Ћекции.ќрг


ѕоиск:




 атегории:

јстрономи€
Ѕиологи€
√еографи€
ƒругие €зыки
»нтернет
»нформатика
»стори€
 ультура
Ћитература
Ћогика
ћатематика
ћедицина
ћеханика
ќхрана труда
ѕедагогика
ѕолитика
ѕраво
ѕсихологи€
–елиги€
–иторика
—оциологи€
—порт
—троительство
“ехнологи€
“ранспорт
‘изика
‘илософи€
‘инансы
’ими€
Ёкологи€
Ёкономика
Ёлектроника

 

 

 

 


ќпыт ћайкельсона-ћорли




 

¬ 80-х годах XIX века проблемой измерени€ скорости движени€ «емли относительно эфира заинтересовалс€ американский физик ј. ћайкельсон. ќн сконструировал совершенный инструмент (его называют Ђинтерферометр ћайкельсонаї), который, по всем расчетам, должен был решить задачу.

Ќо как измерить скорость «емли относительно эфира? ¬едь набегающий на «емлю Ђэфирный ветерї, свободно проходит сквозь все тела, не оказыва€ на них ни малейшего давлени€. ќпределение ожидаемого перемещени€ «емли относительно эфира можно проделать следующим образом.

Ѕудем в Ђлабораторииї, котора€ движетс€ вместе с «емлей сквозь эфир, посылать световые сигналы вдоль направлени€ движени€ с тем, чтобы они, отразившись от зеркала, возвращались к источнику света. Ќазовем их сигналами - ј. ƒругие сигналы - Ѕ - будем посылать поперек движени€ «емли. —игналы Ѕ, отразившись от другого зеркала, наход€щегос€ от источника на таком же рассто€нии, как и первое, вновь возвращаютс€ к источнику. ≈сли «емл€ покоитс€ в эфире, то, очевидно, сигналы ј и Ѕ затрат€т одинаковое врем€ на путешествие. ≈сли же «емл€ движетс€, то, как легко посчитать, врем€ будет несколько разным. —игналы Ѕ затрат€т немного меньше времени дл€ путешестви€. «на€ размеры прибора и врем€ запаздывани€, нетрудно вычислить скорость Ђэфирного ветраї, набегающего на «емлю из-за ее движени€.

¬ приборе ј. ћайкельсона путь, проходимый световыми сигналами, был около 22 метров. ≈сли считать, что скорость Ђэфирного ветраї така€ же, как скорость движени€ «емли по орбите вокруг —олнца, то врем€ запаздывани€ сигналов ј, по расчетам, должно было быть всего около 3×10-16 с. ѕрибор был настолько совершенен, что позвол€л измерить запаздывание еще в сто раз меньшее. ƒл€ этого использовалось €вление интерференции лучей ј и Ѕ.

–азумеетс€, «емл€ движетс€ в эфире не только по околосолнечной орбите, но и перемещаетс€ вместе с —олнцем, со всей —олнечной системой. ѕоэтому направление Ђэфирного ветраї заранее неизвестно. Ќо экспериментаторы предусмотрели и это. ќни заставл€ли свой прибор, плавающий в бассейне с ртутью, медленно поворачиватьс€, мен€€ ориентацию. Ќаконец, не исключена была возможность, что орбитальное движение «емли в момент измерени€ случайно скомпенсируетс€ перемещением —олнца в противоположном направлении. ƒл€ исключени€ этого совпадени€ опыты повтор€лись каждые три мес€ца, когда направление орбитального движени€ «емли измен€лось.

¬ 1887 г. ј. ћайкельсон и ≈. ћорли опубликовали результаты серии своих точнейших измерений с этим прибором. Ќикакого эфирного ветра обнаружено не было. ј. ћайкельсон писал: ЂЁксперименты по обнаружению относительного движени€ «емли и эфира завершились и результат решительно отрицательныйї.

ѕолученный итог озадачил всех. ј. ћайкельсон был €вно разочарован. ћногие пытались найти какие-либо дефекты в его опытах или дать иные формулировки теории мирового эфира; пытались поставить другие опыты по обнаружению эфирного ветра. Ќо все было тщетно. Ћюбые эксперименты давали отрицательный результат. Ёто означало, что эфир никак не про€вл€ет себ€ не только во вли€нии на движение небесных тел, что было €сно и раньше, но и во всех опытах со светом. «начит, он €вл€етс€ надуманной фикцией.

Ќо опыты ћайкельсона - ћорли означали не только сокрушительный удар по теории эфира. »х значение гораздо большее. ѕо существу, в этих опытах было показано, что движение «емли никак не вли€ет на скорость света: она всегда остаетс€ неизменной. » полученный вывод уже не зависел от природы света.

» все же, что такое свет, если он не €вл€етс€ колебани€ми какой-то мировой среды, какого-то Ђэфираї?

  концу XIX века физики уже были готовы к ответу на этот вопрос. –аботами ћ. ‘араде€, ƒж. ћаксвелла, √. √ерца было доказано, что свет - это колебани€ электромагнитного пол€, которое может распростран€тьс€ в пространстве в виде электромагнитных волн, не нужда€сь в каких-либо средах. —тало €сно, что Ђэфируї в природе ничто не соответствует.

≈ще раз подчеркнем удивительные свойства света, обнаруженные в опытах ћайкельсона - ћорли. ќказалось, что, движетс€ ли наблюдатель навстречу световому лучу или убегает в противоположном направлении, скорость луча относительно него не мен€етс€. «аметим, что уже в наше врем€ использование лазеров позволило установить с точностью до 0,03 миллиметра в секунду, что скорость света не зависит от скорости источников. Ёто было тогда совершенно не объ€снимо. ¬едь €сно же, что если по дороге едет автомобиль со скоростью 60 км/ч, и ¬ы, как наблюдатель, едете на другом автомобиле ему навстречу с той же скоростью, то по отношению к ¬ам первый автомобиль приближаетс€ со скоростью 120 км/ч. Ёто действительно так. ¬ данном примере скорости просто складываютс€. Ќо вот если один автомобиль заменить световым сигналом, то ответ будет другим. —корость сближени€ со световым сигналом не мен€етс€ при изменении движени€ наблюдател€.

¬ середине 20 века известный польский физик ѕ. »нфельд писал: Ђ«наменитый эксперимент ћайкельсона - ћорли... доказал окончательно, что нет разных скоростей света! ќни одинаковы во всех направлени€х, и их значение есть с, скорость света, котора€ весьма странным образом остаетс€ сама собой, всегда посто€нной, всегда неизменной.

ƒл€ механиста результат катастрофическийї.

ƒа, это был сокрушительный удар по старым представлени€м.  ак оказалось позже, опыты ћайкельсона продемонстрировали, по существу, неизбежность того, что свойства пространства и времени мен€ютс€ при движении с очень большими скорост€ми.

Ёто открытие, означавшее научную революцию в естествознании, было сделано в 1905 году ј. Ёйнштейном.

–ассмотрим опыт ћайкельсона - ћорли более детально.

—хема прибора показана на рисунке. √лавные части прибора: источник света ј, посеребренна€ полупрозрачна€ стекл€нна€ пластинка ¬, два зеркала и размещены были на одинаковом рассто€нии L от пластинки ¬. ѕластинка ¬ расщепл€ет падающий пучок света на два, перпендикул€рных один другому; они направл€ютс€ на зеркала и отражаютс€ обратно на пластинку ¬. ѕройд€ снова сквозь пластинку ¬, оба пучка накладываютс€ друг на друга (D и F). ≈сли врем€ прохождени€ света от ¬ до и обратно равно времени прохождени€ от ¬ до и обратно, то возникающие пучки D и F окажутс€ в фазе и усил€тс€ взаимно; если же эти времена хоть немного отличаютс€, то в пучках возникает сдвиг по фазе и, как следствие, - интерференци€. ≈сли прибор в эфире Ђпокоитс€ї, то времена в точности равны, а если он движетс€ направо со скоростью u, то по€витс€ разница во времени. –ассмотрим, кака€ именно.

—начала подсчитаем врем€ прохождени€ света от ¬ к и обратно. ѕусть врем€ Ђтудаї равно t 1, а врем€ Ђобратної равно t 2. Ќо пока свет движетс€ от ¬ до зеркала, сам прибор уйдет на рассто€ние ut 1, так что свету придетс€ пройти путь L + ut 1 со скоростью с. Ётот путь можно поэтому обозначить и как сt 1; следовательно,

 

(этот результат становитс€ очевидным, если учесть, что скорость света по отношению к прибору есть с - u; тогда как раз врем€ равно длине L, деленной на с - u). “очно также можно рассчитать и t 2. «а это врем€ пластинка ¬ приблизитс€ на рассто€ние ut 2, так что свету на обратном пути придетс€ пройти только L - ut 2. “огда

ќбщее врем€ равно

ј теперь подсчитаем, сколько времени t 3 свет будет идти от пластинки ¬ до зеркала .  ак и прежде, за врем€ t 3 зеркало сдвинетс€ направо на рассто€ние ut 3 (до положени€ /), а свет пройдет по гипотенузе ¬— / рассто€ние сt 3. ќбратно свет пройдет по такой же гипотенузе. »з пр€моугольного треугольника следует

ќбщее врем€ Ђтудаї и Ђобратної равно

—равнива€, времена прохождени€ взаимно перпендикул€рных лучей обнаруживаем разницу в знаменател€х выражений. ¬ремена неодинаковы - врем€ прохождени€ света до и обратно чуть меньше времени прохождени€ до и обратно. ќстаетс€ четко измерить эту разницу.

«десь возникает одна техническа€ тонкость: а что если длины L не точно равны между собой? ¬едь точного равенства добитьс€ невозможно. ¬ этом случае надо просто повернуть прибор на 900, расположив ¬— по движению, а ¬≈ - поперек. –азличие в длинах тогда перестанет играть роль, и остаетс€ только наблюдать за сдвигом интерференционных полос при повороте прибора.

¬о врем€ опыта ћайкельсон и ћорли расположили прибор так, что отрезок ¬≈ оказалс€ параллельным движению «емли по орбите. ќрбитальна€ скорость равна примерно 30 км/с, и Ђснос эфираї в определенное врем€ суток и в определенное врем€ года должен достигать этой величины. ѕрибор был достаточно чувствителен, чтобы заметить такое €вление. Ќо никакого различи€ во временах обнаружено не было - скорость движени€ «емли сквозь эфир оказалось невозможно обнаружить. –езультат опыта был нулевой.

Ёто было загадочно. Ёто настораживало. ѕервую плодотворную идею, как выйти из тупика, выдвинул Ћоренц. ќн допустил, что все материальные тела при движении сжимаютс€, но только в направлении движени€. “аким образом, если поко€щегос€ тела есть L 0, то длина тела, движущегос€ со скоростью u (назовем ее L ||, где значок || показывает, что движение происходит вдоль длины тела), даетс€ формулой

L || = L 0

≈сли эту формулу применить к интерферометру ћайкельсона - ћорли, то рассто€ние от ¬ до останетс€ прежним, а рассто€ние от ¬ до соответственно укоротитс€. Ёто приведет к равенству времен прохождени€ взаимно перпендикул€рных лучей.

’от€ гипотеза сокращени€ успешно объ€сн€ла отрицательный итог опыта, она сама оказалась беззащитной перед обвинением, что ее единственна€ цель - избавитьс€ от трудностей в объ€снении опыта. ќна была чересчур искусственной. ќднако сходные трудности возникали и в других опытах по обнаружению эфирного ветра. ¬ конце концов стало казатьс€, что природа вступила в Ђзаговорї против человека, что она прибегла к конспирации и то и дело вводит какие-то новые €влени€, чтобы свести к нулю каждое €вление, с помощью которого человек пытаетс€ измерить u.

», наконец, было признано (на это указал ѕуанкаре), что полна€ конспираци€ - это и есть закон природы. ѕуанкаре предположил, что в природе есть закон, заключающийс€ в том, что нельз€ обнаружить эфирный ветер никаким способом, т.е. абсолютную скорость обнаружить невозможно.

 





ѕоделитьс€ с друзь€ми:


ƒата добавлени€: 2015-05-07; ћы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 621 | Ќарушение авторских прав


ѕоиск на сайте:

Ћучшие изречени€:

Ќасто€ща€ ответственность бывает только личной. © ‘азиль »скандер
==> читать все изречени€...

539 - | 467 -


© 2015-2023 lektsii.org -  онтакты - ѕоследнее добавление

√ен: 0.012 с.