157477 (736663), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

- неподвижного берега. Результат опыта Физо привел к картине дви­жения тел в неподвижном эфире без увлечения эфира. Скорость этого движения можно определить по запаздыванию луча, догоняющего тело (например, луча направленного к экрану на носу движущегося кораб­ля), по сравнению с лучом, идущим навстречу телу (например, по сравнению с лучом фонаря, направленным к экрану на корме). Тем самым можно было, как казалось тогда, отличить тело, неподвижное относительно эфира, от тела, движущегося в эфире. В первом ско­рость света одна и та же во всех направлениях, во втором на меня­ется в зависимости от направления луча. Существует абсолютное различие между покоем и движением, они отличаются друг от друга характером оптических процессов в покоющихся и движущихся средах.

Подобная точка зрения позволяла говорить об абсолютной од­новременности событий и о возможности абсолютной синхронизации часов. Световые сигналы достигают точек, расположенных на одном и том же расстоянии от неподвижного источника, в одно и то же мгно­вение. Если же источник света и экраны движутся относительно эфи­ра, то мы можем определить и учесть запаздывание светового сигна­ла, вызванное этим движением, и считать одним и тем же мгновением

1) момент попадания света на передний экран с поправкой на запаз­дывание и 2) момент попадания света на задний экран с поправкой на опережение. Различие в скорости распространения света будет свидетельствовать о движении источника света и экранов по отноше­нию к эфиру - абсолютному телу отсчета.

Эксперимент, который должен был показать изменение скорости света в движущихся телах и соответственно абсолютных характер движения этих тел, был выполнен в 1881 г. Майкельсоном (1852 -

1931). В последствии его не раз повторяли. По существу, экспери­мент Майкельсона соответствовал сравнению скорости сигналов, иду­щих к экранам на корме и на носу движущегося корабля, но в ка­честве корабля была использована сама Земля, движущаяся в прост­ранстве со скоростью около 30 км/сек. Далее, сравнивали не ско­рость луча, догоняющего тело и луча, идущего навстречу телу, а скорость распространения света в продольном и поперечном направ­лениях. В инструменте, примененном в опыте Майкельсона, так назы­ваемом интерферометре, один луч шел по направлению движения Земли

- в продольном плече интерферометра, а другой луч - в поперечном плече. Различие в скоростях этих лучей должно было продемонстри­ровать зависимость скорости света в приборе от движения Земли.

Результаты эксперимента Майкельсона оказались отрицательны­ми. На поверхности Земли свет движется с одной и той же скоростью во всех направлениях.

Такой вывод казался крайне парадоксальным. Он должен был привести к принципиальному отказу от классического правила сложе­ния скоростей. Скорость света одна и та же во всех телах, движу­щихся по отношению друг к другу равномерно и прямолинейно. Свет проходит с неизменной скоростью, приблизительно равной 300000 км/сек., мимо неподвижного тела, мимо тела, движущегося навстречу свету, мимо тела, которое свет догоняет. Свет - это путник, кото­рый идет по полотну железной дороги, между путями, с одной и той же скоростью относительно встречного поезда, относительно поезда, идущего в том же направлении, относительно самого полотна, отно­сительно пролетающего над ним самолета и т.д., или пассажир, ко­торый движется по вагону мчащегося поезда с одной и той же ско­ростью относительно вагона и относительно Земли.

Чтобы отказаться от классических принципов, казавшихся со­вершенно очевидными и непререкаемыми, понадобилась гениальная си­ла и смелость физической мысли. Непосредственные предшественники Эйнштейна подошли очень близко к теории относительности, но они не могли сделать решающего шага, не могли допустить, что свет не кажущимся образом, а в действительности распространяется с одной и той же скоростью относительно тел, которые смещаются одно от­носительно к другому.

Лоренц (1853-1928) выдвинул теорию, сохраняющую неподвижный эфир и классическое правило сложения скоростей и вместе с тем совместимую с результатами опытов Майкельсона. Лоренц предполо­жил, что все тела при движении испытывают продольное сокращение, они уменьшают свою протяженность вдоль направления движения.

Если все тела сокращают свои продольные размеры, то нельзя обнаружить подобное сокращение непосредственным измерением, нап­ример прикладыванием линейки с делениями к движущемуся стержню. При этом движется и линейка и соответственно уменьшаются ее длина и размеры нанесенных на нее делений. Лоренцово сокращение компен­сирует изменения скорости света, вызванные движением тела относи­тельно эфира. Луч света движется медленнее в продольном плече ин­терферометра, но само плечо, благодаря движению, стало короче, и свет проходит свой путь в продольном плече в течение того же вре­мени, что и в поперечном плече. Различие в скорости света в силу этого компенсируется и не может быть обнаружено. Таким образом Лоренц рассматривает обнаруженное Майкельсоном постоянство ско­рости света как чисто феноменологический результат взаимной ком­пенсации двух эффектов движения: уменьшение скорости света и сок­ращения проходимого им расстояния. С такой точки зрения класси­ческое правило сложения скоростей остается незыблемым. Абсолютный характер движения сохраняется - изменение скорости света сущест­вует; следовательно, движение может быть отнесено не к другим те­лам, равноправным эфиру, а к универсальному телу отсчета - непод­вижному эфиру. Сокращение носит абсолютный характер - существует истинная длина стержня, покоящегося относительно эфира, иными словами, стержня, покоящегося в абсолютном смысле.

В 1905 г. Альберт Эйнштейн (1879-1955) опубликовал статью "К электродинамике движущихся тел". В этой статье изложена теория, исключающая существование абсолютного тела отсчета и привилегиро­ванной системы координат для прямолинейного и равномерного движе­ния. Теория Эйнштейна исключает абсолютное, независимое от прост­ранственной системы отсчета время и отказывается от классического принципа сложения скоростей. Эйнштейн исходит из субстанциональ­ного постоянства скорости света, из того, что скорость света действительно одна и та же в различных, движущихся одна по отно­шению к другой системах. У Лоренца абсолютное движение тел приво­дит к изменению скорости света в этих телах, и, таким образом, обладает реальным физическим смыслом. Оно - это абсолютное движе­ние - прячется от наблюдателя в силу сокращения продольных масш­табов, затушевывающего оптический эффект абсолютного движения. У Эйнштейна абсолютное движение не прячется от наблюдателя, а прос­то не существует.

Если движение относительно эфира не вызывает никаких эффек­тов в движущихся телах, то оно является физически бессодержатель­ным понятием.

Оптические процессы в теле не могут быть критерием его рав­номерного и прямолинейного движения. Равномерное и прямолинейное движение тела А не изменяет хода оптических процессов, оно имеет относительный смысл, должно быть отнесено к другому телу В и сос­тоит оно в изменении расстояния между А и В.Мы можем с одним и тем же правом присвоить роль тела отсчета, т.е. приписать непод­вижность как телу А, так и телу В; фраза "тело А движется относи­тельно тела В" и "тело В движется относительно тела А" описывает одну и ту же ситуацию. Только такой смысл имеет равномерное и прямолинейное движение. Оно отнесено к конкретным телам; мы можем отнести движение тела А к различным телам отсчета, получить раз­личные значения его скорости, и никакое абсолютное тело отсчета типа эфира не должно фигурировать в научной картине мира. Движе­ние тел относительно эфира и, следовательно, движение эфира отно­сительно тел не имеют физического смысла.

Тем самым из физической картины мира устраняется понятие единого времени, охватывающего всю Вселенную. Здесь Эйнштейн по­дошел к самым коренным проблемам науки - к проблемам пространс­тва, времени и их связи друг с другом.

Если нет мирового эфира, то нельзя приписать некоторому телу неподвижность и на этом основании считать его началом неподвиж­ной, в абсолютном смысле, привилегированной системы координат. Тогда нельзя говорить и об абсолютной одновременности событий, нельзя утверждать, что два события, одновременные в одной системе координат, будут одновременными и во всякой другой системе коор­динат.

Вернемся к кораблю с экранами на корме и на носу и к набе­режной, на которой также установлены экраны. Когда вспышка фонаря одновременно осветила экраны, мы можем говорить, что освещение экрана на корме и на носу - одновременные события. В системе ко­ординат, связанной с кораблем, эти события действительно одновре­менны. Но мы не остановились на этой констатации и считали воз­можным говорить об одновременности в абсолютном смысле. Тот факт, что при движении корабля экраны освещаются не одновременно, нас не смущал, мы учитывали запаздывание света, догоняющего корабль, т.е. идущего от фонаря к экрану на носу. Мы всегда могли восполь­зоваться абсолютно неподвижной, связанной с эфиром системой отс­чета и перейти от движущегося корабля к неподвижной набережной и убедиться, что в этой "неподвижной", "истинной", "абсолютной", "привилегированной" системе отсчета свет распространяется во все стороны с постоянной скоростью, а в других, движущихся, системах, он меняет скорость. До теории Эйнштейна слова "неподвижная", "привилегированная", "абсолютная" система отсчета не ставились в кавычки: все были убеждены в существовании внутреннего критерия движения - различия в ходе оптических процессов в неподвижных (в абсолютном смысле, относительно неподвижного мирового эфира) те­лах и в движущихся (также в абсолютном смысле) телах. Синхрониза­ция часов казалась возможной даже в том случае, когда речь шла о часах, расположенных в двух системах, из которых одна движется относительно другой.

Когда корабль движется вдоль набережной, свет достигает эк­ранов на корабле в различные моменты времени; но мы считали эти моменты различными потому, что видели экраны на набережной, отож­дествляли мгновения, когда свет попадает на эти неподвижные экра­ны, приписывали абсолютный характер одновременности, зарегистри­рованной в неподвижной системе отсчета. Теперь от всего этого приходится отказаться. С точки зрения теории относительности, на­ходясь на корабле и не видя набережной, нельзя найти доказатель­ства неодновременности освещения экранов на носу и на корме. Мы считали эти моменты неодновременными, потому что во время расп­ространения света от фонаря к экранам корабль сдвинулся по отно­шению к набережной, а эту набережную мы признаем неподвижной в абсолютном смысле. Сверяя часы с помощью экранов на набережной, т,е, считая одновременными мгновения, когда свет достиг этих не­подвижных экранов, мы, естественно, должны различать моменты, когда свет доходит до экранов на движущемся корабле. Но если дви­жение корабля и неподвижность набережной не имеют абсолютного ха­рактера, мы можем таким же правом рассматривать корабль в качест­ве неподвижного тела отсчета. Тогда набережная движется, и на на­бережной свет достигает береговых экранов в различные моменты времени. Спор о том, какая система отсчета неподвижна в абсолют­ном смысле, беспредметен, если нет абсолютно покоящегося тела отсчета - мирового эфира. События, одновременные в одной системе отсчета, неодновременны в другой системе.

Если нет абсолютной одновременности, то нет абсолютного вре­мени, протекающего единообразно во всех смещающихся одна относи­тельно другой системах. Время зависит от движения.

Какова эта зависимость, как изменяется ход времени при пере­ходе из одной системе к другой? Еще до появления работы Эйнштейна Лоренц утверждал, что при сокращении продольных масштабов в дви­жущихся системах будет вместе с тем замедляться ход часов. Сокра­щение масштабов и замедление хода часов как раз и будет компенси­ровать изменение скорости света в движущихся системах. Поэтому замедление хода часов, как и сокращение масштабов, можно вычис­лить, исходя из постоянства скорости света.

У Эйнштейна сокращение продольных пространственных масштабов и замедление времени в движущихся системах имеет совсем другой смысл, чем у Лоренца. Время замедляется не по сравнению с "истин­ным", "абсолютным" временем, текущим в неподвижных относительно эфира, т.е. в абсолютно неподвижных, системах. Длина продольно движущегося стержня сокращается не по сравнению с некоторой "ис­тинной" и "абсолютной" длиной стержня, покоящегося в эфире. С точки зрения Эйнштейна, сокращение масштабов (как и замедление времени) взаимно. Если система К^' движется относительно системы К, то с таким же правом можно сказать, что система К движется от­носительно системы К^'. Длина стержня, измеренная в системе К, от­носительно которой он покоится, окажется меньше, если ее изме­рить в системе К^'. Но, в свою очередь, стержень, покоящийся в системе К^', окажется короче при измерении в системе К. Речь идет о вполне реальном измерении длины, но понятие "реальное измере­ние" не означает существование неизменной абсолютной "привилеги­рованной" длины.Причиной лоренцова сокращения служит реальный процесс взаимного движения систем - процесс, в котором обе систе­мы играют совершенно равноценную роль. Лоренцово представление о реальном сокращении длины стержня по сравнению с неизменной, "ис­тинной" длиной стержня, покоящегося в абсолютном смысле, - это более "классическое", но вовсе не более естественное представле­ние, чем представление Эйнштейна о взаимном сокращении масштабов в системах, движущихся одна по отношению к другой. Взаимное пере­мещение тел, изменение их взаимных расстояний легче представить себе, чем абсолютное движение, отнесенное к пустому пространству либо к однородному эфиру.

Идеи, высказанные Эйнштейном в 1905 году, уже в ближайшие годы заинтересовали очень широкие круги. Люди чувствовали, что теория, с такой смелостью посягнувшая на традиционные представле­ния о пространстве и времени, не может не привести при своем раз­витии и применении к очень глубоким производственно-техническим и культурным сдвигам. Разумеется, только теперь стал ясен путь от абстрактных рассуждений о пространстве и времени к представлению о колоссальных запасах энергии, таящихся в недрах вещества и жду­щих своего освобождения, чтобы изменить облик производственной техники и культуры. Попытаемся несколькими штрихами обрисовать этот путь, хотя две-три фразы не могут дать представления о цепи глубоких и сложных математических построений, о многократном пе­ресмотре самых, казалось бы, очевидных и прочных концепций клас­сической физики.

Характеристики

Список файлов реферата