Механика и теория относительности - Матвеев А.Н.
ISBN 5-329-007242-9
Скачать (прямая ссылка):
света относительно эфира постоянна, то относительно материальных тел,
движущихся в эфире, она переменна и зависит от их скорости относительно
эфира. Измерив скорость тела относительно света, или, что то же самое,
скорость света относительно тела, можно определить скорость его
относительно эфира (скорость света относительно эфира можно считать
известной). Ситуация здесь совершенно аналогична той, когда гребцы в
лодке, измерив скорость лодки относительно волн и зная скорость волн
относительно неподвижной воды, могут найти свою скорость относительно
воды.
Попытка таким способом определить Абсолютную скорость Земли была
выполнена Майкельсоном и Морли (1881, 1887).
Идея и схема опыта Майкельсона - Морли. Идея опыта состоит в сравнении
прохождения светом двух путей, из которых один совпадает с направлением
движения тела в эфире, а другой ему перпендикулярен. Схема установки
изображена на рис. 29.
Луч монохроматического света, т. е. света определенной частоты, из
источника А падает на полупрозрачную пластинку В, расположенную под углом
45°. Здесь луч разделяется на два. Эти два луча порождаются одним и тем
же падающим лучом и поэтому волнообразные движения в них происходят не
независимо, а как бы в такт друг с другом. Если воспользоваться аналогией
с волнами на поверхности воды, то в точке разделения колебания в обеих
волнах происходят совершенно синхронно. Можно также представить себе
случай, что обе волны колеблются по одинаковому закону, но одна из них
Несколько запаздывает относительно другой. Иначе говоря, колебания в
волнах происходят с постоянной разностью фаз, т. е. если колебание в
одной из них в точке разделения описывается, например, функцией sin cot,
то колебание в другой представляется в виде sin (cot + ф), где ф = const
- разность фаз рассматриваемых колебаний. Такие две волны называются
когерентными. Таким образом, можно сказать, что на пластинке В луч
разделяется на два когерентных луча: один отражается от пластинки и
направляется к зеркалу Z), а другой проходит через пластинку и
направляется к зеркалу F. От зеркал D и F лучи света отражаются и
возвращаются к пластинке В. Луч, частично отразившись от D и пройдя
сквозь полупрозрачную пластинку В, встречается в интерферометре Е с
лучом, отразившимся от зеркала F и пластинки В. Таким образом, в
интерферометре встречаются два когерентных луча, прошедших от места
разделения два
90
Глава 3. ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КООРДИНАТ
29.
Схема опыта Майкельсона- Морли в системе координат, связанной с эфиром
На рисунке изображены последовательные положения интерферометра
относительно эфира
V
I
В опыте Майкельсона - Морли нельзя было выбрать "плечи" одинаковой длины,
потому что это означало бы возможность измерения расстояния в несколько
метров с точностью до миллионных долей метра, что в то время было
невозможно.
Как у античных мыслителей возникла идея об очень большой скорости
распространения света! Правильны ли их рассуждения с точки зрения
современной физики! Опишите схему эксперимента, который бы позволил по
методу Ремера измерить скорость звука.
К чему сводится учет скорости движения Юпитера в расчете скорости света
по методу Ремера!
различных пути. Ясно, что если эти пути пройдены ими за одинаковое время,
то в точке встречи между их колебаниями имеется та же самая разность фаз
ф, как и в точке разделения. Пусть, например, при разделении лучей
разность фаз ф = 0, т. е. колебания в обоих лучах происходят в одной и
той же фазе. Эти лучи в точку встречи в рассматриваемом случае также
придут в одной и той же фазе и усилят друг друга - гребень одной волны
попадает на гребень другой. Если же рассматриваемые пути пройдены лучами
за разное время, то.в точке встречи разность фаз и колебаний изменится.
Например, может случиться, что гребень одной волны совпадает с впадиной
другой и они взаимно погасят друг друга. Явление сложения амплитуд волн
называется интерференцией. Наблюдая интерференцию, можно сделать
заключение о разности фаз пришедших в интерферометр когерентных волн, а
отсюда вычислить время запаздывания одной волны относительно другой.
Именно это и было сделано Май-кельсоном и Морли. Оптическая часть этого
эксперимента и устройство интерферометра Майкельсона будут более подробно
рассмотрены в "Оптике".
Расчет разности хода лучей. Пусть прибор движется в направлении "плеча"
BF - 1г со скоростью v относительно эфира (рис. 29). Скорость света
относи-
13. Постоянство скорости света
91
тельно эфира обозначим через с. При движении луча от5к^ направления
скоростей света и прибора совпадают. Следовательно, скорость света
относительно прибора равна с - у, а время, за которое им пройден путь от
В к F,
м=т=и- <13-6>
Время, в течение которого пройден путь от F к В после отражения,
<13-7)
поскольку свет движется навстречу прибору, и скорости складываются. Таким
образом, полное время на прохождение пути до зеркала F и обратно будет
t\[' = (bf + tFB = ~ J2/c2. (13.8)
