Механика и теория относительности - Матвеев А.Н.
ISBN 5-329-007242-9
Скачать (прямая ссылка):
44. Условие этого излучения без отдачи состоит в том, что импульс отдачи
при излучении фотона воспринимается не отдельным атомом, а целой решеткой
атомов. Эффект Мёссбауэра в том и состоит, что такие условия воз-
65. Невесомость. Принцип эквивалентности
401
можны. Благодаря излучению без отдачи ширина линии излучения получается
очень маленькой, т. е. испускаемые фотоны имеют разброс частоты в очень
малой области. С другой стороны, поглощение фотона также произойдет
только тогда, когда его частота почти точно равна частоте испускания без
отдачи.
Пусть вещество А (рис. 158) излучает без отдачи фотоны некоторой частоты,
а такое же вещество В при тех же условиях может поглощать фотоны той же
частоты. Некоторое число фотонов проходят вещество В, не будучи
поглощенными, и попадает на чувствительный приемник С, регистрирующий это
число.
Допустим, что по каким-то причинам во время распространения фотонов между
А и В их частота изменилась. Тогда они не смогут поглощаться веществом В
и их число, попадающее на приемник С, резко возрастает. Таким образом,
легко обнаруживается малейшее изменение частоты фотона при
распространении между А и В. На той же установке можно измерить, на
сколько изменилась частота излучения фотонов. Для этого необходимо
вешество В перемещать по линии распространения луча с такой скоростью и,
чтобы благодаря эффекту Доплера частота падающего на него света снова
стала равной частоте резонансного поглощения. В этот момент снова резко
возрастет поглощение и упадет интенсивность излучения, воспринимаемого
приемником С. Эффект этот очень резко выражен, и скорость v фиксируется с
большой точностью. Благодаря этому удается с большой точностью измерить
изменение частоты света при распространении от А к В. В опытах 1960 г.,
повторенных затем неоднократно, высота источника А над детектором В
составляла примерно 15 м. Красное смещение было уверенно зафиксировано и
подтвердило формулу (65.3).
Сущность красного смещения можно также понять, применяя к фотонам света
14 Механика и теория относительности
в
\
158.
Схема опыта по обнаружению красного смещения в земных условиях
Какой физический фактор обусловливает возникновение невесомости при
свободном падении!
Что такое гравитационная масса! Какие опыты показывают пропорциональность
инертной и гравитационной масс!
3 В чем состоит принцип эквивалентности!
4 Что такое гравитационное красное смещение! Можете ли Вы вычислить его
величину в простейшем случае с помощью принципа эквивалентности!
Какие экспериментальные доказательства гравитационного красного смещения
Вы знаете!
402
Глава 14. НЕИНЕРЦИАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ОТСЧЕТА
понятие потенциальной энергии, как это было сделано в § 44. Энергия е
фотона связана с частотной формулой е = Дсо. Фотон не может находиться в
покое, и его масса покоя равна нулю. Масса же движущегося фотона по
соотношению между массой и энергией равна Дсо/с2. Следовательно, закон
сохранения энергии фотона, движущегося в поле тяжести массы т, может быть
записан в виде
ha>-G (Л(0/^ = Дсо0, (65.4)
где второй член левой части представляет потенциальную энергию фотона,
находящегося на расстоянии г от шарообразной массы т, со0 есть частота
фотона на бесконеном расстоянии (г = оо). Отсюда получаем
Ю = Г-Z/Л" <65'5>
т. е. при удалении от тела, создающего поле тяготения, частота света
уменьшается. Это и есть эффект красного смещения. При "падении" фотона на
тело его частота увеличивается. Следует также отметить, что критическим
значением радиуса тела в формуле (65.5), при котором она теряет смысл,
является такое, которое обращает знаменатель в нуль. Но это значение
радиуса равно гравитационному: ггр - ]/G/n/c2, о котором говорилось в §
30 в связи с "черными дырами".
Красное смещение заметно при наблюдении излучения звезд, поскольку звезда
имеет более сильное поле тяготения, чем Земля. Например, имеющиеся данные
по излучению Сириуса подтверждают формулу красного смещения.
Не следует путать красное смещение, которое вызвано полем тяготения, с
космологическим красным смещением, обусловленным расширением Вселенной.
66. Неинерциальные вращающиеся системы координат
Кориолисово ускорение. При рассмотрении неинерциальных систем координат,
движущихся по прямой линии, соотношения между абсолютной, переносной и
относительной скоростями и соответствующими ускорениями были совершенно
одинаковыми [см. (64.2) и (64.3)1. У вращающихся систем дело обстоит
сложнее. Отличие обусловливается тем, что переносная скорость различных
точек вращающейся системы координат различна. Абсолютная скорость по-
прежнему является суммой переносной и относительной скоростей:
(66.1)
V = v0-f- v',
66. Неинерциальные вращающиеся системы координат
403
159.
Ускорение Кориолиса обусловлено различным значением переносного ускорения
в разных точках неинерциальной системы
а абсолютное ускорение в таком простом виде не представляется.
При перемещении из одной точки вращающейся системы координат в другую
