[вернуться к содержанию сайта]
Недавно в “ТМ” (№4 за 2001 г., с. 58) была напечатана заметка “Постоянна ли скорость света?”, автор которой предложил схему довольно сложного эксперимента, позволяющего непосредственно проверить справедливость второго постулата специальной теории относительности (СТО), согласно которому невозможно превзойти скорость света в вакууме, Мне же удалось сделать такую проверку, пользуясь простыми “домашними” средствами и получить результат, противоречащий СТО.
В обыкновенной бытовой люминесцентной лампе температура плазмы имеет порядок десятков тысяч градусов, что соответствует движению заряженных частиц со скоростью около 100 км/с. Перпендикулярно этой лампе я установил трубку длиной 750 мм, с двумя диафрагмами и с фотоаппаратом на конце (см. рисунок), поместив между шторкой затвора фотоаппарата и пленкой прозрачный крестообразный “прицел”.
Фотоны, излучённые ионами, летящими со скоростью V, должны иметь скорость С+V, направленную вдоль оси лампы параллельно фотоплёнке, в соответствии с классическим баллистическим принципом сложения скоростей (а не с формулами СТО). Если это так, то пятно на фотоплёнке сместится от точки “прицела” в направлении движения ионов, излучающих свет.
Поскольку скорость частиц в люминесцентной лампе равна примерно 100 км/с, то, по моим оценкам, на расстоянии 750 мм на фотоплёнке должно наблюдаться смещение светового пятна в сторону движения ионов примерно на 0,25 мм. Подобное смещение от крестовины “прицела” легко обнаружить при последующем увеличении фотоснимка. Но если верен второй постулат СТО, то никакого смещения светового пятна не произойдёт: скорость движения источника света V не прибавится к величине С.
С помощью несложной электрической схемы я изменял направление тока в люминесцентной лампе (то есть направление движения ионов), а потом сравнивал между собой полученные фотоснимки. И обнаружил, что световое пятно действительно смещается от среднего положения в сторону движения ионов как раз примерно на 0,25 мм. Когда же люминесцентная лампа питалась переменным током с частотой 50 Гц, то никакого смещения светового пятна не наблюдалось.
Из этого следует, что либо второй постулат СТО неверен, либо его физический смысл нуждается в каких-то особых разъяснениях.
Физический смысл второго постулата СТО (по определению Г. Бонди) заключается в том, что в вакууме свет не может обогнать свет. То есть, если источник света движется со скоростью V, то вдоль направления его движения кванты летят не со скоростью С+V, а со скоростью С. Этот постулат, безукоризненный с точки зрения современной физической теории (и подтверждённый её практическими применениями — например, при создании ускорителей элементарных частиц), находится в вопиющем противоречии с так называемым здравым смыслом. И поэтому делаются многочисленные попытки опровергнуть этот постулат (а вместе с ним и всю теорию относительности!). Попробую разъяснить ситуацию, описанную Денисом Ворониным. По его мнению, скорость движения света С складывается со скоростью движения его источника V по так называемому баллистическому принципу — то есть так же, как складывается скорость полёта пули со скоростью движения стрелка. Поэтому представим себе, что в вагоне поезда сидит человек с ружьём и стреляет по мишени, находящейся от него на расстоянии L.
Если поезд неподвижен, а пуля летит со скоростью С, она попадёт в мишень через время t=L/C. А если поезд движется со скоростью V, то за это же время как сам поезд, так и пуля, выпущенная из ружья и продолжающая лететь по инерции (сопротивлением воздуха можно пренебречь) вдоль движения поезда, сместятся на одно и то же расстояние I=tV=LV/C. И если С=3·1010 см/с, L=75 см и V=107 см/с (как в опыте Воронина), то смещение пули действительно должно составить величину порядка 0,25 мм. Согласно же известной каждому школьнику теореме Пифагора, квадрат гипотенузы прямоугольного треугольника равен сумме квадратов его катетов (“пифагоровы штаны на все стороны равны”), и при движении “классического” поезда расстояние от стрелка до цели будет равно не L, a L'=(I2+L2)1/2. И если события происходят в соответствии с баллистическим принципом сложения скоростей, то в опыте Воронина скорость полёта пули должна составить величину V'=С[1+(V/C)2]1/2, действительно превышающую скорость света в вакууме.
Так неужели теория Альберта Эйнштейна построена “на песке”, и проектировавшиеся в соответствии с ней ускорители элементарных частиц работают лишь по какому-то недоразумению?
Увы, на явном недоразумении основан сам опыт Воронина. Автор считает, что световые кванты излучают ионы, летящие в люминесцентной лампе. Но эти кванты поглощаются люминофором, нанесённым на внутреннюю поверхность стеклянной трубки, вызывая его свечение. Частицы же люминофора НЕПОДВИЖНЫ относительно трубки с фотоаппаратом, и поэтому ни о каком сложении скоростей не может быть и речи. А то, что смещение светового пятна всё же наблюдалось, да ещё точно на предсказанную величину, то это может быть лишь следствием ошибки опыта, величина которой случайно совпала с ожидаемой...
В октябрьском номере “ТМ” за прошлый год была опубликована моя заметка “Свет быстрее света?” об экспериментальном определении скорости света, испускаемого люминесцентной лампой. Методика этого эксперимента была тут же подвергнута справедливой критике.
Но проблема остаётся: верно ли утверждение СТО о том, что скорость света не зависит от скорости движения его источника? Ещё раньше, в апрельском номере “ТМ” за тот же год, была напечатана заметка В. Подгорного из Петрозаводска “Постоянна ли скорость света?”. Автор предложил схемы довольно сложных экспериментов для проверки второго постулата СТО; из этой заметки следовало, что всё не так уж просто — постулат СТО о постоянстве скорости света в вакууме никем никогда экспериментально не проверялся!
Я попытался сделать подобный опыт ещё раз, пользуясь, так сказать, домашними средствами и учитывая критику, прозвучавшую в мой адрес. А именно, вместо люминесцентной лампы, внутренняя поверхность которой покрыта слоем люминофора, преобразующего УФ-излучение в видимый свет, я использовал миниатюрную неоновую лампу с прозрачной стеклянной оболочкой. При давлении около 0,1 мм ртутного столба, расстоянии между электродами 1,7 мм и рабочем напряжении 220 В, ионы инертного газа способны приобретать скорость, сравнимую со скоростью света С.
В первом опыте свет от такой лампы проходил через узкую диафрагму (коллиматор) и попадал на экран, расположенный параллельно плоскости электродов излучателя на расстоянии 0,8 м (рис. 1); направление тока можно было менять при помощи диода.
После включения лампы на проекционном экране появлялось её изображение: были отчётливо видны оба электрода и столб газового разряда между ними. При изменении направления тока это изображение смещалось в сторону движения положительных ионов на 11 мм с абсолютной погрешностью, составлявшей всего 0,2 мм (по результатам 20 переключений). Это означало, что скорость света С складывалась со скоростью движения его источника V по классическому, “баллистическому” принципу, а не в соответствии с формулами СТО.
Точной величины скорости движения ионов в неоновой лампе я непосредственно определить не мог; по косвенным оценкам она имеет порядок более 2000 км/с, что хорошо согласуется с результатами выполненного мною эксперимента.
Но, как говорится, “Ein Versuch ist kein Versuch”, и поэтому я поставил второй опыт с неоновой лампой, принципиально изменив его условия.
Основным элементом спектроскопа служит стеклянная призма, по-разному отклоняющая лучи света с разной длиной волны и, следовательно, движущегося в материале призмы с различной скоростью. Но если вне призмы, в вакууме, скорость света изменяется, то она будет изменяться и в материале призмы. То есть если скорость света станет больше С, спектр сдвинется в фиолетовую сторону, а если станет меньше С, то будет происходить “красное смещение”, как при наблюдении удаляющегося источника излучения (в астрономии этот эффект описывается законом Хаббла).
Ту же самую неоновую лампу я поместил так, чтобы её электроды были расположены строго перпендикулярно коллиматору и, следовательно, движение ионов происходило не вдоль, а поперёк движения световых квантов (рис. 2). При включении прибора на экране появлялось световое пятно; после перемены полярности луч смещался на 24 угловые минуты. Абсолютная ошибка этого отклонения составляла 4 угловые минуты (в серии из 30 переключений). Пользуясь известными формулами, можно было вычислить, что в данном случае изменение скорости света составляло 520 км/с с погрешностью около 85 км/с.
Тот факт, что во втором опыте изменение скорости света оказалось меньшим, можно объяснить тем, что оно уменьшается при прохождении через оптические среды. Так, и в первом случае смещение светового пятна было меньшим, если перед лампой вместо линзы помещалась стеклянная пластина.
Эффект, наблюдавшийся автором, предсказал Г.Сивков в заметке “Реальное и наблюдаемое”, опубликованной в ноябрьском номере “ТМ” за прошлый год. Суть его рассуждений сводится к тому, что в СТО за основные характеристики движения принимаются только НАБЛЮДАЕМЫЕ параметры, в то время как РЕАЛЬНАЯ скорость объекта (которую и измерял Денис Воронин) может быть сколь угодно большой. Таким образом, все давние споры о несостоятельности второго постулата СТО основаны лишь на недоразумении.
В последнее время на страницах научных изданий всё чаще появляются публикации, посвящённые опытам, в которых фиксируется скорость света “быстрее света”, т.е. константы С=299792,5 км/с. Фотоны с аномальной скоростью – вплоть до 1,7 С – при этом, оказывается, обладают ещё и исключительной проникающей способностью, свободно проходя сквозь зеркальную плёнку.
Некоторые подробности одного из экспериментов можно найти, например, в “ТМ”, № 3 за 1999 г., в статье С.Славина “Свет быстрее света”. Там же есть немного теории – размышления о природе пространства-времени, сквозных коридорах в континууме, телепортации и возможности отрицательной скорости кванта. Однако невольно возникает ощущение, что проблема сверхсвета решается куда проще, на основе уже известных законов физики.
Прежде всего разберёмся с постулатом специальной теории относительности (СТО). Согласно ему, скорость света всегда постоянна, не зависит от взаимной скорости источника и наблюдателя. Что ж, попробуем уточнить. Отправитель и получатель фотона – атомы, микрообьекты. Если две частицы a и b находятся в одинаковых условиях, имеют одинаковые рабочие уровни излучения-поглощения, то обменяться фотоном они могут только при взаимной неподвижности. Хорошей иллюстрацией здесь служит эффект Мёссбауэра: резонансное поглощение гамма-квантов прекращается, как только кристаллы A и B – генератор и приёмник, с “вмороженными” в их решётку радиоактивными ядрами,– начинают двигаться относительно друг друга со скоростью свыше нескольких сантиметров в секунду. Что верно для гамма-кванта, верно и для светового фотона. Само движение источника изменяет энергию кванта (см. Доплера эффект), и, по всем законам классической квантовой механики, атом-приёмник не может его уловить.
А ведь это и есть решение парадокса постулата СТО! Сверхсветовой квант существует, подчиняется баллистическому закону сложения скоростей, однако его довольно трудно отсеять и зарегистрировать. Итак, важно не только то, на что смотреть, но и КАК, и ЧЕМ.
Зеркальная плёнка является своеобразным фильтром для квантов. Отсеиваются те фотоны, атомы-излучатели которых имеют незначительную скорость относительно атомов экрана. Такие кванты, согласно вышесказанному, имеют большие преимущества при поглощении. Ускоренные же, “неподходящие” энергетически к спектру экрана, фотоны свободно проходят сквозь тонкую плёнку, и всё-таки поглощаются (частично) в плотном и протяжённом теле фотодатчика, установленного за ней. Дело в том, что согласно статистике Больцмана, в нём могут, даже при комнатной температуре, найтись атомы, сравнимые по энергии, скорости и направлению движения с атомами излучателя-лазера. А раз так, их скорости обнулятся, и сверхсветовой сигнал будет зарегистрирован.
В чём преимущества подобного подхода к проблеме сверхсвета? Наверное, в том, что “прокалывать” пространство уже не нужно. Если мы захотим доказать гипотезу, достаточно только подогреть приёмник и генератор, увеличив тем самым количество их микроскопических элементарных составляющих, движущихся с приличной, заметной скоростью. Пропорционально квадрату температуры в обе стороны от “константы” С расплывётся скорость измеряемого сигнала. Сам я не обладаю возможностями для проведения столь решающего опыта, а потому приглашаю экспериментаторов с оборудованием разделить Нобелевскую.
Денис ВОРОНИН,
г. Лобня Московской обл.
Дата установки: 15.09.2009
Последнее обновление: 02.10.2011
[вернуться к содержанию сайта]
