1612045808-897604033167dc1177d2605a042c8fec (533738), страница 96
Текст из файла (страница 96)
Введенное Френелем чисто феноменологически частичное 2« * поорав о зависимости сиорасти сват» от движения источи»ив, ив который во»иова» теория давала оорсделсиио отрииатаиьиый ответ, вновь возник зиачитсаь. ио позже, в полемике Ритц» с Эйиштсйиам оо основам теории атиоситсоысости. В 1913 т. дс-Саттер указал, что исэввисимость скорости сват» от «виже~ ии источника с высокой точностью вмтеивст ив иваиюдсиия вв двойными звездами (Пттотиоситсльио к ооииитоя теоретическая ко»освоив — валаамов или иороуси2лирваи) зз Скеыа опыта Майкеаьсоаа ен, для 1! ! ° 2! ! с 1/! р/ с'г (8.4) увлечение эфира движущимися телами получает при этом простое физическое истолкование.
Г!о Лоренцу, эфир неувлекаем и внутри тел; увлекаются, т. е. движугся вместе с телом, только заряды, из которых оно построено. Макроскопически зто движение зарядов приводит к появлению френелевского коэффициента увлечения ! 1/пт ше одно важное открытие, хорошо Е укладывавшееся в схему неподвижного, неувлекаемого эфира, — теоретически предсказанный в 1842 г. Х. Доплером эффект влияния движения источника волн или наблюдателя на воспринимаемую частоту. Элементарное объяснение эффекта предполагает определенную скорость с распространения волн относительно эфира, подобно скорости звука в неподвижной среде (например, в воздухе). Тогда частота са воспринимаемых наблюдателем колебаний связана с частотой ыо колебаний в источнике соот- ношением ор = ор ! — 02/с ' где о! и от — проекции скорости наблюдателя и источника относительно среды на направление от источника к наблюдателю.
Формула (8.2) дает разные результаты в зависимости от того, движется источник или наблюдатель, но это различие сказывается лишь начиная с членов второго порядка по о!/с и ие/с. В первом порядке сдвиг частоты Лор = ор — охр определяется только относительной скоростью о = и! — оа! Лса/ор ж — (о! — от)/с = — о/с. Эффект Доплера получил опытное подтверждение как в астрономических, так и в лабораторных наблюдениях. О некоторых его применениях сказано в $8.3.
лубокие противоречия концепции Г неподвижного эфира со всей отчетливостью проявились лишь в оптических опытах второго порядка по о/с. Идея эксперимента, который давал бы принципиальную воэможность непосредственно обнаружить движение Земли относительно эфира, была высказана Максвеллом в 1878 г.
Но Максвелл полагал, что из-за малости ожидаемого эффекта (при орбитальном движении Земли (о/с)а = ! 0 а) необходимая точность измерений недостижима. Однако в !88! г. такой опыт с использованием интерференции света был осуществлен Майкельсаном и повторен им совместно с Марли в !887 г. с большей точностью. Опыту Майкельсона суждено было стать самым знаменитым в оптике движущихся тел, и впоследствии ан многократно воспроизводился разными исследователями с улучшенной экспериментальной техникой и в новых вариантах. Чтобы понять идею опыта Майкельсона по обнаружению абсолютного движения Земли, нужно встать на точку зрения физики конца Х!Х в., согласно которой скорость света только в одной системе отсчета одинакова по всем направлениям и равна с.
Пусть интерферометр Майкельсона (см. $5.3) ориентирован так, что одно из его одинаковых плеч, например РМ!. параллельно скорости орбитального движенин Земли (рис. 8.3, а). Тогда промежутки времени а 1! и !ь которые затрачивает свет для прохождения туда р и обратно одинаковых расстояний вдоль плеч РМ! и РМь оказываются различными. В самом деле, используя гелиоцентрическую систему отсчета, в которой гипотетический эфир неподвиж находим ! 2! ! Π— + —— с — о с+и с 1 — о-/с-' Свет„распространяющийся в перпендикулярном направлении, за время !т проходит путь РМкР' (рис. 8.3, б), длина которого рр! .!.! ррр).с рр р р, р свет проходит ее за время !а со скоростью с.
Решая полученное уравнение дли 6, находим К этому же результату можно прийти, используя связанную с Землей систему отсчета, если считать, что скорость света в ней складывается из скорости с относительно эфира и скорости орбитального движения Земли. Времена 1! и !а различаются на величину, зависящую ат квадрата малого отношения 8 = о/с: Л1 = 1! — !к = (!/с)(и/с) = =(1/с)р~. Если повернуть прибор на 90', то эта разность изменит знак и наблюдаемые интерференционные полосы должны сместиться.
Ожидаемое смещение полос ЛЛР определяется удвоенным значением Л1: Л!У=2Л!/Т=2(1/Цй'. Г!ри о=30 км/с (!а= 10 а и смещения интерференционной картины на одну полосу можно ожидать при длине плеча интерферометра 1=5 !О'р.= 30 м. В опытах !887 г. эффективная длина плеч с помощью системы зеркал была доведена до !1 м (рис. 8.4, а).
Для уменьшения вибраций и изгибов при повороте интерферометр был смонтирован на квадратной каменной массивной плите (рис. 8.4, б) со стороной 1,5 м, кольце- образная подставка которой плавала в сосуде с ртутью. Измерения положения полос производились при непрерывном медленном равномерном вращении установки. В пределах точности измерений (0,01 полосы) никакого смешения полос не наблюдалось, хотя ожидаемое смешение составляло более трети полосы. Майкеиьсон пришел к совершенно определенному заключению об отрицательном результате опыта.
ил Оптическан снима (а) и обпгий кид пнтерферометра Майкельсона (б) тсутствие эфирного ветра было под- О тверждено во всех повторениях опыта Майкельсона. Например, Иос в 1930 г. получил отрицательный результат, используя интерферометр, рассчитанный на обнаружение эфирного ветра со скоростью 1,5 км/с. В опытах Кеннеди и Торндайка (1932) наблюдения велись непрерывно в течение длительного времени, так что Земля при движении вокруг Солнца успевала значительно изменить направление скорости. Это можно рассматривать как переход нз одной инерциальной системы отсчета а другую. Если бы скорость света в вакууме при этом изменялась, то возникло бы смешение полос. Прибор был настолько чувствителен, что позволял обнаружить изменение на 2 км/с.
Но никакого смещения полос не наблюдалось, что свидетельствовало о неизменности скорости света прн переходе в другую систему отсчета. Изобретение лазеров (см. $ 9.4) позволило упростить постановку подобных опытов и значительно повысить их точность. В 1964 г. Таунс, Джаван и другие использовали установку с двумя одинаковыми газовыми лазерами, расположенными перпендикулярно друг другу на поворотной платформе. Частота генерации в соответствии с формулой (9.39) зависит от скорости света с.
С позиций гипотезы неподвижного эфира поворот установки на 90 должен вызвать изза орбитального движения Земли изменение разности частот лазеров приблизительно на 3 МГц, что легко наблюдать при смешении их излучения на фотокатоде приемника. На основании таких опытов было установлено, что скорость эфирного ветра не превышает 30 м/с (прн скорости орбитального движения Земли 30 км/с». В опытах с использованием гамма-излучения и эффекта Мессбауэра этот предел был уменьшен до 5 м/с. трицательный результат опыта МайО кельсона проще всего было объяснить, предположив полное увлечение эфира движущейся Землей.
Но такое предположение противоречило наблюдаемому эффекту аберрации и результатам опыта Физо с движущейся водой. Чтобы объяснить опыт.Майкельсона и сохранить эфир, Лоренц н независимо от него Фитцджеральд предположили, что все тела при движении относительно неподвижного эфира испытывают сокращение , тт Ъ7Рр* р .пр г р. щения Лоренц находил в изменении электромагнитных сил и, следовательно, положений равновесия образующих тело заряженных частиц из-за движения в эфире*. Но гипотеза лоренцевского сокращения обнаруживает свою несостоятельность при интерпретации отрицательного результата выполненного Кеннеди и Торндайком несколько видоизменного опыта Майкельсона с разной длиной плеч интерферометра.
К такому же заключению приводит анализ более поздних (и более точных) опытов на основе эффекта Мессбауэра. Хотя подобные эксперименты не могли быть выполнены во времена Лоренца, он предвидел, что, подобно опыту Майкельсона, они могут дать отрицательный результат Поэтому он ввел еще одну гипотезу об изменении хода часов при их движении относительно эфира. Уравнения для изменения длины и времени таковы, что при измерении скорости света в любой системе отсчета будет получаться одна и та же величина. Новая теория не только объяснила отрицательный результат опыта Майкельсона, но и приводила к принципиальной невозможности обнаружения движения относительно эфира.
Этим Лоренц лишил эфир последнего и единственного свойства, которое в электромагнитной теории еще позволяло называть его некоторой средой, — свойства локализации по отношению к определенной системе отсчета. Спасая привычные классические представления о пространстве и времени, Лоренц пришел к теории, не удовлетворяющей критерию наблюдаемости: нельзя представить себе хотя бы принципиальных возможностей ее опытного подтверждения илй опровержения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
