А.Н. Матвеев - Механика и теория относительности (1111874), страница 21
Текст из файла (страница 21)
В дальнейшем, вплоть до самого последнего времени, опыт многократно повторялся различными исследователями и неизменно приводил к заключению, что скорость света во всех направлениях одна и та же и никакого эфирного ветра нет. С появлением лазеров точность опытов удалось значительно повысить. В настоящее время можно считать доказанным, что скорость эфирного ветра во всяком случае меньше 10 м/с. Интерпретация результатов опыта Майкельсона — Морли в рамках представлений об эфире.
В рамках представлений об эфире было предложено два выхода из сложившегося затруднительного положения: 1. Можно предположить, что эфир вблизи массивных тел, таких, как Земля, движется вместе с этими телами, т. е. полностью увлекается их движением. Тогда, естественно, вблизи этих тел никакого «эфирного ветра» не должно наблюдаться. 2. Можно предположить, что размеры материальных тел, движущихся в эфире, не остаются постоянными, а изменяются таким образом, что ожидаемой разности хода (13.15) не получается. Предположение о полностью увлекаемом эфире приходится отвергнуть из-за его противоречия с другими наблюдаемыми фактами.
В частности, это предположение не удается согласовать с явлением аберрации света. Второе предположение, выдвинутое Лоренцем и Фитцджеральдом, успешно объясняет отсутствие эффекта запаздывания. Сравнение формул (13.8) и (13.11) показывает, что при 1 = 1, = 1 время прохождения путей по движению и перпендикулярно ему будет одинаковым в том случае, если длина плеча, совпадающего с направлением движения, сократится и станет равной Гл а за 3. ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КООРДИНАТ Если предположить, что все материальные тела сокращаются в направлении движения в соответствии с формулой (13.17), то отрицательный результат опыта Майкельсона — Морли становится вполне понятным. Такое объяснение, однако, не является достаточно удовлетворительным, потому что оно создает логически неудовлетворительное представление о скорости света.
Скорость света считается постоянной относительно эфира и переменной относительно тел, движущихся в эфире, но измерения этой скорости относительно материальных тел всегда дают один и тот же результат. Короче говоря, скорость света относительно материальных тел переменка, но результаты ее измерения постоянны. Ясно, что при такой ситуации утверждение о переменности скорости света совершенно бессодержательно и подлежит устранению. Вместо него приходится принять представление о постоянстве скорости света. Если это представление принять, то опыт Майкельсона — Морли объясняется естественным образом. Однако сделаем следующее замечание. Строго говоря, из опыта Майкельсона — Морли и последующих аналогичных опытов не следует вывода о постоянстве скорости света.
Из них лишь следует вывод о том, что средняя скорость света туда и обратно в различных направлениях в данной инерциальной системе координат одинакова, и нельзя сделать заключения о постоянстве скорости света в различных направлениях. Баллистическая гипотеза. Имеется н другой путь объяснения результата опыта Майкельсона — Морли: можно с самого начала отказаться от эфира и считать, что свет является потоком материальных корпускул, т. е. вернуться к первоначальной точке зрения Ньютона. Естественно считать, что скорость этих корпускул относительна источника является постоянной величиной и складывается со скоростью источника по правилу параллелограмма.
Поскольку в баллистической гипотезе скорость света относительно источника во всех направлениях имеет одно и то же значение, то никакой разности хода в опыте Майкельсона — Морли ожидать нельзя. Поэтому баллистическая гипотеза естественным образом объясняет результат этого опыта и позволяет избежать совершенно непонятного в рамках преобразований Галилея положения о постоянстве скорости света. Однако баллистическая гипотеза оказалась несостоятельной. Несостоятельность баллистической гипотезы. Проверку баллистической гипотезы можно сделать нз астрономических наблюдений двойных звезд, на которые впервые указал де-Ситтер в 1913 г. Двойная звезда представляет собой две сравнительно близко расположенные друг от друга звезды, движущиеся вокруг общего центра масс.
Если одна из звезд значительно массивнее другой, то можно считать, что менее массивная звезда движется вокруг более массивной, которая покоится. Такие двойные звезды наблюдаются в довольно большом числе. По эффекту Доплера можно измерить скорость звезд и вы- Как практически наблюдать аберрацию света от звезды, если неизвестно истинное направление на нее! Почему скорость относительно эфира было бы целесообразно назвать «абсолютнойл, если бы существовал аМировой эфира! 13. Постоянство скорости света / / \ / l д.р,у~.~~з числить элементы орбиты. Оказывается, что компоненты двойной звезды движутся по эллиптическим орбитам в соответствии с законами Кеплера, т. е. между ними действуют силы тяготения, убывающие обратно пропорционально квадрату расстояния между компонентами. Каких-либо странностей в движении компонент двойных звезд не наблюдается.
Между тем если бы была справедлива баллистическая гипотеза, то движение двойных звезд представлялось бы весьма странным. Пусть наблюдение двойной звезды ведется с достаточно большого расстояния з. Дли простоты будем считать, что менее массивная звезда движется по окружности со скоростью и вокруг более массивной, которую можно считать неподвижной (рис. 30), и имеет период обращения Т. Луч света, испущенный в тот момент, когда звезда находилась в точке В (верхнее положение на рис.
ЗО) и двигалась от наблюдателя, будет распространяться в направлении наблюдателя со скоростью с — и. Испущенный в момент г„он достигнет глаза наблюдателя в момент Тт= ~,+з/(с — и), где з — расстояние от звезды до наблюдателя. Через половину периода обращения Т~2 звезда испустит луч из точки А (нижнее положение на рис. ЗО), двигаясь по направлению к наблюдателю. Скорость ЗО. Наблюдение двойник звезд Если бы была справедлива баллистичесная гипотеза, то нроме изменения наблюдаемого двиятения двойной звезды долнтна была бы наблюдаться переменность ее блесна. Действительно, имеется много переменных звезд, но занан изменения их блесна не соответствует тому, ноторыи получается из баллистичесной гипотезы.
Гл а ва 3. ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КООРДИНАТ этого луча при движении к наблюдателю равна с + о. Следовательно, луч, испущенный в точке А, достигнет глаза наблюдателя в момент Т,= г~+(Т/2)+л/(с+4. (13.19) Если расстояние г достаточно велико, то этот луч, имея ббльшую скорость, может обогнать луч, испущенный в точке В. Это произойдет на расстоянии г, для которого Т, = Т,. Нетрудно найти это расстояние из формул (13.18) и (13.19). На больших расстояниях луч из А может обогнать луч, испущенный из В на предыдущем обороте, и т. д. Тогда наблюдатель, находящийся на достаточно большом расстоянии, увидит звезду одновременно в нескольких точках орбиты.
Таким образом, если бы баллистическая гипотеза была справедливой, то при наблюдении двойных звезд астрономы должны были бы видеть довольно замысловатую картину. В действительности же ничего подобного нет. Наблюдаемая картина получается из предположения, что двойные звезды движутся по законам Кеплера и скорость света постоянна, а не складывается со скоростью источника, как этого требует баллистическая гипотеза.
Таким образом, баллистическая гипотеза оказывается опровергнутой. Несостоятельность баллистической гипотезы заставляет признать, что скорость света не зависит от скорости источника света. Результат опыта Майкельсона — Морли показывает, что она не зависит также и от скорости наблюдателя.
Поэтому делается вывод, что скорость света является постоянной величиной, не зависящей нм от скорости источника, ни от скорости наблюдателя. Несовместимость постоянства скорости света с привычными представлениями. Постоянство скорости света находится в глубоком противоречии с привычными представлениями повседневного опыта и с формулами сложения скоростей (12.10), которые являются следствием преобразований Галилея.
Таким образом, можно сказать, что преобразования Галилея (12.2) противоречат экспериментальному факту постоянства скорости света. Однако это противоречие становится заметным лишь для достаточно больших скоростей. Представим себе поезд, который движется со скоростью 100 км/ч относительно полотна железной дороги. Если вдоль вагона в направлении движения поезда идет человек со скоростью 5 км/ч относительно поезда, то скорость этого человека относительно полотна железной дороги равна 105 км/ч. Этот результат понятен и полностью согласуется с привычными представлениями о пространстве н времени, выражением которых в рассматриваемом случае является формула сложения скоростей классической механики. Эксперимент неоднократно подтверждал эту формулу.
Представим теперь ракету, которая движется со скоростью 100 000 км/с относительно Земли. Пусть в ракете в направлении ее движения перемещается некоторый предмет со скоростью 13. Постоянство скорости света 97 100 000 км/с относительно ракеты. Спрашивается, какова будет скорость этого предмета относительно Земли7 Если бы измерить ее, то получилось бы значение около 164 000 км/с.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
