Введение в теорию относительности - Бергман П.Г.
Скачать (прямая ссылка):
Существует также экспериментальное доказательство, связанное с проверкой этой гипотезы. Чтобы выяснить влияние движения среды на скорость света, Физо проделал следующий опыт. Он направлял луч света вдоль трубы с движущейся жидкостью и измерял скорость света как вдоль потока, так и в противоположном направлении. Он определил эти скорости очень точно путем измерения положений интерференционных полос.
Эксперимент показал, что скорость света зависит от скорости потока жидкости, но не в такой степени, чтобы можно было просто складывать скорости света и среды. Если обозначить скорость света через с, скорость жидкости через V и коэфициент преломления через п, то согласно нашим предположениям можно ожидать, что наблюдаемая скорость света будет равна:
« = 7Г±®, (3.5)
где знак зависит от относительного направления скоростей света и жидкости. Фактически в пределах экспериментальной ошибки получается соотношение:
« = 1-і). (3.6)
Приведенное выше возражение не относится к результату, полученному из опыта; при бесконечном разрежении среды показатель преломления п стремится к 1, зависимость а от V становится незаметной и в вакууме и просто становится равным с.
Другим эффектом, указывающим, что скорость света не зависит от движения разреженной передающей среды, является аберрация. Удаленные неподвижные звезды
Направление Vна збезду
Видимое \ направление \ \
ч \
Напрабление чд
Фиг 2. Кажущееся изменение положения неподвижных звезд в течение года (аберрация). На чертеже это изменение преувеличено, в действительности оно составляет не более 20,5".
систематически меняют свое положение на небе с периодом в один год. Их траекториями являются эллипсы с фиксированным центром и с большой осью, равной во всех случаях примерно 41". Звезды, расположенные около небесного полюса, движутся приблизительно по окружностям, в ти время как звезды, расположенные близ плоскости эклиптики, движутся почти но прямым линиям.
На фиг. 2 показано, каким образом мы видим звезду смещенной из своего нормального положения (в центре эллипса) в двух противоположных точках земной орбиты.
Аберрация может быть объяснена следующим образом (фиг. 3): поскольку телескоп твердо связан с землей, он движется в пространстве со скоростью приблизительно в 3-10« см/сек. Поэтому, когда световой луч попадает в телескоп, скажем, прямо сверху, последний должен быть наклонен таким образом, чтобы нижний его конец к моменту, когда его до:тигнет луч, оказался иод предшествующим положением верхнего конца. Тангенс угла аберрации а есть Фиг- 3. Объяснение аберрации, отношение между расстояниями, которые проходят Земля и луч света за один и тот же промежуток времени, или просто отношение скорости Земли к скорости света. Это отношение равно:
3 • 10«
10-<;
с З-Ю«1
угол, отвечающий этому тангенсу, равен 20,5"; это соответствует наибольшей аберрации от центра эллипса.
Такое объяснение аберрации также противоречит предположению, что скорость света полностью определяется состоянием движения передающей среды. Действительно, если бы это предположение было справедливо, световой луч, попадая в атмосферу, <увлекался бы» ею, и явление аберрации не наблюдалось бы. Абсолютная система отсчета. Все эти аргументы подтверждают независимость законов электромагнетизма как от движения источников, так и от движения передающей среды. Казалось бы, другой альтернативой является отказ от принципа относительности и допущение существования универсальной системы отсчета, в которой скорость света не зависит от направления распространения. Как указывалось выше, уравнения электромагнитного поля должны принять в такой системе отсчета свою обычную форму. Поскольку ускорения заряженных частиц пропорциональны полю, то можно было бы ожидать, что эта система будет инерциальной, так что ускорения обращались бы в нуль вместе с полем.
Эксперимент Майкельсона - Морлея. Основываясь на этом предположении, Майкельсон и Морлей поставили эксперимент, предназначенный для определения скорости Земли относительно привилегированной системы отсчета, в которой скорость света одинакова во всех направлениях. Основной идеей их эксперимента было сравнение наблюдаемых скоростей света в двух различных направлениях.
Перед тем как дать описание их экспериментальной установки, рассмотрим ожидаемые с точки зрения этой новой гипотезы результаты. Земля не может служить в качестве привилегированной системы отсчета, так как она постоянно испытывает гравитационное притяжение со стороны Солнца и в системе координат, связанной с центром инерции солнечной системы, имеет скорость порядка 3-Ю6 см/сек. Эта скорость испытывает изменение порядка 6-10® см/сек в течение полугода в системе отсчета, апроксимирующей инерциальную систему гораздо лучшг, чем система, связанная с Землей. Поэтому, если даже в некоторый момент времени движение Земли и совпадает с движением привилегированной системы отсчета, то через полгода скорость Земли по отношению к этой системе будет равна 6-10® см/сек.
Во всяком случае по отношению к некоторой инерциальной системе Земля в течение полугода обладает с ко- ростью, не меньшей 3 ¦ 10е см/сек. Скорость света равна 3 • IO10 см/сек. Движение Земли можно обнаружить, если поставить эксперимент, в котором измерялась бы скорость света в двух перпендикулярных направлениях с относительной точностью, превышающей Ю-4, и если этот эксперимент осуществляется в течение периода, превышающего 6 месяцев.
