АКЦИЯ от www.R3.ru - хостинг сайтов 72р. в месяц. Домен в подарок!

   

 

1.Отрицательный результат в опыте Майкельсона как оптическая иллюзия

1.1.Принцип относительности Галилея

К тому моменту, когда Майкельсон в 1881 г. впервые выполнил эксперимент в попытке обнаружить абсолютное движение Земли относительно эфира, существование которого у него не вызывало сомнения, был известен принцип относительности классической механики. Впервые его сформулировал Галилей на основании экспериментов в каюте корабля, движущегося равномерно. Однако, использовал он этот принцип для доказательства вращения Земли, то есть, все-таки вслед за Аристотелем, Галилей считал “простейшим” движение по окружности. Позже Ньютон поправил Галилея и сформулировал принцип относительности для инерциального как равномерного и прямолинейного движения. Некоторые авторы без достаточного основания предлагают считать, что это принцип чисто механический, но это не верно, так как во времена Галилея и Ньютона физика только что сформировалась как наука и четких разграничений между оптикой и механикой никто не устанавливал. Надо также учитывать, что принцип относительности Галилея не имеет никакого отношения к математическим преобразованиям координат имени Галилея. Видимо впервые рассмотрение задачи с применением различных систем координат использовал Гюйгенс. Так называемые “галилеевы преобразования координат” действительно противоречат принципу относительности классической механики и в следующих главах будут выведены скорректированные преобразования с учетом конечной скорости распространения информации о положении взаимодействующих тел. Таким образом, если по поводу принципа относительности Галилея еще и оставались какие-либо сомнения, то опыт Майкельсона практически подтвердил его справедливость и для экспериментов со светом.

1.2.Местное время

Если же вслед за Лоренцем все-таки признать справедливость принципа относительности Галилея для экспериментов со светом (не путать с преобразованиями координат имени Галилея) и пытаться искать причины отрицательного результата в опыте Майкельсона за счет взаимной компенсации некоторых эффектов, то надо отметить, что Лоренц (не будучи специалистом в волновой оптике) рассмотрел не все имеющиеся возможности. Известно, что первоначально Лоренц рассматривал опыт Майкельсона с позиции существования абсолютного времени, что видимо и сыграло негативную роль. Между тем уже Э.Мах критиковал “абсолютное время” Ньютона и к этой критике видимо стоило прислушаться. Это стало особенно наглядно после введения на Земле в конце XIX века поясного местного времени как некоторого компромисса при неизбежном существовании местного солнечного времени.

Если мы будем сравнительно быстро (по сравнению со скоростью вращения Земли) двигаться на самолете с запада на восток, например, из Москвы в Казань, то скорость изменения высоты солнца над уровнем горизонта будет определяться не только временем полета по наручным часам пилота (синхронизированным по Москве), но и разностью долгот Москвы и Казани 49°-38°=11° причем изменение местоположения на Земле на 15° будет соответствовать прибавлению местного времени к показаниям наручных часов пилота на 1 час (см. Википедия местное солнечное время). В то же время при движении самолета в основном вдоль меридиана, например, при полете из Москвы в Воронеж, изменение положения солнца над уровнем горизонта будет в основном соответствовать изменению показаний наручных часов пилота, так как разность долгот в этом случае составляет всего лишь 39.1°-38°=1.1°. В итоге можно заметить, что расстояние между наблюдателем и “местом происшествия” определяет разность местных солнечных времен, а движение наблюдателя в направлении Казани сокращает эту разность в процессе движения.

1.3.Компенсация классического сложения скоростей изменением местного времени наблюдателя

Пусть наблюдатель фиксирует фазу светового сигнала, находясь на некотором расстоянии z от источника. Тогда в соответствии с известной из волновой оптики формулой можно отметить, что наблюдаемая на расстоянии z от источника фаза будет равна , где можно назвать местным временем (количеством эталонных отсчетов, например в секундах), то есть наблюдаемым показанием удаленных на расстояние z часов (если не учитывать конечную скорость распространения волны, то в месте наблюдения не зависимо от расстояния мы получим значение фазы ). В соответствии с формулой местное время увеличивается при приближении к источнику сигнала и уменьшается при удалении от него. Лоренц рассматривал движение лучей в перпендикулярном движению и продольном плечах интерферометра. Вычислял разность их хода dt для одного положения плечей относительности направления движения Земли, а затем другого положения и использовал формулу для фазы, не учитывающую местное время , где T – период световой волны. Для контроля правильности данного рассуждения рассмотрим один из фрагментов движения луча в интерферометре. Пусть наблюдатель движется за источником света с той же скоростью, то есть он движется навстречу фронту световой волны. Очевидно, с позиции классической механики скорость сближения наблюдателя и фронта волны составит c+v. То есть время движения луча от точки излучения до наблюдателя вследствии сложения скоростей уменьшится и составит , но одновременно с этим вследствие изменения местного времени наблюдателя (из-за уменьшения расстояния от точки излучения до наблюдателя ) по формуле для фазы мы получим . Как видно из рисунка . Поэтому для фазы при движении наблюдателя вслед за источником сигналов мы получим , то есть все выглядит так, как будто луч двигался по времени не , а t и прошел расстояние не , а z. То есть в каждый момент времени разность фаз в точке приема сигнала наблюдателем и фазы источника в точке излучения будет такая же как в случае статики и равна . Следовательно совместное движение наблюдателя и источника света относительно эфира не будет сказываться на разности фаз при излучении сигнала источником и приеме его наблюдателем. Можно показать, что и на других участках движения лучей в интерферометре будет аналогичная ситуация, поэтому в целом никакой дополнительной разности фаз, связанной с движением интерферометра наблюдатся не будет.