Астрофизика, кванты и теория относительности - Каррелли А.
Скачать (прямая ссылка):
22
К. Мёллер
наиболее замечательных и убедительных достижений теории Максвелла. Много лет спустя теория относительности Эйнштейна осуществила еще более решительное объединение различных областей физики, внеся тем самым существенный вклад в ее единство.
Успех максвелловской теории света привел к возрождению старой идеи о «светоносном эфире» как носителе всех электромагнитных явлений; при этом связанная с эфиром система покоя, в которой предполагалась строгая справедливость уравнений Максвелла, рассматривалась как тождественная абсолютной системе отсчета Ньютона.
8. Попытки обнаружить систему покоя эфира
Посредством измерения различных характеристик световой волны, таких, как скорость и направление распространения или частота света, в принципе возможно определить систему покоя эфира. В этой системе скорость света в вакууме равна с для всех направлений", но в связанной с Землей системе отсчета, которая движется с абсолютной скоростью v, теорема сложения скоростей, упомянутая в разд. 5, дает различные значения для скорости света в зависимости от v и направления распространения светового сигнала. Поэтому точные наземные измерения скорости света должны были дать возможность определить абсолютную скорость v Земли, а также скорость движения эфира, или «эфирного ветра», —v на Земле.
Подлежащие измерению эффекты очень малы [порядка (v/c) 2L н0 Уже в 80-х годах прошлого столетия Майкельсон разработал и осуществил эксперимент требуемого типа, в результате которого показал отсутствие движения эфира. По крайней мере было найдено, что скорость движения эфира много меньше скорости движения Земли по ее орбите вокруг Солнца. Это было подтверждено позднейшими более точными экспериментами, проведенными в частности Иоссом (1930 г.), которые дали верхний предел возможной скорости движения эфира 1,5 км/с (скорость Земли »30 км/с). В аналогичном эксперименте, где вместо видимого света использовались микроволны, Эссен (1965 г.) получил тот же результат с еще более высокой точностью, чем в любом из оптических экспериментов.
Как отмечалось выше, другой метод обнаружения системы покоя эфира заключается в измерении частоты света, испу* щенного движущимся источником. Согласно теории абсолютного эфира, наблюдаемая частота зависит от абсолютной скорости Земли V, а также от относительной скорости источника и наблюдателя. Вследствие этого два одинаковых мазера
2. Успехи и ограниченность эйнштейновской теории
23
с противоположными направлениями падающих лучей должны обладать слегка отличающимися друг от друга характеристическими частотами, зависящими от v. Разность частот измеряется посредством подсчета биений, обусловленных интерференцией колебаний мазеров. Эксперименты такого типа, проведенные Таунсом и др. в 1958 г., не обнаружили признаков эфирного ветра, и на основании точности своих приборов исследователи сделали вывод, что скорость движения эфира должна быть меньше 30 м/с, т. е. примерно в 1000 раз меньше скорости Земли относительно Солнца.
Открытие эффекта Мёссбауэра в 1958 г. обеспечило новые возможности точного измерения очень малых разностей частот, щто позволило сдвинуть верхний предел скорости возможного эфирного ветра еще ниже. Эксперимент, поставленный Чэм-пени и др. в 1965 г., дал для скорости эфирного ветра значение t>= 1,6 ±2,8 м/с, что приближается к нулевому значению. Разумеется, никаким экспериментом никогда не удастся показать, что какая-либо величина в точности равна нулю. Однако ввиду того факта, что верхний предел скорости эфирного ветра постоянно уменьшается с увеличением точности эксперимента, представляется несомненным, что понятие эфира, столь плодотворное во времена Фарадея и Максвелла, теперь должно быть окончательно оставлено. Следует отметить, что большинство наиболее точных экспериментов, приведших к этому результату, было выполнено в середине нашего столетия.
9. Специальный принцип относительности
Результаты всех экспериментов, упомянутых в предыдущем разделе, находятся в соответствии с предположением, что общепринятый в механике принцип относительности справедлив также для электромагнитных явлений. Тем не менее уже в 1905 г. Альберт Эйнштейн, никому не известный молодой сотрудник патентного бюро в Берне, выдвинул в качестве основы для описания природы еще более далеко идущий принцип. Специальный принцип относительности Эйнштейна (СПО) можно сформулировать следующим образом: при равных условиях все физические явления протекают одинаково в любой инерциальной системе отсчета. Вследствие этого законы природы, которым подчиняются эти явления, должны иметь одинаковый вид во всех инерциальных системах. В то время это смелое утверждение имело весьма слабое экспериментальное подтверждение; но для обоснования точной справедливости СПО можно было выдвинуть другие аргументы, скорее философского характера.
Во-первых, из СПО следует огромное упрощение нашего описания природы. Если все инерциальные системы эквивалентны,
24
К. Мёллер
то нет необходимости осуществлять громоздкое преобразование от наших лабораторных систем, связанных с Землей, к «абсолютной» системе отсчета, где предполагались справедливыми «истинные» законы природы. Во-вторых, СПО вносит значительный вклад в единство физики.
