. 88 Глава 3. Г1РЕОБРАЗОВАНИЯ КООРДИНАТ торой постоянной величиной, определяемой свойствами среды. Скорость же света относительно источника и наблюдателя является переменной величиной, зависящей от скорости источника или наблюдателя относительно этой среды, и находится по правилу сложения скоростей (12.10). Если свет есть поток быстрых корпускул, летящих от источника, то естественно считать, что скорость этих корпускул относительно источника имеет некоторое постоянное значение, а относительно наблюдателя складывается согласно (12.10) со скоростью наблюдателя относительно источника.
Идея так называемого Мирового эфира и Абсолютной скорости. Авторитет Ньютона принес победу корпускулярной точке зрения на свет. Волновая теория Гюйгенса, хотя и имела сторонников, в продолжение свыше ста лет была оттеснена на задний план. Однако в начале Х1Х столетия новые открытия в оптике в корне изменили положение. В 1801 г. Юнг установил принцип интерференции и на его основе объяснил цвета тонких пластинок. Однако эти представления Юнга, носившие скорее качественный характер, еще не смогли завоевать всеобщего признания. Окончательный удар по корпускулярной теории был нанесен в 1818 г. Френелем, решившим на основе волновой теории проблему дифракции. Все попытки рассмотреть эту проблему в рамках корпускулярной теории оказались безуспешными.
Идея работы Френеля базировалась па объединении принципа элементарных волн Гюйгенса с принципом интерференции Юнга. В течение нескольких лет после этого корпускулярная теория была полностью вытеснена из науки и общепринятой стала точка зрения на свет как на волновой процесс в среде.
Эта среда, заполняющая всю Вселенную, получила название «Мирового эфира». Задача заключалась в том, чтобы построить теорию света как теорию колебаний эфира. В дальнейшем роль эфира была расширена, он считался ответственным и за другие явления (тяготение, магнетизм, электричество). В работе по созданию теории Мирового эфира приняли участие многие выдающиеся ученые прошлого столетия. Однако сейчас эти работы имеют лишь исторический интерес и их нет необходимости освещать. Мы напомнили о Мировом эфире лишь для того, чтобы пояснить понятие Абсолютной скорости и методы ее поисков. Согласно только что изложенным представлениям, эфир заполняет все пространство, в котором движутся материальные тела, и неподвижен в этом пространстве.
Скорость света относительно эфира является постоянной величиной, определяемой свойствами эфира. Материальные тела движутся относительно неподвижного эфира, заполняющего все пространство. Ясно, что это движение тел относительно эфира носит абсолютный характер и отличается от движения материальных тел друг относительно друга. Действительно, если тело А движется относительно тела В со скоростью т, то ее можно изменить, действуя силой как на тело А, так и на тело В. Изменить т 3. Постоянство скорости света 89 же движение тела А относительно эфира можно только приложением силы к нему, а не к какому-либо другому телу. Скорость тела относительно эфира была названа «Абсолютной». Абсолютная скорость данного материального тела не зависит от движения других тел.
Она, по идее, имела бы смысл даже тогда, когда все остальные тела перестали существовать. Возникает лишь вопрос, как ее измерить. Идея измерения так называемой Абсолютной скорости. Поскольку скорость света относительно эфира постоянпа, то относительно материальных тел, движущихся в эфире, она пвременна и зависит от их скорости относительно эфира. Измерив скорость тела относительно света, или, что то же самое, скорость света относительно тела, можно определить скорость его относительно эфира (скорость света относительно эфира можно считать известной). Ситуация здесь совершенно аналогична той, когда гребцы в лодке, измерив скорость лодки относительно волн и зная скорость волн относительно неподвижной воды, могут найти свою скорость относительно воды.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
