Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Бергман П.Г. -> "Введение в теорию относительности" -> 11

Введение в теорию относительности - Бергман П.Г.

Бергман П.Г. Введение в теорию относительности — Иностранная литература, 1947. — 381 c.
Скачать (прямая ссылка): vvedenievteoriuotnositelnosti1947.djvu
Предыдущая << 1 .. 5 6 7 8 9 10 < 11 > 12 13 14 15 16 17 .. 91 >> Следующая


Обратимся теперь к описанию опыта Майкельсона-Морлея (фиг. 4). Свет от земного источника L разделяется



Фиг. 4. Установка Майкельсона-Морлея.

на два луча в стеклянной пластинке Р, покрытой тонким слоем серебра. На примерно равных расстояниях от P перпендикулярно друг к другу расположены два зеркала S1 и Si, отражающие свет обратно к Р. Там лучи, отраженные от 5, и S2, соединяются вновь и наблюдаются в зрительной трубе F. Так как свет, исходящий из I, проходит почти равные по величине пути, соответственно L — P — — S1 — P-FnL — P — S2 — P — F, то наблюдаются интерференционные полосы, точное положение которых зависит от разности расстояний I1 и I2. До сих пор мы предполагали, что скорость света одинакова во всех направлениях. Если этого предположения не делать, то положение интерференционных полос в F будет зависеть также н от разности скоростей в направлениях /, и / 2. Предположим, что Земля, а с ней и аппаратура, движется в направлении /, со скоростью v относительно «абсолютной» системы отсчета. Скорость света относительно прибора вдоль пути P— 5, равна (с — v), а вдоль пути 5,—P равна (c-j-t;). Время, необходимое для прохождения пути P —-S1 — Р, будет

t

«1

2 IlIc

I- C-V

Относительная скорость — Ss — Р, также будет путь от P до S2, весь расстояние 8

2 V

(3.7)

с + V 1 -t^jc"- •

света, идущего по пути P — изменена. Пока свет проходит прибор смещается в сторону на

Vixl ^ $2

V 1 — 1>3/С2

и истинное расстояние, проходимое светом, равно

П — .Г--. I,



Vl — СГ2/С2

(3.8)

(3.9)

На обратном пути свет проходит такое же расстояние. Время, за которое свет проходит путь P — S2 — Pt равно поэтому

t __2Ijlc

УІ—t,2/c2

(3.10)

После поворота прибора на 90° вокруг его оси, время, необходимое для прохождения расстояний P —¦ S1 — P и P — S2 — Р, станет, соответственно, равно

_ 21,1с

<1 =



У 1 _ ffijci

21г1с 1 — xAlc*

(ЗЛІ) Разности времени, за которое свет проходит два различных пути, соответственно до и после поворота аппаратуры, равны:

= -7^=(-=?= -/,)(3-12)

VI -V0-I/:1 V VI — P2/^ 1

и

А/ -Ii = 2с ( /,--h V (3.12а)

V ] _ »2, С'S V V 1 — »»/Г» 1

Изменение в Д/, обусловленное вращением аппаратуры, будет поэтому равно:

AJ-M =---Jil--(/, + /„I ( 1 -1).(3.1?)

У 1 — Р2/Г2 VVl-»2/С» J

Мы разложим правую часть равенства (3.13) в ряд по

степеням 1 — 1 и ограничимся первым неисчезающим членом,

поскольку величина порядка IO-8. Тогда получим

приближенно:

д/ = -—I-(Z1-I-Z2) . (3.14)

Вследствие этого изменения Д/ следует ожидать смещения интерференционных полос в зрительной трубе. Отношение величины этого смещения к ширине полосы должно равняться разности (Д t — Ді), деленной на период

колебания световой волны — :

Скорость Земли относительно «абсолютной? системы отсчета V порядка 3-IOli см/сек ( — ] поэтому порядка IO^"8; 1--волновое число, которое для видимого света

равно примерно 2-Ю4 см-1. Отсюда мы имеем:

<3',5а>

При помощи многократного отражения Майкельсон и Морлей сумели довести эффективные расстояния I1 и I2 до нескольких метров. После исключения ошибок, обусловленных такими причинами, как напряжения, температурные эффекты и т. п., обнаружилось, что отсутствует какой бы то ни было эффект.

Таким образом, возникла следующая трудность: не существует последовательной теории, согласующейся с экспериментами Физо, Майкельсона-Морлея и явлением аберрации света. В этом направлении было проделано много других экспериментов. Однако они не меняют существа дела, и мы их здесь не будем рассматривать. Требуются не дополнительные эксперименты, а новая теория, которая объяснила бы возникшие противоречия.

Гипотеза эфира. Прежде чем заняться этой новой теорией — теорией относительности, — скажем несколько слов о гипотезе, имеющей теперь лишь исторический интерес. Физики привыкли пользоваться главным образом механическими представлениями. Неудивительно, что, когда Фарадей, Максвелл и Герц создали первую теорию поля, многими физиками были сделаны попытки объяснить новые поля на основе механических понятий. Сами Максвелл и Герц также работали в этом направлении. Существует область механики, пользующаяся понятиями и методами,

подобными тем, которые употребляются в теории поля,-

это механика сплошных сред. Поэтому электромагнитное поле было объяснено напряжениями гипотетической материальной среды, так называемого эфира.

Однако эта интерпретация электромагнитного поля неудовлетворительна по многим причинам. Например, эфир должен обладать свойствами, которыми не обладает ни одно из известных веществ; он должен проникать сквозь все тела, не испытывая никакого сопротивления трения; он не обладает массой и не испытывает гравитационного притяжения. Кроме того, уравнения Максвелла во многом отличаются от уравнений, которым подчиняются упругие волны. «Продольные» упругие волны, например, не имеют аналогии в электродинамике.

В конце девятнадцатого столетия эфир, однако, рассматривался как наиболее обещающая и даже необходимая гипотеза. Конечно, делались попытки на основе этого представления решить проблему, обсуждавшуюся в этой главе, именно, найти систему координат, в которой скорость света была бы равна с во всех направлениях. Иде? эфира предполагала наличие системы координат, в которой он покоится. Эта теория, однако, мало помогла в решении фундаментальной трудности. Она лишь по-другому сформулировала проблему, поскольку определить состояние движения эфира можно только путем измерения скорости света или в результате аналогичных экспериментов. На основании опытов Майкельсона-Морлея следует поэтому предположить, что по крайней мере в непосредственной близости от Земли эфир должен увлекаться ею. Движение небольших масс, как, например, в опыте Физо, также должно увлекать эфир, но не полностью. Однако существование эффекта аберрации совместимо с гипотезой эфира только в том случае, если эфир не увлекался бы Землей даже в непосредственной близости от ее поверхности, т. е. там, где свет попадает в телескоп. 1J
Предыдущая << 1 .. 5 6 7 8 9 10 < 11 > 12 13 14 15 16 17 .. 91 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed