Механика и теория относительности - Матвеев А.Н.
ISBN 5-329-007242-9
Скачать (прямая ссылка):
своем опыте Физо сравнил скорости лучей света в направлении движения
среды и против этого направления.
Схема опыта Физо изображена на рис. 31. Монохроматический луч от
источника А падает на полупрозрачную пластинку В и разделяется на два
когерентных луча. Луч, отразившийся от пластинки, проходит путь BKDEB (К,
D, Е - зеркала), а прошедший через пластинку В - путь BEDKB, т. е.
противоположно предыдущему. Первый луч, возвратившись к пластинке В,
частично отражается от нее и попадает в интерферометр F. Второй луч,
возвратившись к пластинке В, частично проходит через нее и также попадает
в интерферометр F. Оба луча проходят один и тот же путь, причем на
участках BE и KD эти пути проходят через жидкость, которая течет по
трубе. Если жидкость покоится, то пути обоих лучей совершенно
эквивалентны и время их прохождения в обоих направлениях одно и то же,
разницы никакой нет.
Если же жидкость движется, пути лучей не эквивалентны: скорость одного из
них на указанных участках направлена по течению жидкости, а другого -
против течения. Вследствие этого возникает разность хода - один из лучей
запаздывает по сравнению с другим. По интерференционной картине можно
определить эту разность хода, а по ней вычислить скорость света на
участках с жидкостью, потому что известны скорость света на остальных
участках и длина всех участков пути.
^ Механика и теория относительности
98
Глава 3. ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КООРДИНАТ
31.
Схема опыта Физо
В чем состоит неудовлетворительность интерпретации результата опыта
Майкель-сона - Морли с помощью сокращения масштабов Фитцджеральда -
Лоренца! Каковы астрономические свидетельства несостоятельности
баллистической гипотезы! Как был истолкован результат опыта Физо в то
время, когда он был выполнен! Почему утверждение о постоянстве скорости
света, имеющее столь многочисленные экспериментальные подтверждения,
является все же постулатом!
Вычисление разности хода лучей. Введем обозначения: I - общая длина
участков света в жидкости: t0 - время,
в течение которого свет проходит весь путь, исключая участки пути через
жидкость; - скорость луча света
по течению жидкости; и^ - против течения. Эти скорости можно представить
в виде:
и
(+) = и' -\-kv,
и
и
kv,
(13.20)
где к - коэффициент, который требуется определить в эксперименте. Если к
= 1, то справедлива классическая формула сложения скоростей (12.10). Если
же к Ф 1, то имеет место отклонение от этой формулы. Заметим, что в этом
эксперименте мы имеем дело с очень большими скоростями, поскольку для
видимого света коэффициент преломления воды примерно 1,3 и,
следовательно, скорость света относительно воды примерно 230 ООО км/с.
13. Постоянство скорости света
99
Время, за которое первый и второй лучи проходят весь путь, равно
соответственно:
h = *о + Щи' + kv), t2 = t0-\- Щи' - kv).
Отсюда получаем, что разность хода по времени
Д t = t2-tx = 2 lkv/(u'2 - k2v2). (13.22)
Измерив по смещению интерференционных полос разность хода и зная I, v,
и', можно из этой формулы найти к.
Результат опыта Физо. В опыте Физо было получено следующее значение
коэффициента к:
к=1-1/п2, (13.23)
где п - показатель преломления жидкости. Таким образом, скорости света в
жидкости и жидкости не складываются по формуле сложения скоростей
классической механики. С обыденной привычной точки зрения этот результат
столь же удивителен, как и утверждение о постоянстве скорости света в
вакууме. Однако в те годы, когда был выполнен опыт Физо, его результат не
вызвал удивления. Дело в том, что Френель задолго до опыта Физо показал,
что материя, движущаяся в эфире, должна за собой лишь частично увлекать
эфир, и величина этого увлечения в точности соответствует результату
опыта Физо.
Лишь после создания теории относительности стало ясным, что в опыте Физо
впервые была экспериментально доказана несправедливость классического
закона сложения скоростей и преобразований Галилея.
Постулативный характер постоянства скорости света. Утверждение о
постоянстве скорости света в вакууме, т. е. независимость скорости света
от скорости источника и скорости наблюдателя, является естественным
выводом из многих экспериментальных фактов. Выше были описаны лишь те
эксперименты и соображения, которые исторически были первыми. В
дальнейшем это утверждение выдержало другие многочисленные
экспериментальные проверки. Главным же его подтверждением является
согласие с экспериментом всех тех выводов, которые из него следуют. Эти
подтверждения очень многочисленны, потому что вся современная физика
больших скоростей и высоких энергий основывается на постулате постоянства
скорости света.
Тем не менее в своем абсолютном виде утверждение 'о постоянстве скорости
света является постулатом, т. е. допущением, выходящим за пределы прямой
экспериментальной проверки. Это связано с конечной точностью
экспериментальных проверок, как это было объяснено выше в связи с
постулативным характером принципа относительности.
