Эйнштейновская теория относительности - Борн М.
Скачать (прямая ссылка):
Результат подобных исследований можно выразить следующим образом: состояние эфира можно описать посредством двух направленных (векторных) величин, названия которым — напря- 188 Гл. V. Фундаментальные законы электродинамики
женность электрического поля E и напряженность магнитного поля H и изменения которых в пространстве и времени взаимно связаны уравнениями Максвелла. При определенных условиях эти свойственные эфиру -явления вызывают механические, термические и химические действия на вещество, которые доступны наблюдению.
Все, что выходит за рамки этих достоверных утверждений, представляет собой надуманную гипотезу или плод воображения. Можно возразить, что такая абстрактная позиция подрывает творческий дар исследователя, вдохновляемый видимыми картинами и аналогиями, однако пример самого Герца опровергает это мнение, ибо редко какой-нибудь физик достигал столь замечательной изобретательности в эксперименте, хотя Герц-теоретик, как мы видели, признал в качестве достоверной лишь чистую абстракцию.
§ П. ТЕОРИЯ ДВИЖУЩИХСЯ ТЕЛ ПО ГЕРЦУ
Гораздо более важным вопросом, чем псевдопроблема механической интерпретации эфира, является вопрос, касающийся влияния движений тел (среди которых следует учитывать не только все материальные тела, но и эфир) на электромагнитные явления. Этот вопрос заставляет нас вернуться к рассмотрению, но с более общих позиций, уже знакомых нам ранее (гл. IV, §7) проблем оптики движущихся тел. Теперь мы понимаем оптику как часть электродинамики, а-светоносный эфир отождествляем с электромагнитным эфиром. Все выводы, которые мы сделали раньше, исходя из оптических наблюдений, относительно поведения светоносного эфира, должны сохранить свою справедливость, поскольку они, очевидно, совершенно не зависят от механизма световых колебаний: ведь наше рассмотрение касалось лишь геометрических характеристик световой волны, именно частоты (доплер-эффект), скорости (увлечение) и направления распространения (аберрация).
Мы знаем, что вплоть до времени, когда была построена электромагнитная теория света, для измерения были доступны только величины первого порядка по ? = о/с. Результат этих наблюдений можно было бы коротко выразить как «оптический принцип относительности»: оптические события зависят только от относительных движений участвующих в процессе материальных тел, которые излучают, передают или принимают свет. В системе отсчета, движущейся с постоянной скоростью относительно эфира, все внутренние оптические явления происходят точно так же, как если бы система покоилась.
Для объяснения этого факта были предложены две теории. В теории Стокса предполагалось, что эфир внутри вещества § 11. Теория, движущихся тел по Герцу
190
полностью увлекается последним; в теории Френеля предполагалось лишь частичное увлечение, величину которого можно было установить из экспериментов. Как мы-видели, теория Сток-са, если довести ее до конечных логических выводов, запутывалась во внутренних затруднениях; теория же Френеля описывала явления сравнительно удовлетворительно.
В электромагнитной теории возможны те же две альтернативы: либо полное увлечение, за которое ратовал Стоке, либо частичное увлечение по Френелю. Проблема в следующем: позволяют ли чисто электромагнитные наблюдения сделать выбор между этими двумя гипотезами?
Впервые гипотезу полного увлечения применил к максвел-ловским уравнениям поля Герц. Приступая к этой работе, он полностью отдавал себе отчет в том, что такая попытка может быть лишь пробной, ибо применение самой гипотезы к оптическим явлениям привело бы к тем же трудностям, которые сразили теорию Стокса. Но простота теории, в которой не требуется делать различий между движением эфира и движением материи, сделала для него привлекательной попытку построить и рассмотреть такую теорию достаточно детально. А это в свою очередь пролило новый свет на тот факт, что явления индукции в движущихся проводниках, гораздо более важные для экспериментальной физики и для техники, правильно описываются теорией Герца. Расхождения с результатами экспериментов можно обнаружить лишь при помощи гораздо более тонких опытов, в которых начинают играть роль смещения в непроводниках. Рассмотрим последовательно все возможности:
1. Движущиеся проводники: а) в электрическом поле,
б) в магнитном поле.
2. Движущиеся изоляторы: а) в электрическом поле,
б) в магнитном поле.
la. В электрическом поле проводник приобретает поверхностный заряд. Двигаясь, он перемещает вместе с собой и этот заряд. Но движущийся заряд должен быть эквивалентен току и, следовательно, должен создавать окружающее его магнитное поле согласно закону Био и Савара. Для того чтобы изобразить картину этого процесса, представим себе плоский конденсатор, пластины которого параллельны плоскости xz (фиг. 100). Пусть они несут противоположные заряды, поверхностная плотность которых равна а. Это означает, что на площади f пластины количество электричества составляет е = of. Итак, пусть одна пластина перемещается относительно другой в направлении оси х со скоростью v. При этом возникает ток конвекции. Движущаяся пластина смещается со скоростью v, т. е. на расстояние vt за время т. Если ее ширина в направлении г равна а, то за время 190 Гл. V. Фундаментальные законы электродинамики
