Эйнштейновская теория относительности - Борн М.
Скачать (прямая ссылка):
') По традиции его фамилию транскрибируют по-русски «Брадлей», — Прим. перев. § 3. Скорость света
DS
только когда v-Цс равно смещению телескопа d. Таким образом,
d _ V
I ~~с '
Угол отклонения телескопа определяется отношением у/с, и направление оси телескопа.совпадает не с истинным направлением
о . Неподвилния " звезда
Луч света
Неподви/кная 6 ^ звезда
Луч света
і і і і і і
Фиг. 53. Явление аберрации.
а»-наблюдение неподвижной звезды с покоящейся Земли, б —наблюдение неподвижной звезды с движущейся Земли; телескоп должен быть наклонен так, чтобы траектория светового луча, идущего от неподвижной звезды, проходила через объектив и окуляр телескопа.
на звезду, а с направлением в точку неба, которая смещена в направлении скорости v.
Отношение у/с, называемое константой аберрации, мы будем обозначать ?:
Р = 7- (33) §6
Ґл. IV. Фундаментальные законы оптика
Численная величина этой константы чрезвычайно мала, так как скорость Земли v по орбите вокруг Солнца составляет около 30 км/сек, тогда как скорость света с, как уже указывалось, достигает 300000 кмісек. Следовательно, ? имеет порядок 1 : 10000.
Таким образом, кажущееся положение всех неподвижных звезд всегда несколько смещено в направлении движения Земли в этот момент, и поэтому звезды описывают небольшие эллиптические фигуры в течение годового вращения Земли вокруг Солнца. С помощью измерений этого эллипса можно найти величину
iff
7!
і
,Z,
Фиг. 54. Установка для измерения скорести света.
Луч света, исходящий из точки Q, падает на полупрозрачное зеркало Р. Часть луча проходит через него, а другая часть отражается в направлении к S. Зеркало S отражает падающий на него луч, который прн возвращении проходит через P н наблюдается в телескопе F.
?, а поскольку орбитальная скорость Земли v известна из астрономических наблюдений, можно вычислить и скорость света. Результат этого вычисления хорошо согласуется с измерениями Рёмера.
Восстановим теперь историческую последовательность событий и дадим краткий обзор земных измерений скорости света. Для определения скорости света требовалось техническое устройство, которое позволяло бы выполнять точные измерения в чрезвычайно короткие промежутки времени, которые затрачивает свет на прохождение расстояний в несколько километров или даже в несколько метров. Физо (1849 г.) и Фуко (1865 г.) выполнили такие измерения, используя два различных метода, и подтвердили численную величину с, полученную астрономическими методами. Мы не будем здесь детально обсуждать их опыты. Обратим только внимание на одно обстоятельство: в обоих экспериментах луч света идет от источника Q к удаленному зеркалу S, отражаясь от которого он возвращается к начальной точке (фиг. 54). Свет дважды проходит один и тот же путь, поэтому можно измерить лишь его среднюю скорость за время $ 4. Элементы волновой теории. Интерференция
'97
движения туда и обратно. Из этого обстоятельства вытекает следующее замечание, которое сыграет важную роль в наших дальнейших рассуждениях: если предположить, что скорости света в прямом и в обратном направлениях неодинаковы вследствие собственного движения Земли (мы рассмотрим этот эффект позднее, в гл. IV, § 9, стр. 127), то его влияние будет надело или частично исключено при движении света туда и обратно. Вследствие малости скорости Земли по сравнению со скоростью света при измерениях последней нет необходимости принимать во внимание движение Земли.
Эти измерения позднее были повторены на более совершенных приборах, и была достигнута еще большая степень точности. В наше время их можно выполнять в небольшой комнате. Результаты совпадают с вышеприведенной величиной (32). Метод Фуко дал возможность измерить скорость света и в воде. Было обнаружено, что эта скорость меньше, чем в воздухе. Таким образом, наиболее важный пункт в споре между корпускулярной и волновой теориями был определенно решен в пользу последней. Но это случилось в то время, когда триумф волновой теории уже стал несомненным в силу доказательств, полученных на другой основе.
§ 4. ЭЛЕМЕНТЫ ВОЛНОВОЙ ТЕОРИИ.
ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ
Величайшим достижением Ньютона в оптике было разложение белого света на цветные компоненты с помощью призмы и точное исследование спектра, которое привело его к убеждению, что отдельные спектральные цвета представляют собой неделимые компоненты света. Он стал основателем теории цветов, физическое содержание которой вполне полноценно и в наши дни, несмотря на нападки Гете. Мощь открытий Ньютона парализовала свободу мысли последующих поколений. Его отказ принять волновую теорию закрыл дорогу к ее признанию почти на целое столетие. Тем не менее она нашла отдельных защитников, таких, например, как великий математик восемнадцатого столетия Леонард Эйлер.
Реабилитация волновой теории обязана работам Томаса Юнга (1802г.),который ввел принцип интерференции для объяснения цветных колец и ореолов, которые наблюдал еще Ньютон в тонких слоях прозрачных веществ. Рассмотрим теперь более подробно явление интерференции, так как оно играет решающую роль во всех тонких оптических измерениях, особенно в исследованиях, которые составляют основы теории относительности.
