Теория относительности - Мёллер К.
Скачать (прямая ссылка):
Согласно этой странной гипотезе, стержень, имеющий длину I0, если он перпендикулярен направлению движения Земли, имеет более короткую длину
/-Z0(I-W)'/2, (1.66)
если он параллелен направлению движения Земли. Конечно, на Земле это укорочение измерить невозможно, так как все тела, в том числе и измерительная линейка, сокращаются в одинаковой степени. Только внеземной наблюдатель, неподвижный относительно эфира, сможет, в принципе, наблюдать такое укорочение и обнаружить, что сама Земля и все предметы на ней сокращаются в направлении движения Земли.
Гипотеза о сокращении кажется слишком неправдоподобной с первого
взгляда, но, как подчеркивал Лоренц [149], ее нельзя избежать в рамках
концепции абсолютно неподвижного эфира. С этой точки зрения результат Майкельсона с таким же основанием может рассматриваться прямым доказательством гипотезы о сокращении, с каким сдвиг интерференционных полос
* Результаты Майкельсона позже были подтверждены несколькими исследователями [124, 119]. В противоположность этим результатам Миллер [159] обнаружил малый эффект (опровергнутый позднее — Прим. ред.).
27
при нагревании определенных частей аппаратуры является доказательством изменения длины ее нагретых частей.
Чтобы сделать гипотезу о сокращении более приемлемой, Лоренц предпринял попытку объяснить ее на основе электронной теории. Ему действительно удалось дать правдоподобное объяснение формулы (1.66). Предполагая, что все материальные тела состоят из электрических заряженных частиц, которые держатся вместе лишь посредством электростатических сил, он смог показать, что положение равновесия частиц в таких чисто электростатических системах изменяется в соответствии с (1.66) при движении системы как целого с постоянной скоростью V относительно эфира. Сложность заключалась лишь в предположении, что частицы удерживаются вместе исключительно электрическими силами, которое вряд ли справедливо для реальных тел. В частности, трудно объяснить, как удерживается заряд внутри одного электрона, если не вводить дополнительно силы притяжения неэлектрической природы. Поэтому предположение о справедливости формулы (1.66) для одного электрона, ЧТО и сделал Лоренц, следует рассматривать как новую гипотезу, не являющуюся следствием самой электронной теории. Таким образом, лоренцево сокращение следует рассматривать как основное и универсальное явление, лежащее в основе фундаментальных законов природы.
§ 1.14. Справедливость принципа относительности для всех физических явлений
Эксперимент Майкельсона был лишь первой из многочисленных попыток определения движения Земли относительно эфнра. Все эти эксперименты, в которых были использованы как оптические, так и электромагнитные устройства, дали отрицательный результат. Следовательно, никакое физическое явление не должно зависеть от движения Земли. В конечном счете, не может быть сомнений, что принцип относительности справедлив не только для механических явлений, но и для оптических и электромагнитных явлений.
Мы не будем здесь детально обсуждать все эти эксперименты, ограничившись экспериментом Айвса, упоминавшимся в § 1.5. Айвс показал, что доп-лер-эффект во втором приближении также зависит лишь от скорости источника света относительно наблюдателя, что соответствует принципу относительности (см, также более поздние эксперименты, рассмотренные в § 12.1). Этот факт, а также результаты других упоминавшихся ранее экспериментов невозможно объяснить на основе эфирной теории, даже дополнив ее гипотезой о сокращении; формула (1.22) не содержит величин с размерностью длины. Следовательно, гипотеза о сокращении, имеющая дело с длинами, не может привести формулу (1.22) в соответствие с результатом Айвса.
Позже Лоренц [149] исследовал проблему: какие еще гипотезы, наряду с гипотезой о сокращении длин, следует добавить к эфирной теории, чтобы все предсказания этой теории соответствовали принципу относительности, уже подтвержденному экспериментами. Он нашел, что в каждой инерциальной системе необходимо использовать специальное время, так называемое местное время, отличное от времени в абсолютной системе эфира. Согласно гипотезе о сокращении, длина метрической линейки зависит от абсолютной скорости рассматриваемой системы отсчета. Аналогично темп хода часов (а поэтому и единица времени) зависит, в соответствии с новой гипотезой, от движения инерциальной системы. Если основные уравнения электронной теории в каждой движущейся инерциальной системе записать в терминах местного времени и собственных пространственных переменных, то они будут иметь одинаковый вид в любой инерциальной системе. Поэтому все электромагнитные явления не зависят от движения системы отсчета. С помощью этих новых гипотез удалось на некоторое время сохранить концепцию абсолютного эфира, пока Эйнштейн [65] не пришел к выводу, что результаты всех рассмотренных выше экспериментов поколебали сами основы теории эфира.
Глава
2
РЕЛЯТИВИСТСКАЯ КИНЕМАТИКА
§ 2.1 Одновременность событий
Бесплодные попытки обнаружить влияние движения Земли на механические, оптические и электромагнитные явления привели физиков к убеждению о справедливости принципа относительности для всех физических процессов. Полностью изменилась сама основа нашего описания природы, ибо как только была осознана универсальность принципа относительности, упоминавшаяся в § 1.2, концепция абсолютной системы отсчета, связанной с неподвижным эфиром, потеряла всякое физическое значение. Любые физические процессы протекают одинаковым образом во всех инерциальных системах и никаким экспериментом невозможно обнаружить среди них абсолютную систему отсчета. Все инерциальные системы становятся полностью эквивалентными, и для любой удовлетворительной теории необходимо потребовать, чтобы она приводила к одинаковым результатам во всех таких системах отсчета. Эйнштейн [65—68] первый сформулировал эту новую точку зрения в своей фундаментальной работе 1905 г. [65] и показал ее следствия. (Cm. о вкладе Пуанкаре стр. 392—Прим. ред.)
