[
вернуться к содержанию сайта]Принятия принципа относительности ещё недостаточно для того, чтобы сделать вывод о ковариантности законов природы относительно преобразований Лоренца. Так, классическая механика вполне согласуется с принципом относительности, хотя преобразования Лоренца неприменимы к её уравнениям. Лоренц и Пуанкаре, как мы видели выше, положили в основу своего рассмотрения уравнения Максвелла. С другой стороны, абсолютно необходимо настаивать на том, что такое фундаментальное утверждение как принцип ковариантности должно выводиться по возможности из самых простых основных положений. Эйнштейн показал, и в этом его большая заслуга, что для этой цели достаточно принять только следующее электродинамическое положение: скорость света не зависит от движения источника. Если источник света точечный, то во всех случаях фронтом волны является сфера с покоящимся центром. Это положение мы будем, как принято, коротко называть положением о “постоянстве скорости света”, хотя такое название может дать повод к недоразумениям. Об универсальном постоянстве скорости света в пустоте не может быть речи уже потому, что скорость света постоянна только в галилеевых системах отсчёта. Независимость же скорости света от движения источника сохраняется и в общей теории относительности. Положение о независимости скорости света от движения источника оказывается также истинным ядром старого понимания эфира. (О равенстве числового значения скорости света во всех галилеевых системах см. § 5.)
Как будет показано в следующем параграфе, принятие принципа относительности и положения о постоянстве скорости света приводит к изменению старых понятий о времени. Поэтому Ритц [
24] и независимо от него Толмен [25], Кунц [26] и Комсток [27] подняли вопрос о возможности, отказавшись от принципа постоянства скорости света и сохраняя только первый принцип, построить теорию, согласующуюся с опытом и в то же время не приводящую к таким радикальным изменениям. Ясно, что при этом необходимо отбросить не только существование эфира, но и уравнения Максвелла для пустоты, и, таким образом, вся электродинамика должна быть построена заново. Это было выполнено в форме систематической теории только Ритцем. Он сохранил уравнения
так что напряжённости полей могут быть, как и в обычной электродинамике, выражены через скалярный и векторный потенциалы:
Уравнения обычной электродинамики
заменяются следующими:
в соответствии с предположением, что скорость света равна с лишь относительно источника, так же как скорость электромагнитного возмущения равна с лишь относительно электрона, его вызывающего. Теории, в которых делается подобное предположение, мы будем именовать коротко теориями истечения. Так как принцип относительности в них удовлетворяется сам собой, все они объясняют результат опыта Майкельсона. Необходимо, однако, выяснить, согласуются ли теории истечения со всеми остальными оптическими явлениями.
Заметим прежде всего, что теории истечения не согласуются с молекулярным объяснением преломления и отражения света, для которого существенно предположение об интерференции падающей волны со вторичными волнами, излучаемыми элементарными диполями среды. В самом деле, если, например, считать среду покоящейся, а источник света движущимся относительно неё, то согласно Ритцу волны, излучаемые диполями, имеют скорость (равную с), отличную от скорости падающей волны, а следовательно, интерференция между ними невозможна. Далее, теории истечения позволяют объяснить фундаментальный для оптики движущихся сред опыт Физо (см. § 6) лишь с помощью искусственных дополнительных гипотез. Рассмотрим здесь более подробно предсказания теории истечения относительно эффекта Доплера. Простые соображения показывают, что частота света должна изменяться точно так же, как в теории эфира; длина волны, напротив, вследствие изменения скорости света должна оставаться такой же, как при неподвижном источнике1. Следовательно, нужно выяснить, что измеряется при обычном, астрономическом наблюдении доплер-эффекта: изменение частоты или изменение длины волны. Можно, пытаясь сохранить теории истечения, принять, что при наблюдениях с призменными приборами речь идёт об измерении изменения частоты. При наблюдении с дифракционными решётками решить вопрос значительно труднее. Толмен придерживается взгляда, что в данном случае речь идёт о длине волны и, таким образом, теории истечения опровергаются; Стюарт [
28], однако, придерживается противоположного мнения. Решение этого вопроса не может быть найдено просто потому, что само объяснение дифракции в теории истечения очень неясно. Предсказания различных теорий истечения об эффекте Доплера при отражении света от движущегося зеркала расходятся между собой. Так, согласно Дж. Дж. Томсону [29] и Стюарту [28] движущееся зеркало в отношении скорости отражённого луча эквивалентно зеркальному изображению источника света; согласно Толмену оно действует как новый источник света, находящийся на его поверхности; наконец, согласно Ритцу2 скорость отражённого луча равна скорости параллельного ему луча, испускаемого первичным источником света. Поэтому при неподвижном источнике и движущемся зеркале по Томсону–Стюарту доплер-эффект длины волны должен отсутствовать, по Толмену он должен быть равен половине эффекта, предсказываемого в обыкновенной оптике, а по Ритцу – совпадать с этим последним.
Рис. 1
Доплеровское изменение длины волны света, отражённого от движущегося зеркала, неоднократно определялось с помощью интерферометра [
31] и с несомненностью свидетельствует о справедливости предсказания классической оптикой величины эффекта. Поэтому предположения Томсона-Стюарта и Толмена нужно считать опровергнутыми. Майорана [32] наблюдал далее доплер-эффект от движущегося источника с помощью интерферометра, причём было обнаружено, что эффект равен ожидаемому на основании классической оптики. Опыт Майораны не опровергает, однако, теорию Ритца, на что указывал в особенности Мишо [33]. Если L – источник света, удаляющийся со скоростью v от неподвижного зеркала S (рис. 1), и А – некоторая неподвижная точка перед зеркалом, то, в конечном счёте, в опыте Майораны измеряется изменение разности хода при прохождении туда и обратно отрезка AS=l, связанное с увеличением скорости источника света от нуля до v. При прохождении отрезка AS от А к S скорость света равна с–v, частота ν1= ν(l–v/c) и, таким образом, λ1= (c–v)/ν1= λ. При отражении от неподвижного зеркала S частота остаётся той же, а скорость становится равной с+v, т. е. длина волны λ2=(c+v)/ν2; λ2= λ(1+2v/c), если ограничиваться величинами первого порядка. Искомое изменение полной разности хода равно 
так же как в классической теории. Вообще можно показать, что в величинах первого порядка, если рассматривать лишь замкнутые световые пути, нет разницы между оптикой Ритца и оптикой обыкновенной, или релятивистской. Поэтому опыты на Земле могут иметь решающее значение для оценки теории истечения лишь в том случае, если они распространяются на эффекты второго порядка
3. В качестве подобного experimentum crucis мог бы служить согласно Ла-Роза [34] и Толмену [35] интерференционный опыт Майкельсона, если его провести со светом не земного источника, а Солнца. Из теории Ритца, в отличие от теории относительности, следует, что в этом случае должно наблюдаться смещение полос при вращении прибора (см. примеч. 2).Эффекты первого порядка могут противоречить теории Ритца, если в опыте световой путь разомкнут, а не замкнут. Подобная возможность имеется не при земных, а при астрономических измерениях. Уже Комсток [
36] указал на возможные эффекты при наблюдении двойных звёзд. Де Ситтер [37] позднее рассмотрел вопрос количественно и пришёл к следующему выводу: в случае непостоянства скорости света наблюдаемое изменение доплер-эффекта во времени будет для спектроскопической двойной звезды, движущейся в действительности по круговой орбите, таким, как если бы траектории обеих звёзд были эксцентрическими. Наличие известных траекторий двойных звёзд с очень небольшим эксцентриситетом позволяет установить, что скорость света почти не зависит от скорости двойной звезды. Если представить скорость света в виде с+kv, то должно быть k<0,002. Этот результат в сочетании с уже упомянутыми трудностями при объяснении опыта Физо и при построении молекулярной теории преломления позволяет почти с достоверностью считать правильным положение о постоянстве скорости света, а теории истечения Ритца и других признать ведущими к непреодолимым затруднениям.Примечание 2. Опыт Майкельсона для света от небесных источников (Солнца и звёзд) был выполнен Томашеком [
361]. Он дал отрицательный результат.24.
Ritz W. // Ann. chim. et phys.– 1908.– V. 13.– P. 145 (Ges Werke.– P. 317); Arch. de Génève – 1908.– V. 16.– P. 209 (Ges. Werke.– P. 427); Scientia,– 1908.– V. 3.– P. 260 (Ges. Werke.– P. 447). См. также Ehrenfest P. // Phys. Z.– 1912.– Bd 13.– S. 317; Rede gehalten in Leyden.– 1912.– Berlin, 1913.25. Tolman R. С. // Phys. Rеv.– 1910.– V. 30.– Р. 291; 1910.– V. 31.– Р. 26.
26. Kunz J. // Amer. J. of Science.– 1910.– V. 30.– Р. 1313.
27.
Comstock D. F. // Phys. Rev.– 1910.– V. 30.– Р. 267.28. Stewart О. М. // Phys. Rev.– 1911.– V. 32.– Р. 418.
29. Thomson J. J. // Philos. Mag.– 1910.– V. 19.– Р. 301.
30. Tolman С. // Phys. Rev.– 1912.– V. 35.– Р. 136.
31. Micheson A. A. // Astrophys. J.– 1913.– V. 37.– Р. 190; Fabry Ch., Buisson H. // С. R.– 1914.– V. 158.– Р. 1498; Majorana Q. // С. R.– 1917.– V. 165.– Р. 424. Philos. Mag.– 1918.– V. 35.– Р. 163; Phys. Rev.– 1918.– V. 11.– Р. 411.
32. Majorana Q. // Philos. Mag.– 1918.– V. 37.– Р. 190.
33. Michaud P. // С. R.– 1919.– V. 168.– Р. 507.
34. La Rosa М. // Nuovo Cimento.– 1912.– V. 3.– P. 345; Phys. Z.– 1912.– Bd 13.– S. 1129.
35. Tolman С. // Phys. Rev.– 1912.– V. 35.– P. 136.
36.
Comstock D. F. // Phys. Rev. – 1910 – V. 30. – Р. 267.37.
De Sitter W. // Amstr. Proc.– 1913.– V. 15.– P. 1297; 1913.– V. 16.– P. 395; Phys. Z.– 1913.– Bd 14.– S. 429, 1267; ср. также Guthnik P. // Astr. Nachr.– 1917.– Bd 195.– S. 4670; Freundlich E. // Phys Z.– Bd 14.– S. 935; Zurhellen W. // Astr. Nachr.– 1914.–Bd 198.– S. 1.361. Tomaschek R. // Ann. Phys. Lpz.– 1924.–Bd 73.– S. 105.
Дата установки: 22.05.2006
Последнее обновление: 25.02.2012
[
