КЛАСИЧНА ФОРМУЛА СКЛАДАННЯ ШВИДКОСТЕЙ І ШВИДКІСТЬ СВІТЛА

Справедливість перетворень Галілея може бути перевірена порівнянням наслідків з них з експериментом. Найважливішим наслідком є формула складання швидкостей (3.6.4)

Саме експериментальна перевірка цієї формули показала її наближений характер, і відхилення від неї виявилися тим значніше, чим більше швидкість руху об'єкта; особливо значні відхилення від співвідношення (3.6.4) спостерігалися при швидкостях, близьких до швидкості світла с.

Вперше зазначені відхилення були відкриті при дослідженні швидкості світла, поведінка якої з точки зору класичної фізики виявилося незрозумілим.

Якщо світло - хвилеподібний рух однорідного середовища, то його швидкість щодо цього середовища є деякою постійною величиною, яка визначається властивостями середовища. Швидкість же світла щодо джерела і спостерігача є змінною величиною, яка залежить від швидкості джерела або спостерігача щодо цього середовища, і знаходиться за правилом додавання швидкостей (3.6.4).

Якщо світло є потік швидких корпускул, що летять від джерела, то природно вважати, що швидкість цих корпускул щодо джерела має деяке постійне значення, а щодо спостерігача складається, згідно (3.6.4), зі швидкістю руху спостерігача відносно джерела.

На початку XIX століття нові відкриття в оптиці сприяли тому, що корпускулярна теорія була повністю витіснена з науки і загальновизнаною стала точка зору на світ, як на хвильовий процес в середовищі. Це середовище, що заповнює весь Всесвіт, отримала назву «Світового ефіру», що заповнює весь простір, в якому рухаються матеріальні тіла, і нерухомого в цьому просторі. Згідно з викладеними уявленнями, матеріальні тіла рухаються щодо нерухомого ефіру, і цей рух тіл відносно ефіру носить абсолютний характер. Вимірявши швидкість тіла щодо світла (або навпаки), можна визначити швидкість тіла щодо ефіру.

Уявімо собі, що світло поширюється від деякого джерела, пов'язаного з системою відліку К (рис. 8.3). Для спостерігача цієї системи і = с.

Для спостерігача системи До ', що рухається зі швидкістю про відносно системи К , швидкість світла, у відповідність з перетвореннями Галілея, повинна бути і' = з - і (рис. 8.4).

Здавалося б, вимірявши швидкість світла і в рухомій системі, можна знайти швидкість руху про системи відліку. На цій ідеї було засновано багато дослідів, в тому числі, досвід Майкельсона з визначення абсолютної швидкості руху Землі і в світовому просторі.

Ідея та схема Майкельсона - Морлі за визначенням абсолютної швидкості Землі складається в порівнянні проходження світлом двох шляхів, з яких один збігається з напрямком руху тіла в ефірі, а інший йому перпендикулярний.

Вимірювалася швидкість руху світла в напрямку по руху Землі по орбіті і проти руху Землі по орбіті. Згідно перетворенням Галілея, швидкість з повинна бути різною, а вона вийшла однаковою, що слід було і з рівнянь Максвелла.

В В В Рис. 8.4

Мал. 8.3 В В В Рис. 8.4

Досліди призвели до негативного результату, тобто швидкість руху Землі таким чином виміряти не вдалося. Виявилося, що швидкість світла не залежить від руху спостерігача, тобто і '= і = с.

Можна звернути увагу на значення негативного результату подібних дослідів: «абсолютну швидкість руху Землі в світовому просторі» неможливо виявити. Існує тільки швидкість одних тіл по відношенню до інших.

Отже, швидкість світла не залежить від руху спостерігача. А чи залежить вона від руху джерела?

На це питання з великою переконливістю негативно відповідає спостереження подвійних зірок.

Подвійний зіркою називаються дві близько розташованих один до одного зірки, що обертаються навколо загального центру мас. Таких зірок дуже багато в нашій галактиці. Швидкості їх орбітального руху дуже великі - близько кількох десятків тисяч метрів в секунду. Уявімо собі, що спостереження подвійної зірки ведеться з великої відстані / (відстань багато більше радіуса орбіти) і напрям від спостерігача на зірку лежить в площині орбіти. (Нехай при цьому об'єкти А і В (рис. 8.5) однакові за масою і рухаються по круговій орбіті).

В даний момент швидкість орбітального руху і зірки А направлена до спостерігача, а зірки В від спостерігача.

Якщо світловий сигнал віддаляється від джерела зі швидкістю с, а по відношенню спостерігача швидкість залежить від руху джерела, то світло від зірки А, йде до спостерігачеві зі швидкістю з + і, а від зірки В

зі швидкістю зі . В цьому випадку світлові сигнали, випущені в положенні зазначеному на рис. 7.5, дійдуть до спостерігача в різний час:

II / (з + о) - / (с-і) У 2 / о

t A = -, t B = -, звідси A t = t B -t A = - - --- = --7.

з + про с- ОВ з "- і ** У з - і"

Мал. 8.5

При великій відстані різниця в часі A t може бути дуже

значною. Наприклад, при о = 30- і відстані / в 100 світлових

з

років, світло від зірки А повинен прийти на тиждень раніше, ніж від зірки В. Якщо при цьому період обертання дванадцять діб, то за шість днів зірка У займе положення зірки А , і сигнал з її нового положення прийде на один день раніше, ніж з колишнього положення. З якихось двох положень зірки В промені будуть підходити до спостерігача одночасно.

Взагалі, рух подвійних зірок повинно здаватися надзвичайно дивним (зірка може бачитися відразу в декількох місцях), якщо швидкість світла дійсно залежить від руху джерела. Тим часом, ніяких дивацтв тут не спостерігається. Видимий рух зірок підпорядковується законам Кеплера.

Таким чином, досвід показує, що швидкість світла у вакуумі не залежить ні від руху спостерігача, ні від руху джерела; вона постійна і однакова у всіх напрямках і у всіх інерційних системах відліку, що цілком узгоджується з висновками з рівнянь Максвелла, але зате явно суперечить класичному правилу складання швидкостей, що випливає з перетворень Галілея.

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >