[
вернуться к содержанию сайта]Майкельсон мог бы обнаружить “эфирный ветер” со скоростью 10 км/сек. Не только Майкельсон, но и все другие физики, знавшие о готовящемся эксперименте, не сомневались в том, что “эфирный ветер” даст о себе знать. Но никаких следов “эфирного ветра” обнаружено не было. Опыт Майкельсона неоднократно повторялся со всё большей точностью; в настоящее время можно было бы обнаружить “эфирный ветер”, скорость которого равна 30 м/сек, но результат Майкельсона или, как ещё любят говорить, отрицательный результат опыта Майкельсона остаётся незыблемым. Таким образом, его надёжность не вызывает сомнений.
Как только физики убедились, что опыт Майкельсона был поставлен правильно (впервые этот опыт был осуществлён в 1881 г.), они были вынуждены искать теоретическое объяснение его результата. С 1881 по 1905 г. было предложено несколько гипотез, позволяющих объяснить результат опыта Майкельсона. Из них наиболее известны три. Первая – гипотеза Лоренца-Фитцжеральда – предполагала, что все тела при движении относительно неподвижного эфира испытывают сокращение в (1 – V2/c2)1/2
раз в направлении движения (“лоренцевское сокращение”). Эта гипотеза пыталась сохранить привилегированную систему отсчёта. Хотя она объяснила результат Майкельсона, её другие следствия могли быть проверены специальным опытом, который этих следствий не подтвердил (см. В. Пановский, М. Филипс, § 14.3).Вторая гипотеза – это гипотеза о том, что движущиеся тела “увлекают” с собой эфир. Однако, как мы видели, аберрация света “согласуется” только с “неподвижным в гелиоцентрической системе” эфиром. Кроме того, опыт, специально поставленный Физо (см. стр. 75, где рассказано, как объясняет этот опыт теория относительности) с целью выяснить, “увлекается” ли эфир, привёл к выводу, что эфир “частично увлекается”. Уже эти два факта наводят на мысль, что от привилегированной системы отсчёта следует отказаться.
Третья гипотеза состояла в том, что постоянная скорость света с относилась не к системе отсчёта, а к источнику света (баллистические или эмиссионные теории). Скорость света относительно источника всегда считалась одинаковой и не зависела от движения среды, в которой распространяется свет. Для наблюдателя, относительно которого источник движется, скорость света векторно складывается со скоростью источника. Баллистические теории объясняют результат Майкельсона, но наблюдения за движением двойных звёзд опровергают баллистическую гипотезу (см. там же, § 14.5).
Мы хотели бы обратить внимание читателей на таблицу 14.2 в книге В. Пановского и М. Филипс. Мы не станем приводить её здесь, так как она требует значительных пояснений. В этой таблице сопоставляются различные механические, электродинамические и оптические эксперименты с теорией эфира, эмиссионными теориями и теорией относительности. Очень поучительная картина!
В 1905 г. появилась работа Эйнштейна “К электродинамике движущихся тел”. В этой работе почти полностью излагалась специальная теория относительности. Специальная теория относительности не только естественным образом объясняла результат Майкельсона, но давала правильное истолкование всем известным механическим, электродинамическим и оптическим явлениям. Специальной теории относительности не противоречил ни один опытный факт. Несколько забегая вперёд, сопоставим основные утверждения трёх упоминавшихся теорий следующим образом:
|
Основные вопросы |
Эмиссионная теория |
Классическая теория эфира |
Специальная теория относительности |
|
Есть ли привилегированная система отсчёта? |
Нет |
Да; покоящийся эфир |
Нет |
|
Зависит ли скорость света от движения источника? |
Да |
Нет |
Нет |
|
Связаны ли пространство и время между собой? |
Нет |
Нет |
Да |
|
По какому закону преобразуются координаты события при переходе от одной ИСО к другой? |
Преобразование Га.тилея |
Преобразование Галилея |
Преобразование Лоренца |
Уже беглый взгляд на эту таблицу показывает, как много нового вносит СТО по сравнению с предыдущими теориями. Мало того, теория относительности привела к совершенно новым результатам, на которые в классической механике не было даже и намёка (например, появление энергии покоя). Эйнштейн очень своеобразно подошёл к построению СТО. В одном из разговоров он сказал, что, когда он думал над построением теории относительности, он не знал об опыте Майкельсона, а если бы даже и знал о его постановке, то не сомневался бы в его результате [Р. Шэнкленд, Беседы с Альбертом Эйнштейном, УФН
87, 711 (1965)].Теперь уже можно переходить к непосредственному изложению теории относительности, однако сначала мы остановимся на некоторых экспериментах, выполненных за последнее время.
Если Майкельсон в своих первоначальных опытах мог обнаружить изменение скорости света при изменении направления его распространения относительно направления движения Земли вплоть до 150 мм/сек, то экспериментаторы, производившие свои опыты позднее, могли бы уловить это изменение вплоть до 15 мм/сек. Использование для той же цели лазеров позволило бы обнаружить изменение скорости до 0,03 мм/сек. Однако изменение скорости света для движущегося наблюдателя так и не было обнаружено.
Была проверена независимость скорости света в пустоте от движения источника. Один из опытов был проведён с внеземным источником света – Солнцем (А. М. Бонч-Бруевич, 1956). Если скорость света зависит от движения источника, то скорость света, исходящего от двух противоположных точек экватора Солнца, из-за вращения Солнца была бы различной. Наблюдая интерференцию света, исходящего от двух противоположных точек экватора, можно было бы уловить эту разность скоростей. Опыт ничего не обнаружил. Был проведён также лабораторный опыт, в котором сравнивалось время пролёта определённого расстояния γ-квантами; рассматривались γ-кванты, испущенные неподвижным и движущимся источниками (радиоактивными ядрами). Снова независимость скорости света от движения источника была подтверждена.
В 1962–64 гг. появились работы Кантора, получившие широкую известность, которые претендовали на обнаружение зависимости скорости света от движения источника. Однако выводы, сделанные Кантором из его опытов, оказались ошибочными.
Можно уверенно сказать, что, несмотря на колоссальное возрастание точности экспериментов, нет никаких намёков ни на существование привилегированной системы отсчёта, ни на различие скорости света в пустоте в различных инерциальных системах отсчёта.
Литература к главе 1.
История развития СТО
М. Л a у э, История физики, гл. VI, Гостехиздат, 1956.
Л. И. М а н д е л ь ш т а м, Лекции по физическим основам теории относительности, Полное собрание трудов, т. V, Изд-во АН СССР, 1950.
А. Б о р к, Физика перед возникновением СТО, УФН 94, вып. 1, 167 (1968).
А. Э й н ш т е й н, Л. И н ф е л ь д, Эволюция физики, изд. 3-е, “Наука”, 1965.
X. Г ю й г е н с, Трактат о свете, “Классики естествознания”, ОНТИ, 1935.
А. З. П е т р о в, Пространство-время и материя, изд. Казанского университета, 1963.
Экспериментальные обоснования СТО
В. П а н о в с к и й, М. Ф и л и п с, Классическая электродинамика, гл. XIV, § 14.1, Физматгиз, 1963 (в конце гл. XIV приведён список оригинальной литературы по этому вопросу).
С. И. В а в и л о в, Экспериментальные основы теории относительности, ГНТИ, 1928; Собрание сочинений, т. IV, Изд-во АН СССР, 1956.
Р. Б е к к е р, Теория электричества, т. II, Электронная теория, Гостехиздат, 1941.
П. Б е р г м а н, Введение в теорию относительности, гл. I – III, ИЛ, 1947.
А. З о м м е р ф е л ь д, Оптика, гл. II, ИЛ, 1953.
Р. Ф е й н м а н, Р. Л е й т о н, М. С э н д с, Фейнмановские лекции по физике, т. II, гл. 15, “Мир”, 1965.
Д. Б л о х и н ц е в, Обоснованность специальной теории относительности опытами в области физики высоких энергий, УФН 89, 185 (1966).
В. Ш м и д т - О т т, Некоторые новые измерения в связи с доказательствами справедливости специальной теории относительности, УФН
96, 519 (1968).Эта статья появилась в оригинале в 1965 г.
А. Г. М о л ч а н о в, Опытная проверка СТО, УФН
83, 753 (1964).В этой статье можно найти ссылки на литературу по современным методам проверки постулатов СТО. В частности, ссылки на работы Кантора, которые были широко разрекламированы после их появления; когда была обнаружена их ошибочность, широкой рекламы не последовало.
Г. С т р а х о в с к и й, А. У с п е н с к и й, Экспериментальная проверка теории относительности, УФН
86, 421 (1965).Б е р н а р д Д ж е ф ф, Майкельсон и скорость света, ИЛ, 1963.
Популярная книга, посвящённая жизни и деятельности Майкельсона. В книге приведены достаточно полные ссылки на его работы.
У. И. Ф р а н к ф у р т, Очерки по истории специальной теории относительности, Изд-во АН СССР, 1961.
Физика и математика. Взаимоотношение теории и эксперимента
Р. К у р а н т, Математика в современной жизни, УФН 85, 335 (1965).
Ф. Д а й с о н, Математика и физика, УФН
85, 351 (1965).Обе статьи можно найти также в сб. “Математика в современной жизни”, "Мир", 1967.
Е. В и г н е р, Непостижимая эффективность математики в естественных науках, УФН
94, 535 (1968).Д. Б о м, Специальная теория относительности, гл. 12 и 25, “Мир”, 1967.
Эта интересная книга требует критического отношения к ней и, в частности, к гл. 25.
Р. Ф е й н м а н, Характер физических законов, “Мир”, 1968.
Дата установки: 03.03.2007
[
вернуться к содержанию сайта]
