§ 10. АБЕРРАЦИЯ

Мы рассмотрим теперь влияние движения тел на направление свётовых лучей, в частности вопрос, можно ли установить движение Земли в эфире, наблюдая какие-либо явления, сопровождаемые изменением направления светового луча. Здесь также следует различать два случая, когда мы имеем дело с астрономическими источниками света и с земными.

Фиг. 77. Наблюдение пакета волн, распространяющихся вдоль оси у, в двух системах отсчета находящихся в относительном движении в направлении оси

Видимое отклонение света, идущего к Земле от звезд, представляет собой аберрацию, которую мы уже рассмотрели с точки зрения корпускулярной теории (гл. IV, § 3, стр. 95). Объяснение, которое мы дали, чрезвычайно просто; с точки зрения волновой теории оно выглядит гораздо сложнее, ибо, как нетрудно видеть, отклонение плоскости волны вообще отсутствует. Это наиболее ясно в случае, когда лучи распространяются в направлении, перпендикулярном движению наблюдателя, так как в этом случае плоскости волны параллельны движению и именно такими их видит наблюдатель (фиг. 77). О том же самом свидетельствуют и вычисления. Рассмотрим неподвижную систему координат и систему движущуюся так, что оси совпадают между собой и с направлением движения системы Будем наблюдать волны, которые распространяются в направлении оси у, из двух точек . В этом случае, как Мы знаем из формулы (38), число волн представляет собой

инвариант. Это число мы записываем как

где мы взяли вместо так как волны движутся параллельно оси у. Преобразование Галилея, связывающее системы записывается теперь как в соответствии с (29). Вычислим характеристики волн, как и в § 8 этой главы. Сначала измерим в фиксированной точке, т. е. положим Мы получим Затем произведем наблюдение в один и тот же момент времени получим

Преобразование Галилея утверждает, что следовательно, При это дает

Таким образом, движущийся наблюдатель видит волны, имеющие в точности ту же частоту, скорость и направление. Если бы эти характеристики изменялись, то число волн в системе кроме зависимости от у, должно было бы зависеть и от

Итак, волновая теория как будто бы неспособна объяснить простое явление аберрации, известное около 200 лет.

Однако положение не так скверно, как это могло бы показаться. Ошибка вышеизложенного рассуждения состоит в том, что оптические приборы, при помощи которых выполняются наблюдения и которые связаны с невооруженным глазом, дают возможность установить не положение прибывающей волны, но делают нечто совершенно иное.

Функция глаза или телескопа состоит в формировании того, что мы называем оптическим изображением; они комбинируют лучи, испускаемые светящимся объектом, в изображение. При этом процессе часть колебательной энергии частиц объекта передается посредством световых волн к соответствующим точкам изображения. Пути, по которым происходит эта передача энергии, и есть, по сути дела, физические лучи. Но энергия — это величина, которую, согласно закону сохранения, можно переносить или видоизменять так же, как вещество, однако создавать или уничтожать ее невозможно. Поэтому представляется резонным применить законы корпускулярной теории к движению энергии. На самом деле, простой вывод формулы аберрации, приведенный выше, совершенно правилен, если определить световые лучи как энергетические траектории, по которым

распространяются световые волны, и применить к ним законы относительного движения, как если бы эти волны были потоками излучаемых частиц.

Но эту формулу аберрации можно получить и без использования концепции лучей как энергетических путей, рассматривая преломление каждой отдельной волны в линзах или призмах оптического прибора. Для этого необходимо использовать определенную теорию увлечения. Теория увлечения, предложенная Стоксом, способна объяснить аберрацию только с помощью едва ли приемлемых предположений относительно движения эфира. Мы уже обращали внимание на эти трудности. Теория Френеля дает закон отражения световых волн от поверхностей движущихся тел, из которого точно следует формула аберрации. Свойства вещества, образующего тело, сквозь которое проходит свет, не влияют на результат, хотя величины коэффициента увлечения различны для каждого вещества. Для прямой проверки этого обстоятельства Эйри (1871 г.) наполнил трубку телескопа водой и обнаружил, что аберрация сохраняет свою нормальную величину. Аберрация, разумеется, перестает быть эффектом первого порядка, если световая волна и наблюдатель не находятся в движении относительно друг друга. Из этого также следует, что при всех оптических экспериментах с земными источниками света отсутствует какое-либо отклонение светового луча, обусловленное эфирным ветром. Теория Френеля дает объяснение этим фактам, согласующееся с экспериментом. Здесь необходимо войти в некоторые детали.