Относительность. Термодинамика и космология - Толмен Р.
Скачать (прямая ссылка):
результаты проделанных экспериментов. Более того, в ходе
§ 6. ВТОРОЙ ПОСТУЛАТ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
29-
развития рассматриваемой теории мы получим простую, непринужденную замену
предположений относительно изменений масштабов длины и времени, которые
надо было вводить весьма искусственным и произвольным образом, для того
чтобы сохранить гипотезу неподвижного эфира.
§ 6. Второй постулат теории относительности
Кроме первого постулата в основе специальной теории относительности лежит
еще второй: скорость света в свободном пространстве одинакова для всех
наблюдателей вне зависимости от относительных скоростей источника света и
наблюдателя. Этот постулат на самом деле можно считать комбинацией двух
предположений. Одно из них известно из эфирной теории света -
независимость скорости света от скорости источника. Другое является
следствием первого постулата и формулируется так: не имеет никакого
смысла абсолютная скорость источника, можно ввести лишь относительную
скорость источника и наблюдателя.
Сделаем еще одно важное замечание. Можно считать, что второй постулат
вытекает из волновой теории света, которая предполагает, что свободное
пространство заполнено некой упругой средой - эфиром, в то время как
первый постулат отражает противоположную, совершенно естественную точку
зрения Ньютона, согласно которой свободное пространство должно быть
пустым. Неудивительно, что объединение принципов столь различной природы
должно было существенно изменить наши пространственно-временные
представления.
Когда Эйнштейн создал специальную теорию относительности, не было никаких
экспериментальных данных о независимости скорости света от скорости
источника и второй постулат был принят благодаря его близости волновой
теории света. В настоящее время, однако, экспериментальных данных уже
достаточно, чтобы с определенностью исключить кажущуюся естественной
альтернативную возможность - обычное сложение скорости света и скорости
источника (предположение, выдвигающееся так называмой эмиссионной теорией
света).
Наиболее убедительные данные, противоречающие простому сложению скорости
света со скоростью источника, были получены Комстоком [10] и де Ситтером
[11], занимавшимися расчетом движения двойных звезд. Рассмотрим такой
удаленный дублет, предполагая, что скорость света связана аддитивно со
скоростью источника. Тогда очевидно, что время, за которое свет доходит
до Земли от данного члена дублета, должно значительно сокращаться, если в
момент испускания света звезда сближается с Землей, и должно
увеличиваться, когда звезда расходится с Землей. Анализ, проведенный де
Ситтером, показал, что воз-
30 гл 11 ¦ СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
можные в этом случае эффекты можно описать, вводя некий искусственный
эксцентриситет рассчитываемой орбиты. Однако орбиты всех обнаруженных
дублетов обладают малыми эксцентриситетами, откуда вытекает, что скорость
света не может приобретать сколько-нибудь значительную долю скорости
источника.
В дополнение к этому очень сильному подтверждению принципа постоянства
скорости света имеется еще и ряд оптических экспериментов. Все они
указывают на несостоятельность различных модификаций эмиссионной теории
света, сходящихся в том, что скорость света от движущегося источника
должна представляться векторной суммой обычной скорости света с и
скорости источника v, но расходящихся далее в предположениях о величине
скорости света, отраженного зеркалом. Имеются три предположения, частично
уже нами рассмотренные:
1) возбужденная часть вещества, из которого состоит зеркало, действует
как новый источник, и отраженный свет имеет ту же самую скорость с
относительно зеркала, что и свет относительно первоначального источника
[12];
2) отраженный свет имеет скорость с относительно зеркального отражения
своего источника [13];
3) на протяжении всего пути свет сохраняет скорость с относительно своего
первоначального источника [14].
Оптические эксперименты, противоречащие первым двум предположениям, найти
нетрудно [15, 16]. Однако третье предположение лежит в основе хорошо
продуманной эмиссионной теории Ритца, оптические опыты по проверке
которой трудны экспериментально, поскольку зависят от эффектов второго
порядка по vjc. Однако Ла-Роза и автор этой книги отмечали [17], что если
справедлива теория Ритца, опыт Майкельсона - Морли с лучом света от
Солнца, а не от земного источника должен был бы привести к сдвигу
интерференционной картины за счет орбитальной скорости движения Земли
вокруг Солнца. Такой опыт был проделан Миллером*), однако никаких
эффектов обнаружено не было [18].
§ 7. Необходимость изменения прежних представлений о пространстве и
времени
Будем теперь считать, что оба постулата теории относительности
экспериментально обоснованы. Посмотрим, как они влияют на наши
представления о природе пространства и времени.
*) Миллер провел пять серий наблюдений с использованием солнечного света
