Собрание научных трудов в четырех томах. Том 1 - Эйнштейн А.
Скачать (прямая ссылка):
физики склонны были рассматривать свет как волновое движение или вообще
как периодически изменяющееся состояние некоей среды. Эту среду назвали
эфиром. До самого последнего времени физики были абсолютно уверены в
существовании такой среды. Теория, кратко излагаемая в дальнейшем,
несовместима с гипотезой эфира; однако сначала мы все же будем
придерживаться последней. Посмотрим же, как развивались представления об
этой среде и какие проблемы возникли в связи с физической теорией,
основанной на гипотезе эфира. Мы уже говорили, что свет можно
рассматривать как колебания некоторой среды, т. е., что в этой среде
распространяются световые и тепловые колебания. Пока речь шла только об
оптических явлениях в покоящихся телах, можно было не интересоваться
другими движениями этой среды, кроме тех, которые образуют свет.
Предполагалось просто, что эта среда вместе с рассматриваемыми
материальными телами находится в состоянии покоя (отвлекаясь от
колебательных движений, образующих свет).
Когда же началось изучение оптических явлений в движущихся телах и
одновременно связанное с этим рассмотрение электромагнитных свойств
движущихся тел, то пришлось поставить вопрос о том, как ведет себя эфир,
если тела в рассматриваемой физической системе имеют разные скорости.
Увлекается ли световой эфир телами, так что в каждом месте эфир дви-
176
15
Теория относительности
жется таким же образом, как и находящееся там вещество, или же этого нет?
Простейшее предположение состоит в том, что световой эфир движется всюду
так же, как и вещество. Второе возможное предположение тоже очень
простое, заключается в следующем: эфир вообще не участвует в движении
вещества. Тогда оказались бы возможными и промежуточные случаи, которые
характеризовались бы тем, что эфир движется в пространстве до некоторой
степени независимо от вещества. Посмотрим теперь, как пытались получить
ответ на этот вопрос. Первое важное разъяснение было получено благодаря
фундаментальному опыту, выполненному французским физиком Физо. Постановка
этого опыта решает следующий вопрос.
П-J lL
jtLn
Рис. 1.
Пусть изображенная труба (рис. 1) закрыта спереди и сзади стеклянными
пластинами. Штуцеры на обоих ее концах позволяют пропускать через трубу
жидкость в направлении вдоль ее оси. Как влияет скорость, с которой
жидкость течет в трубе, на скорость светового луча, распространяющегося
по трубе в аксиальном направлении? Если окажется, что световой эфир
действительно движется вместе с веществом, текущим в трубе, то должно
происходить следующее. Предположив, что в покоящейся воде свет
распространяется со скоростью V, т. е. V есть скорость света относительно
воды, и что скорость воды относительно трубы есть v, мы должны сказать:
если световой эфир увлекается водой, то скорость света относительно воды
всегда одинакова независимо от того, движется вода или нет. Таким
образом, следует ожидать, что скорость распространения света относительно
трубы в случае движущейся жидкости будет на v больше, чем в случае
покоящейся жидкости. В опыте Физо один из двух интерферирующих пучков
света проходил через трубу описанным образом. По влиянию известной
скорости жидкости на положение интерференционных полос можно вычислить,
насколько велико влияние движения воды со скоростью v на скорость
распространения света относительно неподвижной трубы. Физо обнаружил, что
скорость света относительно трубы увеличивается вследствие движения
жидкости не на величину скорости v, а всего лишь на некоторую долю этой
величины (именно, на ^ (1 - 1 In2), где п - показатель преломления
жидкости). Если показа-1 "?
А. Эйнштейн, том I 177
Теория относительности
1911 г.
тель преломления почти равен единице, т. е. если свет распространяется в
жидкости почти с такой же скоростью, что и в пустоте, то движение
жидкости почти не влияет на скорость света. Отсюда можно заключить, что
представление о том, что свет всегда распространяется в воде с одинаковой
скоростью V, противоречит опыту.
Следующая простая гипотеза состояла в том, что световой эфир вообще не
участвует в движении вещества. На основе этой гипотезы вопрос о влиянии
движения вещества на оптические явления не удается решить столь же
простым способом. Однако в середине 90-х годов Г. А. Лоренцу удалось
построить теорию, основанную на предпосылке, что световой эфир абсолютно
неподвижен. Его теория совершенно правильно воспроизводит почти все
известные явления оптики и электродинамики движущихся сред, в том числе и
только что упомянутый опыт Физо. Я сразу же отмечу, что невозможно
построить основанную на наглядных предпосылках теорию, принципиально
отличающуюся от теории Лоренца и вместе с тем приводящую к тем же
результатам. Поэтому вплоть до последнего времени приходилось принимать
теорию покоящегося светового эфира как единственную теорию, согласующуюся
со всей совокупностью опытных данных.
Рассмотрим теперь эту теорию покоящегося эфира с точки зрения принципа
