Главная > ОБЩИЙ КУРС ФИЗИКИ. T.IV ОПТИКА (Д.В.Сивухин)
НАПИШУ ВСЁ ЧТО ЗАДАЛИ
СЕКРЕТНЫЙ БОТ В ТЕЛЕГЕ
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Пред.
След.
Макеты страниц

Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше

Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике

ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO

1. Помимо принципа или постулата относительности, Эйнштейн положил в основу теории относительности постулат о независимости скорости света в вакууме от движения источника. Его обычно называют принципом «постоянства скорости света», хотя, как заметил еще Паули (1900-1958), такое название может повести к недоразумениям. Об универсальности постоянства скорости света в вакууме не может быть речи уже потому, что эта скорость постоянна только в инерциальных системах отсчета, а независимость скорости света от движения источника сохраняется и в общей теории относительности, где на выбор систем отсчета не накладывается никаких ограничений.

Независимость скорости света от движения источника можно было бы не выдвигать в качестве самостоятельного постулата, если с самого начала принять волновую-теорию света. Однако столь фундаментальную теорию, какой является теория относительности, лучше строить, не связывая ее ни с какими гипотетическими представлениями о природе и механизме физических явлений.
2. Предположение о зависимости скорости света от движения источника ввел Ритц (1878-1909). Согласно этому предположению скорость света в вакууме постоянна и равна $c$ только относительно источника. Если же источник света движется со скоростью $\boldsymbol{v}$ относительно какой-либо системы отсчета, то скорость света $c^{\prime}$ в этой системе векторно складывается из $\boldsymbol{c}$ и $\boldsymbol{v}$, т. е. $\boldsymbol{c}^{\prime}=\boldsymbol{c}+\boldsymbol{v}$, как это происходит со скоростью. снаряда при стрельбе из движущегося орудия. Такая гипотеза получила название баллистической. Ритц систематически перестроил электродинамику Максвелла, приведя ее в соответствие с этой гипотезой. Ясно, что баллистическая гипотеза объясняет отрицательный результат опыта Майкельсона, если только источник света неподвижен относительно интерферометра.

Но баллистическая гипотеза, как и любое предположение о зависимости скорости света от движения источника, не согласуется с молекулярным объяснением отражения и преломления света (см. $\S \S 68$ и 69). В основе такого объяснения лежит представление, что отраженная и преломленная волны возникают в результате интерференции падающей волны с вторичными волнами, излучаемыми молекулами и атомами среды. Действительно, если среду считать неподвижной, а источник света взять движущимся, то волны, излучаемые источником, будут распространяться с иными скоростями, чем волны, излучаемые молекулами и атомами среды. Интерференция между ними невозможна. Однако это замечание есть аргументация, основанная на волновой теории света, а не экспериментальное доказательство, свободное от гипотетических представлений о природе света.

Убедительное доказательство несостоятельности баллистической гипотезы, как показал в 1913 г. голландский астроном де Ситтер (1872-1934), дают астрономические наблюдения над движением двойных звезд. Действительно, допустим, что баллистическая гипотеза верна. Предположим для простоты, что компоненты двойной звезды вращаются вокруг их центра масс по круговым орбитам в той же плоскости, в которой расположена Земля. Рассмотрим движение одной из этих двух звезд. Пусть $v$ — скорость движения ее по круговой орбите. В положении звезды, когда она удаляется от Земли вдоль соединяющей их прямой, скорость света равна ( $c-v$ ), а в положении, когда звезда приближается, равна ( $c+v)$. Если отсчитывать время от момента, когда звезда находилась в первом положении, то свет из этого положения дойдет до Земли в момент $t_{1}=L /(c-v)$, а из второго положения — в момент $t_{2}=T / 2+$ $+L /(c+v)$, где $T$ — период обращения звезды, а $L$ — расстояние до нее. При громадных расстояниях до звезд наблюдаемые движения звезды могли бы заметно отступать от законов Кеплера. В частности, при очень больших $L$ могло бы случиться, что $t_{2} \leqslant t_{1}$, т. е. звезда одновременно была бы видна в двух (и даже нескольких) положениях или обращалась бы в противоположном направлении. Ничего подобного, как показали астрономические наблюдения, не прдисходит.

Если бы баллистическая гипотеза была верна, то опыт Майкельсона должен был бы дать положительный результат, если его произвести не с земным источником света, а со светом от звезд. Томашек в 1926 г. так и поступил, но получил отрицательный результат.
А. М. Бонч-Бруевич и В. А. Молчанов в 1956 г., применив современные методы измерения скорости света, сравнили скорости света от правого и левого краев Солнца. Из-за осевого вращения Солнца один из этих краев приближался к нам со скоростью $2,3 \mathrm{~km} / \mathrm{c}$, а другой удалялся с той же скоростью. Обе скорости света с достаточной точностью совпали между собой.

Наконец, ставились специальные опыты, в которых сравнивались скорости $\gamma$-квантов, испускаемых движущимися возбужденными ядрами углерода ( ${ }^{*} \mathrm{C}^{12}$ ) и неподвижными возбужденными ядрами кислорода (* ${ }^{16}$ ). Ставились также опыты по аннигиляции электрона с позитроном, специально приспособленные для проверки независимости скорости света от движения источника. По сравнениюс астрономическими опытами, в которых используются космические источники света со сравнительно малыми скоростями, в опытах с атомными ядрами и элементарными частицами скорость источников гораздо выше (сравнима со скоростью самюго света). Опыты подтвердили, что с точностью около $10 \%$ скорость $\gamma$-квантов не зависит от движения источников.

Bсе приведенные опыты подтв́ерждают постулат о независимости скорости света в вакууме от движения источника.
3. Заметим в заключение, что теория относительности вообще была бы невозможна, если бы не был установлен фундаментальный факт конечности скорости распространения света. Изучение методов и результатов измерения скорости света представляет громадный, не только исторический интерес. В частности, уточнение численного значения этой постоянной необходимо для точных измерений астрономических расстояний методами радиолокации. Это в свою очередь необходимо для целей космонавтики. Однако мы не будем касаться этих вопросов. Ограничимся замечанием, что в 1972 г. скорость света была определена на основе независимых измерений длины волны $\lambda$ и частоты света $v$. Источником света служил гелийнеоновый лазер, генерировавший излучение с длиной волны 3,39 мкм. Длина волны измерялась интерферометрически сравнением ее с эталоном длины, т. е. с длиной волны в вакууме оранжевой линии изотопа криптона-86. Ошибка таких измерений $\sim 10^{-5}$ нм. Частота лазерного излучения измерялась путем сравнения ее с атомным стандартом частоты, т. е. с частотой перехода между двумя сверхтонкими квантовыми уровнями атома цезия-133 в нулевом магнитном поле. При этом использовались методы нелинейной оптики генерация излучений с суммарной и разностной частотами. В итоге

для скорости света $c=\lambda v$ было найдено значение
\[
c=299792458 \text { 士 } 1,2 \mathrm{~m} / \mathrm{c},
\]

превосходящее по точности все ранее полученные значения более чем на два порядка.

1
Оглавление
email@scask.ru