Отрицательный результат - опыт - майкельсон
Cтраница 3
Опыт Майкельсона показал, что даже с помощью весьма тонких оптических измерений невозможно установить абсолютное движение системы. Отрицательный результат опыта Майкельсона был принят Эйнштейном как постулат теории относительности. [31]
Со времени возникновения этой теории следовало ожидать, что удастся экспериментально обнаружить влияние движения Земли относительно эфира на оптические явления. Правда, Лоренц, как известно, показал в цитированной выше работе, что, согласно его основным предположениям, влияние этого относительного движения на распространение лучей в оптических опытах не должно обнаруживаться, если при вычислении ограничиваться членами, содержащими первую степень отношения vie относительной скорости к скорости света в пустоте. Однако отрицательный результат опытов Майкельсона и Морли 12 ] показал, что, по крайней мере, в этом случае отсутствует также эффект второго порядка ( пропорциональный у % 2), хотя, согласно основам теории Лоренца, он должен был бы проявиться на опыте. [32]
Только Эйнштейн понял, что в основу наших рассуждений в виде универсального постулата, принимаемого без доказательства, должна быть положена эквивалентность всех систем отсчета, движущихся одна относительно другой с постоянной скоростью. К этому постулату он добавил еще один постулат, утверждавший, что скорость света во всех эквивалентных системах отсчета и во всех направлениях равна одной и той же постоянной величине с. Содержание этого постулата иллюстрируется отрицательным результатом опыта Майкельсона - Морлн и множеством других экспериментов. [33]
В этой главе, завершающей изложение основ электромагнитной теории света, прежде всего рассмотрены классические опыты Физо и Майкельсона, проведенные в конце XIX в. Цель экспериментов состояла в выяснении возможности установления существования абсолютного движения, т.е. движения тел относительно некоторой среды ( светоносного эфира), которая может служить единой системой отсчета. Неоднозначность толкования прецизионных опытов ( в частности, отрицательного результата знаменитого опыта Майкельсона) нацело снимается при формулировке Эйнштейном в 1905 г. исходных постулатов специальной теории относительности, а дальнейшее развитие этой теории привело к кардинальным изменениям всей классической физики. [34]
Следовательно, / /, т.е. длина стержня, движущегося со скоростью v относительно наблюдателя, уменьшилась в VI - р2 раз. Естественно, что к такому же результату мы пришли бы, рассматривая, какую длину стержня, покоящегося в системе X, Y, Z, измерит наблюдатель, связанный с системой X, Y, Z. Напомним, что Лоренц был вынужден постулировать такое сокращение длины тел в направлении движения, чтобы объяснить отрицательный результат опыта Майкельсона - Морли. [35]
Второй постулат сводится к утверждению, что существует конечная максимальная скорость распространения любого взаимодействия, которая равна с - скорости света в вакууме. По принципу относительности эта скорость одинакова во всех инерциальных системгхх и не зависит от длины волны, интенсивности и относительной скорости движения источника и приемника света. Таким образом отвергаются теорема сложения скоростей в классической механике и различные построения, которые выдвигались в свое время для истолкования отрицательного результата опыта Майкельсона - Морли. [36]
В галилеевом случае при учете немеханических явлений, например явления распространения света, между инерциальными системами намечается дифференциация и выделяется одна привилегированная ( абсолютная) система отсчета. Если же следовать принципу Эйнштейна, то различные инерциальные системы совершенно равноправны по отношению ко всем физическим явлениям, так что абсолютная, особая инерциальная система просто не может существовать. Следовательно, попытки определить абсолютную скорость бесцельны. С этой точки зрения отрицательный результат опыта Майкельсона надо воспринимать как естественный. [37]
Известно, что это противоречие между теорией и опытом формально было устранено гипотезой Лоренца и Фицджеральда. Но эта гипотеза, выведенная ad hoc, кажется всего лишь искусственным средством спасения теории. Опыт Майкельсона и Морли обнаружил, что эти явления согласуются с принципом относительности даже тогда, когда этого нельзя было ожидать по теории Лоренца. Поэтому создавалось впечатление, что от теории Лоренца надо отказаться, заменив ее теорией, которая основывается на принципе относительности, ибо такая теория позволила бы сразу предвидеть отрицательный результат опыта Майкельсона и Морли. [38]
К выводу о сокращении размеров тел при движении приводит отрицательный результат опыта Майкельсона. Если бы сокращения не происходило, то при повороте установки равенство т т / должно было бы нарушиться. Поэтому важно знать, с какой точностью сравниваются эти времена г и т в опыте Майкельсона. Ведь если бы оказалось, что разница во временах т и т, которой вообще можно ожидать, меньше, чем достигнутая в установке точность сравнения, то, конечно, на основании отрицательного результата опыта Майкельсона мы никак не могли бы сделать заключения о сокращении продольных размеров тел. [39]
 |
Увеличение пути света в интерферометре Майкельсона. [40] |
На опыте заметного смещения интерференционных полос обнаружено не было. Смещения носили случайный характер и не превышали 0 02 полосы, что лежало в пределах ошибок наблюдений. Они могли бы быть истолкованы, как доказательство полного увлечения эфира телами, но тогда они вступили бы в противоречие с результатами опыта Физо. Было предпринято несколько попыток объяснить отрицательный результат опытов Майкельсона, не отказываясь при этом от представлений о мировом эфире. Одной из них была баллистическая гипотеза Ритца, согласно которой к скорости светового луча, испускаемого движущимся источником, добавляется скорость самого источника, подобно тому, как к скорости снаряда, выпущенного из пушки движущегося корабля, добавляется скорость самого корабля. Однако баллистическая теория была отвергнута, так как она встретилась с неразрешимыми трудностями при объяснении опытов типа Физо, эффекта Доплера и результатов наблюдений за двойными звездами. [41]
Таким образом, в случае вращающихся систем представление о покоящемся эфире и в оптике не противоречит экспериментальным фактам. Но это отнюдь не доказывает существование эфира, так же как и механические явления - Кориолисовы и центробежные силы не доказывают существования абсолютного пространства ( см. стр. Опыт Майкельсона и Гейла представляет собой оптический аналог опыта с маятником Фуко. Он имеет значение постольку, поскольку он лишает основания все попытки объяснения отрицательного результата опыта Майкельсона увлечением эфира. Действительно, трудно представить себе, что при поступательном движении Земли по орбите происходит полное увлечение эфира, а при вращении Земли вокруг своей оси оно совершенно отсутствует. То же самое относится и к опыту Саньяка. [42]
Они показали, что обнаружить движение Земли относительно эфира невозможно. Предположение о том, что Земля увлекает прилегающий к ней эфир, не выдерживает критики, так как в этом случае видимые положения звезд смещались бы каждый год назад и вперед, но не так, как это наблюдается в действительности. Тогда при повороте интерферометра на 90 длина плеча его меняется так, что компенсируется ожидаемый эффект. Эта гипотеза, высказанная Лоренцом в 1892 г., сохраняет привилегированный характер определенной системы отсчета ( эфира) и объясняет отрицательный результат опыта Майкельсона. [43]
Правда, нам еще далеко до того, чтобы определять тысячную долю секунды, но в конце концов некоторые полагают, что полная абсолютная скорость Земли может быть гораздо больше ее скорости относительно Солнца. Если она была бы равна, например, 300 км / сек вместо 30 км / сек, то этого было бы достаточно, чтобы явление стало наблюдаемым. Думаю, что, рассуждая таким образом, мы допускаем слишком упрощенную теорию аберрации. Я убежден, что то же самое относится и к астрономическим процессам, как бы далеко мы не продвигались в точности. Во всяком случае, данные, которые астрономия представит в этом направлении, станут когда-нибудь ценными для физика. А пока теоретики сделали бы полезное дело, строя теорию аберрации, которая заранее учитывала бы отрицательный результат опыта Майкельсона. [44]
Май - кельсона проще всего было объяснить, предположив полное увлечение эфира движущейся Землей. Майкельсона и сохранить эфир, Лоренц и независимо от него Фитцджеральд предположили, что все тела при движении относительно неподвижного эфира испытывают сокращение в У. Но гипотеза лоренцевского сокращения обнаруживает свою несостоятельность при интерпретации отрицательного результата выполненного Кеннеди и Торндайком несколько видоизменного опыта Майкельсона с разной длиной плеч интерферометра. К такому же заключению приводит анализ более поздних ( и более точных) опытов на основе эффекта Мессбауэра. Хотя подобные эксперименты не могли быть выполнены во времена Лоренца, он предвидел, что, подобно опыту Майкельсона, они могут дать отрицательный результат. Поэтому он ввел еще одну гипотезу об изменении хода часов при их движении относительно эфира. Новая теория не только объяснила отрицательный результат опыта Майкельсона, но и приводила к принципиальной невозможности обнаружения движения относительно эфира. [45]
Страницы: 1 2 3