Эйнштейновская теория относительности - Борн М.
Скачать (прямая ссылка):
C2-V2 I. V2 \
—г—cI1-¦?¦)•
Таким образом, она отличается от с на величину второго порядка малости.
Кроме прямых измерений скорости света, существуют многочисленные эксперименты, в которых скорость света играет важную роль. Все интерференционные и дифракционные явления мы получаем, заставляя световые волны проходить различные пути, затем встречаться в одной точке и накладываться друг на друга. Преломление света на границе двух сред происходит вследствие того, что его скорость различна в каждой из них; таким образом, скорость света играет роль во всех оптических приборах, содержащих призмы, линзы и другие подобные детали. Нельзя ли выдумать схему, в которой движение Земли и «эфирный ветер», вызываемый этим движением, каким-нибудь образом проявили бы себя?
Для того чтобы обнаружить это движение, были разработаны и выполнены многочисленные эксперименты. Общий результат опытов с земными источниками света доказал, что невозможно наблюдать даже самое ничтожное влияние ветра в эфире. Правда, в большинстве случаев мы имеем дело с экспериментальными устройствами, позволяющими измерять величины только первого порядка по ?. Что такие измерения должны вести к отрицательному результату, легко следует из того факта, что истинная длительность движения света от одной точки до другой никогда не измеряется; измеряются только сумма и разность времен движения туда и обратно одного и того же луча света. Таким образом, ясно, что величины первого порядка всегда сокращаются, как мы объяснили выше.
Но можно было бы ожидать положительного результата, взяв небесный источник света вместо земного. Если направить телескоп на звезду, в сторону которой в данный момент движется со скоростью V Земля (фиг. 73), то скорость света в линзах телескопа относительно вещества стекла будет на вели- § 9. Увлечение света веществом
131
чину V больше, чем если бы Земля покоилась; если посмотреть на эту звезду шестью месяцами позже через тот же телескоп, то скорость света в линзах окажется на ту же величину v меньше. Далее, поскольку преломление в линзах зависит от скорости света, можно было бы ожидать, что точка, в которой фокусируются лучи, проходящие через линзу, в этих двух случаях будет лежать в различных плоскостях. Это будет эффект первого порядка, так как разность скоростей света в двух случаях составляет 2v, а ее отношение к скорости света в покоящемся эфире равно 2v/c = 2?.
Aparo действительно выполнил этот эксперимент, но не обнаружил никакой разницы в положении фокуса. Как объяснить этот факт?
в
А
Фиг. 73. Наблюдение неподвижной звезды с Земли из двух различных ее положений на орбите.
B точке А Земля приближается к звезде, в точке В-удаляется от иее.
Выше мы приняли предположение, что скорость света в теле, движущемся со скоростью V навстречу лучу, больше на величину V, чем в случае, когда- тело покоится в эфире. Другими словами, мы предположили, что материальные тела проникают сквозь эфир, не увлекая его за собой даже в самой малой степени, точно так же, как сеть протягивается сквозь воду вслед за рыбачьей лодкой.
Результаты эксперимента учат нас, что это, безусловно, не так. Скорее всего эфир все-таки должен участвовать в движении вещества. Вопрос только — в какой мере.
Френель доказал, что для объяснения опыта Aparo и всех других эффектов первого порядка достаточно предположить, что эфир лишь частично увлекается веществом. Мы подробно рассмотрим эту теорию, которую эксперименты блестяще подтвердили.
В дальнейшем более радикальную позицию, состоящую в том, что эфир внутри тела полностью разделяет движение тела, занял прежде всего Стоке (1845 г.). Он полагал, что Земля полностью переносит вместе с собой содержащийся внутри нее эфир и что это движение эфира постепенно спадает по мере удаления от Земли до тех пор, пока эфир не приходит в состояние полного покоя во Вселенной. Ясно, что в этом случае все
5* 132
Г л. V. Фундаментальные законы электродинамики
оптические явления на Земле должны происходить точно так, как если бы Земля покоилась. Но для того, чтобы свет, приходящий от звезд, не претерпевал отклонений и изменений скорости в переходной области между эфиром космического пространства и эфиром, увлекаемым Землей, необходимо принять специальные гипотезы относительно движений эфира. Стоке нашел гипотезу, которая удовлетворяет всем оптическим требованиям. Однако позднее было установлено, что она не согласуется с законами механики. Многочисленные попытки спасти теорию Стокса не привели к каким-либо результатам, и она погибла бы во внутренних противоречиях, даже если бы теория Френеля не подтвердилась опытом Физо (см. стр. 137).
Френелевскую идею частичного увлечения невозможно без труда вывести из опыта Aparo вследствие того, что преломление в линзах представляет собой сложный процесс, зависящий не только от скорости, но и от направления световых волн. Но существует эквивалентный эксперимент, выполненный позднее Хуком (1868 г.), который значительно легче проследить.
Принцип, положенный в основу такого прибора, — тот же, что и принцип интерферометра (фиг. 74). Свет от источника Q направляется на полупрозрачное зеркало Р, наклоненное под углом 45° к направлению луча. Это зеркало разделяет луч на две части. Отраженный луч (луч 1) падает последовательно на зеркала S1, S2, Sз, образующие углы квадрата с зеркалом Р, на обратном пути к точке P луч частично отбрасывается на телескоп F. Преломленный же луч (луч 2) повторяет тот же путь в противоположном направлении и интерферируете лучом / в плоскости изображения, Затем между зеркалами S1 и S2 по- § 9. Увлечение света веществом
