Оптика - Годжаев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
- скорость ее течения, с - скорость света в вакууме. Если длину пути луча
в воде обозначить через I, то добавочная разность хода, выраженная в
длинах волн, будет равна
Д =
I
I
c/n - v с/я-}-И
'2 lvn"c
2lvrfl
Х(с2 - Л%2) АС
(II.3)
если пренебречь величиной (nv/cf по сравнению с единицей.
Опыт Физо, а также другие варианты этого опыта, проделанные позднее
различными авторами, привели к смещению интерференционных полос примерно
в два раза меньше ожидаемою. Зная смещение интерференционных полос, можно
вычислить величину так называемого коэффициента увлечения х (при
известных c/n, v и I). Согласно опыту Физо, коэффициент увлечения имел
значение х = 1 - 1/п2, т. е. вода при своем движении частично увлекала
эфир. Этот результат Физо, находясь в полном согласии с предсказанием
Френеля *, противоречил результату явления аберрации света, согласно
которому эфир вообще не увлекается. Лорентц, показав, что все
интерференционные опыты с точностью до (с/с)2 во всех инерциальных
системах протекают одинаково, на время спас эфир. Он для оправдания
гипотезы "абсолютного движения" в неподвижном эфире предложил формулы
преобразования при переходе от одной инер-циальной системы к другой,
известные под названием формул преобразования Лорентца.
Опыт Майкельсона. Идея опыта Майкельсона заключалась в следующем: если
существует покоящийся эфир, то при движении Земли по орбите вокруг Солнца
должен возникать эфирный ветер, влияющий на скорость распространения
света. Для проверки этой гипотезы Майкельсоном был проделан опыт, схема
которого была ранее представлена на рис. 5 19 (см. § 5, гл. V).
Интерферометр Майкельсона располагался таким образом, чтобы одно плечо
(луч 1) совпадало с направлением движения Земли, а второе было ему
перпендикулярно. Если вычисления произвести в системе, связанной с
предполагаемым неподвижным эфиром, то при повороте прибора на 90°
возникает добавочная разность хода и поэтому должно наблюдаться смещение
интерференционной картины, зависящее от величины плеча. С помощью
величины этого смещения можно вычислить абсолютную скорость движения
Земли в эфире **. Ни опыт
* Френель задолго до опыта Физо показал, что материя, движущаяся в эфире,
должна увлекать собой частично эфир. Для коэффициента увлечения он
получил выражение х = 1 - 1/п2.
** См.: Ландсберг Г. С. Оптика, гл. XXI; Франкфурт У., Френк А. Оптика
движущихся тел, 1972.
420
Майкельсона (1881 г.), ни более усовершенствованный опыт Майкельсона -
Морли (1887 г.) не дали ожидаемого смещения интерференционной картины.
Варианты опыта Майкельсона, проведенные в последнее время с
использованием лазерных источников света, дали такой же отрицательный
результат.
Следовательно, понятие абсолютного движения в неподвижном эфире не имеет
места. Поэтому совершенно безразлично, движется ли источник относительно
приемника или наоборот. Иначе мы имели бы возможность определить
абсолютное движение системы в эфире.
Отрицательные результаты опыта Майкельсона отвергли теорию Лорентца,
вытекающую из гипотезы о неподвижности эфира. Можно было бы основываться
на теории Герца, согласно которой эфир полностью увлекается движущимися
телами. Однако если исходить из теории Герца, то эфир должен полностью
увлекаться атмосферой Земли при ее орбитальном движении, что противоречит
явлению звездной аберрации.
Опыты Физо, Майкельсона и др., изложенные в этом параграфе, приводят к
заключению о постоянстве скорости света. Поскольку постоянство скорости
света несовместимо с ньютоновскими представлениями о пространстве и
времени, его признание влекло за собой коренное изменение привычных нам
представлений о пространстве и времени.
Основы специальной теории относительности
В основе классической механики лежит принцип относительности Галилея,
согласно которому все механические явления при одинаковых начальных
условиях протекают одинаково во всех инерциальных системах отсчета.
Инвариантность уравнений механики по отношению к преобразованиям Галилея
есть математическое выражение вышеупомянутого принципа относительности
механики.
При переходе от одной системы координат к другой уравнения Максвелла не
являются инвариантными по отношению к преобразованиям Галилея *.
А. Эйнштейн, отрицая классические представления об абсолютном времени и
пространстве, предложил специальную теорию относительности. В основу этой
теории Эйнштейна были положены два постулата, являющиеся обобщением
перечисленных в предыдущем параграфе экспериментальных фактов
1) скорость света в вакууме одинакова во всех инерциальных системах
координат,
2) законы природы одинаковы во всех инерциальных системах координат.
Второй постулат фактически представляет собой распространение принципа
относительности Галилея на оптические и электрические явления. Оба
постулата были подтверждены многочисленными опытными данными.
Согласно специальной теории относительности **, координаты и скорости
преобразуются при переходе от одной системы к другои (рис. II.2) по
