Оптика - Годжаев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
приемника, явление Физо - изменение скорости светя в движущейся среде
(увлечение света телом, движущимся относительно наблюдателя), опыт
Майкельсона - влияние движения Земли относительно абсолютно покоящегося
эфира на скорость распространения света и т. д.
Значительный вклад в область оптики движущихся сред, когда движение
электрона в среде приводит к возникновению новою явления - эффекта
Вавилова - Черенкова ***, - внесли более поздние работы советских ученых,
акаде-
* См.: Елецкий А. В. Скорость свега. "Знание", 1975, с. 18; Ф о р у м К.,
Эссен JI. Скорость света и радиоволн, М., "Мир", 1973.
** См.: ДитчбернР. Физическая оптика, с. 263; Борн М., В о л ь ф Э.
Основы оптики, с. 399.
*** С эффектом Вавилова-Черенкова можно ознакомиться в кн.: Ландсберг Г.
С. Оптика, с. 217,
418
миков С. И. Вавилова, П. А. Черенкова, В. Д. Гинзбурга, И. Е. Тачма, И.
М. Франка (экспериментальное обнаружение и теоретическая разработка
эффекта Вавилова - Черенкова).
Решение основных проблем оптики движущихся сред дано в первой работе
Эйнштейна "К электродинамике движущихся тел" (1905 г.), разрешившей
основные противоречия, связанные с наличием эфира. Эга работа легла в
основу специальной теории относительности Эйнштейна и позволила
рассмотреть с единой точки зрения явления оптики движущихся сред.
Эксперименты в области оптики движущихся сред, предшествующие специальной
теории относительности
Как уже било отмечено, в основе одного из методов определения скорости
света лежит явление аберрации света, о которой речь шла в приложении I.
Отметим только то, что, согласно явлению аберрации света, эфир должен
покоиться в 1елиоцентрической системе. Это следует из независимости
характера аберрации от направления движения звезд.
Остановимся еще на некоторых опытах в области оптики движущихся тел,
обращая внимание также на их роль в деле обоснования специальной теории
относительности.
Эффект Допплера. В 1842 г. X. Допплером была высказана идея и дана
классическая теория, согласно которой воспринимаемая частота должна
меняться при сближении (или удалении) источника или приемника волн. В
дальнейшем эта теория экспериментально подтверждена для акустических
волн. Явление это известно как эффект Допплера.
Эффект Допплера в оптике впервые наблюдал Физо, обнаруживший смещение
спектральных линий в излучении некоторых небесных светил.
Если исходить из идеи неподвижного эфира, относительно которого можно
измерить скорость источника или приемника, то теория эффекта Допплера в
акустике применима к эффекту Допплера в оптике, т. е. в случае движения
источника
l-ta-cosm/c v=v0--------------гг; (II.1)
J fv COS ф^2 1
и в случае движения приемника излучения
v = v0 (1 Т v cos ф/с), (II.2)
где v0 - частота излучения источника, v - принимаемая частота излучения
пси относительном движении источника или приемника, v - скорость
относительного движения источника или приемника, ф - угол между
направлением относительного движения и линией, соединяющей источник или
приемник. Знаки плюс и минус указывают соответственно на сближение и
удаление источника и приемника друг относительно друга.
Как видно, формулы (II.1) и (II.2) различаются множителем
1
¦ (V • COS ф/с)2
Этот множитель отличается от единицы на величину второго порядка малости
относительно р2 - (v/c)". Поскольку при движении Земли по ее орбите
величина (с/с)2 не больше КГ8, разница между формулами (II.1) и (II.2) не
была обнаружена путем непосредственного наблюдения величины
допплеровского смещения Av = v-v0. Следовательно, с помощью эффекта
Допплера нельзя было определить движение Земли относительно эфира,
который предполагался неподвижным.
Однако движение Земли относительно неподвижного эфира, если бы оно имело
место, можно было бы обнаружить при условии проведения соответствующих
опытов с точностью не менее 10-8. К числу таких опытов относится
знаменитый опыт Майкельсона, о котором речь пойдет в конце этого
параграфа.
419
Опыт Физо. Как нами уже было отмечено, опыт Физо (рис. II. 1) был
поставлен с целью выяснения вопроса о том, как влияет движение
материальной среды (например, воды) на скорость распространения света.
Рассмотрим этот опыт.
Луч, исходящий из источника 5, падая на полупрозрачную пластинку Л,
разбивается на два луча / и 2. Лучи / и 2 проходят через трубы,
наполненные водой, направление течения которой указано стрелкой. Лучи / и
2 после отражений от зеркал Зх, 32 и З3 распространяются по направлению к
приемнику. Будучи когерентными, они могут интерферировать, образуя
соответствующую интерференционную картину.
Если имеет место увлечение света водой, то при переходе от неподвижной
воды к движущейся должно произойти смещение интерференционных полос.
Вычислим добавочную разность хода при таком переходе между лучами 1 к 2.
Ввиду того что луч / распространяется в направлении течения воды, а луч 2
- в противоположном направлении, то скорость света в воде будет
соответственно с/п + v и с/я - и, где п - показатель преломления воды, v
