Эйнштейновская теория относительности - Борн М.
Скачать (прямая ссылка):
Итак, мы видим, что опыт Майкельсона и Морли поставил теорию Лоренца в чрезвычайно трудное положение. Постулат стационарного эфира, по-видимому, требует, чтобы на Земле существовал эфирный ветер, и, следовательно, противоречит результату опыта Майкельсона и Морли. Тот факт, что она не сразу уступила напору этого опыта, свидетельствует о ее внутренней силе — силе, которая черпается во внутренней согласованности и полноте физической картины мира, предлагаемой теорией. Наконец, она преодолела в известной мере и эту трудность, хотя для этого потребовалась довольно странная гипотеза, выдвинутая Фицджеральдом (1892 г.) и сразу поддержанная и развитая Лоренцом.
Вспомним соображения, на которых основан опыт Майкельсона и Морли. Как мы выяснили, времена, затрачиваемые световым лучом на прохождение расстояния I вперед и назад, различаются в зависимости от того, распространяется свет параллельно или перпендикулярно направлению движения Земли. В первом случае
_ 21 1 tl~ с 1 - P2 '
во втором
<2= —
21 1 С /T1Tsir '
Если теперь предположить, что плечо интерферометра, направленное параллельно движению Земли, укорочено в отношении |/l—?2:l, то время tJ окажется уменьшенным в том же отношении, именно
t = Ilf \ -P2 = 21 1 1 c(i-p2) с У~F'
При этом мы получили бы = ti.
Отсюда вытекает следующая общая гипотеза (необоснованность и смелость которой поистине поражают): каждое тело, имеющее скорость V относительно эфира, сокращается в направлении движения на долю
V^l-?2=-/ I--J § 15. Гипотеза сокращения
2J3
Опыт Майкельсона и Морли должен, в самом деле, давать отрицательный результат, поскольку в таком случае всегда /1 = t2. Более того — и это самое важное обстоятельство, — подобное сокращение невозможно установить никакими земными наблюдениями, ибо всякая земная линейка сокращается в той же самой пропорции. Наблюдатель, покоящийся в эфире вне Земли, конечно, мог бы наблюдать это сокращение. Вся Земля оказалась бы сплющенной в направлении движения точно так же, как все предметы на ней.
Гипотеза сокращения кажется настолько поразительной — спору нет, почти абсурдной — потому, что сокращение не есть следствие каких-либо сил и играет роль некоторого сопровождающего движение обстоятельства. Однако это возражение не удержало Лоренца от включения новой гипотезы в его теорию, особенно когда новые эксперименты подтвердили, что невозможно обнаружить никаких эффектов второго порядка, обусловленных тем, что Земля движется в эфире.
Мы не можем описать все эти эксперименты или даже дать их краткий обзор. Некоторую часть из них составляют оптические опыты по изучению явлений, связанных с отражением, преломлением, двойным преломлением, вращением плоскости поляризации и т. д.; отчасти же эти опыты — электромагнитные, связанные с явлением индукции, распределением тока в проводах и т. п. Усовершенствованная физическая техника позволяет нам сейчас со всей определенностью обнаруживать существование или отсутствие эффектов второго порядка в таких явлениях. Особенно замечателен опыт, выполненный Траутоном и Ноблом (1903 г.). Он был поставлен с целью обнаружить момент кручения, возникающий в подвешенном плоском конденсаторе вследствие влияния эфирного ветра.
Все эти опыты без исключения дали отрицательный результат. Не осталось более никакого сомнения в том, что поступательное движение в эфире не сможет обнаружить никакой наблюдатель, участвующий в этом движении. Таким образом, принцип относительности, справедливый в механике, оказался также справедливым для всех электромагнитных явлений.
Лоренц предпринял попытку привести этот факт в соответствие со своей теорией эфира. Для осуществления этого, казалось, не было иного пути, кроме как принять гипотезу сокращения, привести в согласие с нею все законы электронной теории и, таким образом, построить согласованное целое, свободное от внутренних противоречий. Прежде всего Лоренц заметил, что система электрических зарядов, остающаяся в равновесии под действием лишь электростатических сил между зарядами, сжимается, как только ее приводят в движение, или, более точно, электромагнитные силы, возникающие в системе при движении. 216 Гл. V. Фундаментальные законы электродинамика.
единым образом изменяют конфигурацию равновесного положения так, что каждая длина сокращается в направлении движения на величину УI — ?2.
Далее, если предположить, что все физические силы имеют в конечном счете чисто электрическое происхождение или, по крайней мере, что они подчиняются одним и тем же законам равновесия во всех равномерно движущихся системах, то высказанная нами выше математическая теорема ведет к объяснению фицджеральдовского сжатия. Трудности рассмотрения всех сил как электрических обусловлены тем обстоятельством, что такой подход приводит в согласии со старыми и хорошо известными теоремами Гаусса и Грина к выводу, что все заряды находятся в равновесии, но никогда — в устойчивом равновесии. Поэтому силы, связывающие атомы так, что из них образуются молекулы, а последние так, что из них образуются твердые тела, не могут быть просто электрическими. Необходимость допущения о существовании неэлектрических сил выявляется наиболее отчетливо при анализе динамического строения индивидуального электрона. Электрон, как предполагается, представляет собой скопление отрицательного заряда, размеры которого мы должны предполагать конечными, ибо, как мы видели (стр. 255), энергия заряда, распределенного по сфере радиуса а, равна 1 ег
