Механика и теория относительности - Матвеев А.Н.
ISBN 5-329-007242-9
Скачать (прямая ссылка):
представлений об эфире. В рамках представлений об эфире было предложено
два выхода из сложившегося затруднительного положения:
1. Можно предположить, что эфир вблизи массивных тел, таких, как Земля,
движется вместе с этими телами, т. е. полностью увлекается их движением.
Тогда, естественно, вблизи этих тел никакого "эфирного ветра" не должно
наблюдаться.
2. Можно предположить, что размеры материальных тел, движущихся в эфире,
не остаются постоянными, а изменяются таким образом, что ожидаемой
разности хода (13.15) не получается.
Предположение о полностью увлекаемом эфире приходится отвергнуть из-за
его противоречия с другими наблюдаемыми фактами. В частности, это
предположение не удается согласовать с явлением аберрации света. Второе
предположение, выдвинутое Лоренцем и Фитцджеральдом, успешно объясняет
отсутствие эффекта запаздывания. Сравнение формул (13.8) и (13.11)
показывает, что при 1г = - l2 = I время прохождения путей по движению и
перпендикулярно ему будет одинаковым в том случае, если длина плеча,
совпадающего с направлением движения, сократится и станет равной
АХ = Ate = (1г +12) (&/с2) ъ* (1г +12) • 10-8,
(13.16)
(13.17)
94
Глава 3. ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КООРДИНАТ
Если предположить, что все материальные тела сокращаются в направлении
движения в соответствии с формулой (13.17), то отрицательный результат
опыта Майкельсона - Морли становится вполне понятным.
Такое объяснение, однако, не является достаточно удовлетворительным,
потому что оно создает логически неудовлетворительное представление о
скорости света. Скорость света считается постоянной относительно эфира и
переменной относительно тел, движущихся в эфире, но измерения этой
скорости относительно материальных тел всегда дают один и тот же
результат. Короче говоря, скорость света относительно материальных тел
переменна, но результаты ее измерения постоянны. Ясно, что при такой
ситуации утверждение о переменности скорости света совершенно
бессодержательно и подлежит устранению. Вместо него приходится принять
представление о постоянстве скорости света. Если это представление
принять, то опыт Майкельсона - Морли объясняется естественным образом.
Однако сделаем следующее замечание. Строго говоря, из опыта Майкельсона -
Морли и последующих аналогичных опытов не следует вывода о постоянстве
скорости света. Из них лишь следует вывод о том, что средняя скорость
света туда и обратно в различных направлениях в данной инерциальной
системе координат одинакова, и нельзя сделать заключения о постоянстве
скорости света в различных направлениях.
Баллистическая гипотеза. Имеется и другой путь объяснения результата
опыта Майкельсона - Морли: можно с самого начала отказаться от эфира и
считать, что свет является потоком материальных корпускул, т. е.
вернуться к первоначальной точке зрения Ньютона. Естественно считать, что
скорость этих корпускул относительно источника является постоянной
величиной и складывается со скоростью источника по правилу
параллелограмма.
Поскольку в баллистической гипотезе скорость света относительно источника
во всех направлениях имеет одно и то же значение, то никакой разности
хода в опыте Майкельсона - Морли ожидать нельзя. Поэтому баллистическая
гипотеза естественным образом объясняет результат этого опыта и позволяет
избежать совершенно непонятного в рамках преобразований Галилея положения
о постоянстве скорости света. Однако баллистическая гипотеза оказалась
несостоятельной.
Несостоятельность баллистической гипотезы. Проверку баллистической
гипотезы можно сделать из астрономических наблюдений двойных звезд, на
которые впервые указал де-Ситтер в 1913 г. Двойная звезда представляет
собой две сравнительно близко расположенные друг от друга звезды,
движущиеся вокруг общего центра масс. Если одна из звезд значительно
массивнее другой, то можно считать, что менее массивная звезда движется
вокруг более массивной, которая покоится. Такие двойные звезды
наблюдаются в довольно большом числе. По эффекту Доплера можно измерить
скорость звезд и вы-
13. Постоянство скорости света
95
С + V
30.
Наблюдение двойных звезд
числить элементы орбиты. Оказывается, что компоненты двойной звезды
движутся по эллиптическим орбитам в соответствии с законами Кеплера, т.
е. между ними действуют силы тяготения, убывающие обратно пропорционально
квадрату расстояния между компонентами.
Каких-либо странностей в движении компонент двойных звезд не наблюдается.
Между тем если бы была справедлива баллистическая гипотеза, то движение
двойных звезд представлялось бы весьма странным.
Пусть наблюдение двойной звезды ведется с достаточно большого расстояния
s. Для простоты будем считать, что менее массивная звезда движется по
окружности со скоростью v вокруг более массивной, которую можно считать
неподвижной (рис. 30), и имеет период обращения Т. Луч света, испущенный
в тот момент, когда звезда находилась в точке Б (верхнее положение на
рис. 30) и двигалась от наблюдателя, будет распространяться в направлении
