Эйнштейновская теория относительности - Борн М.
Скачать (прямая ссылка):
другую, она продолжает двигаться так, как если бы с ней ничего не произошло. Если фиксировать внимание на одной колеблющейся частице, мы будем видеть, что она испытывает независимые импульсы со стороны обеих волн. Следовательно, ее смещение в любой точке представляет собой просто сумму двух смещений, которые вызвала бы каждая из волн. О таких двух волновых движениях говорят, что они накладываются одно на другое, не нарушая друг" друга1). Отсюда следует, что в течках, где встречаются гребень с гребнем и впадина с впадиной, т. е. в точках, где встречаются две одинаковые фазы, отклонение частицы вдвое выше или вдвое ниже
Фиг. 57. Взаимное проникновение двух цепочек волн, вызванных движущимися по озеру кораблями.
Смещение
(Волна 1)
-v-
Ч__? ^___^
Смещение (Волна 2)
і Суммарное смещение
Фиг. 58. Увеличение смещения при интерференции двух волн в одной и той же фазе.
Смет ение (Волна ! I
Смещение
{Волна 2)
Il Суммарное смещение
Фиг. 59. Исчезновение смещения в результате интерференции двух волн, создающих одинаковое смещение, но в противоположных фазах.
(фиг. 58). Но в точках, где гребень встречается с впадиной, смещения уничтожают друг друга (фиг. 59).
При наблюдении интерференции света не удается просто, взяв два источника света, предоставить двум цепочкам волн
') Это явление называют суперпозицией волн (без возмущений).—Прим. перев. $ 4. Элементы волновой теории. Интерференция
'101
встречаться друг с другом. Поскольку действительные световые волны не абсолютно регулярны, здесь не удалось бы получить наблюдаемого явления интерференции; скорее, напротив, состояние колебаний должно после ряда регулярных колебаний мгновенно изменяться соответственно случайным явлениям, происходящим внутри источника в процессе излучения света. Эти нерегулярные изменения вызывают соответствующие флуктуации явления интерференции, слишком быстрые, чтобы глаз уследил за ними. Поэтому мы видим лишь однородно освещенное поле.
Для получения наблюдаемой интерференции необходимо разделить луч света искусственными методами — с помощью отражения или преломления — на два луча, а затем заставить их вновь сойтись. Тогда, очевидно, нерегулярности в колебаниях обоих лучей будут происходить точно в одном и том же временном ритме, откуда следует, что интерференция не будет флуктуировать в пространстве и останется фиксированной. Тогда в любой точке, где волны усиливают или погашают друг друга в какой-либо момент времени, они будут делать то же самое и в любой другой момент. Если рассматривать такую точку с помощью увеличительного стекла или телескопа, то мы будем видеть полосы или кольца освещенности всегда, когда используется свет одного цвета (монохроматический свет), например такой, какой излучает пламя бунзеновской горелки, окрашенное в желтый цвет с помощью простой пищевой соли. Для обычного света, состоящего из многих цветов, интерференционные полосы, соответствующие различным длинам волн, не точно совпадают. В одной точке усиливается, скажем, красный, а голубой погашается, в других точках усиливаются другие цвета; отсюда и возникает радужный ореол. Однако мы отклонились бы довольно далеко от нашего основного направления, продолжая рассмотрение этих интересных явлений.
Простейшие интерференционные устройства были изобретены Френелем (1822 г.), исследования которого заложили основу той теории света, которая остается выше критики и до настоящего времени. Его время — первые десятилетия XlX в., — должно быть, во многих отношениях напоминает наше. Точно так же, как сегодня благодаря развитию квантовой теории и ядерной физики наши знания о физических закономерностях природы претерпевают столь мощный процесс углубления и расширения, что он кажется полной революцией в области физических законов, так и сто лет назад тысячи отдельных наблюдений, теоретических рассуждений, физических или метафизических гипотез впервые слились в полную и единую теорию, в общий комплекс идей, использование которых открыло перспективу такого изобилия новых наблюдений и экспериментов, о котором раньше 102
Г л. IV. Фундаментальные законы оптики
нельзя было и мечтать. В то время вышли в свет Аналитическая механика Лагранжа и Небесная механика Лапласа — две работы, ознаменовавшие завершающий этап ньютоновских идей. На их основе были построены, с одной стороны, механика деформируемых тел и теория жидкостей и упругих тел, созданные Навье, Пуассоном, Коши и Грином, а с другой стороны, была разработана теория света, основу которой составили работы Юнга, Френеля, Араго, Малюса и Брюстера. Это же время стало началом эры электромагнитных открытий, о которых мы будем говорить позднее.
Q
S1
MM/MX
~7
1Г
S2
Фиг. 60. К опыту Френеля с зеркалами.
Фиг. 61.
Интерферометр Майкель-сона.
Френель направлял луч света так, что он отражался от двух зеркал Si и S2, слегка наклоненных одно относительно другого (фиг. 60). В точках, где встречаются два отраженных луча, можно с помощью увеличительного стекла наблюдать интерференционную картину. Было разработано очень много подобных приборов. Здесь мы рассмотрим проблему, которая важна для нашей общей цели, а именно экспериментальные методы измерения ничтожных изменений скорости света. Используемый для этого прибор называют интерферометром. Его конструкция основана на том факте, что длина волны изменяется пропорционально скорости света, а это изменение можно наблюдать по смещению интерференционной картины. Примером прибора такого типа может служить интерферометр Майкельсона. Его основу составляет (фиг. 61) стеклянная пластинка Р, слегка посеребренная так, что половина падающего на нее от источника Q света проходит сквозь нее, а вторая половина отражается. $ 4. Элементы волновой теории. Интерференция '103
