Передающая среда как система отсчета.

Была выдвинута другая гипотеза, согласно которой в качестве «локальной» привилегированной системы отсчета принимается материальная среда, в которой происходит

распространение света. В атмосфере Земли скорость света должна была бы быть постоянной относительно геоцентрической системы отсчета.

Эта гипотеза также неудовлетворительна во многих отношениях. Чтобы подтвердить это аргументацией, предположим, что имеется среда и задано ее состояние движения, чем определяется скорость света. Предположим теперь, что электромагнитное излучение распространяется из одной среды с некоторым состоянием движения во вторую среду с другим состоянием движения. Скорость света должна при этом меняться; это изменение зависит от относительной скорости двух сред и от направления распространения излучения (а также, конечно, и от разности коэфициентов преломления). Если этот эксперимент производить со все более и более разреженными средами, взаимодействие между средой и излучением будет становиться все меньше и меньше в отношении таких процессов, как отражение, рассеяние и т. д., но изменение скорости а останется тем же самым. В случае бесконечного разрежения, т. е. в вакууме, мы имели бы конечный скачок и без видимой причины.

Существует также экспериментальное доказательство, связанное с проверкой этой гипотезы. Чтобы выяснить влияние движения среды на скорость света, Физо проделал следующий опыт. Он направлял луч света вдоль трубы с движущейся жидкостью и измерял скорость света как вдоль потока, так и в противоположном направлении. Он определил эти скорости очень точно путем измерения положений интерференционных полос.

Эксперимент показал, что скорость света зависит от скорости потока жидкости, но не в такой степени, чтобы можно было просто складывать скорости света и среды. Если обозначить скорость света через с, скорость жидкости через и коэфициент преломления через то согласно нашим предположениям можно ожидать, что наблюдаемая скорость света будет равна:

где знак зависит от относительного направления скоростей

света и жидкости. Фактически в пределах экспериментальной ошибки получается соотношение:

Приведенное выше возражение не относится к результату, полученному из опыта; при бесконечном разрежении среды показатель преломления стремится к 1, зависимость а от становится незаметной и в вакууме а просто становится равным с.

Другим эффектом, указывающим, что скорость света не зависит от движения разреженной передающей среды, является аберрация.

Фиг. 2. Кажущееся изменение положения неподвижных звезд в течение года (аберрация). На чертеже это изменение преувеличено, в действительности оно составляет не более 20,5".

Удаленные неподвижные звезды систематически меняют свое положение на небе с периодом в один год. Их траекториями являются эллипсы с фиксированным центром и с большой осью, равной во всех случаях примерно 41". Звезды, расположенные около небесного полюса, движутся приблизительно по окружностям, в

то время как звезды, расположенные близ плоскости эклиптики, движутся почти по прямым линиям.

На фиг. 2 показано, каким образом мы видим звезду смещенной из своего нормального положения (в центре эллипса) в двух противоположных точках земной орбиты.

Фиг. 3. Объяснение аберрации.

Аберрация может быть объяснена следующим образом (фиг. 3): поскольку телескоп твердо связан с землей, он движется в пространстве со скоростью приблизительно в см/сек. Поэтому, когда световой луч попадает в телескоп, скажем, прямо сверху, последний должен быть наклонен таким образом, чтобы нижний его конец к моменту, когда его достигнет луч, оказался под предшествующим положением верхнего конца. Тангенс угла аберрации а есть отношение между расстояниями, которые проходят Земля и луч света за один и тот же промежуток времени, или просто отношение скорости Земли к скорости света. Эта отношение равно:

угол, отвечающий этому тангенсу, равен это соответствует наибольшей аберрации от центра эллипса.

Такое объяснение аберрации также противоречит предположению, что скорость света полностью определяется состоянием движения передающей среды. Действительно, если бы это предположение было справедливо, световой луч, попадая в атмосферу, «увлекался бы» ею, и явление аберрации не наблюдалось бы.

Абсолютная система отсчета. Все эти аргументы подтверждают независимость законов электромагнетизма как от движения источников, так и от движения передающей среды. Казалось бы, другой альтернативой является отказ от принципа относительности и допущение существования универсальной системы отсчета, в которой скорость света не зависит от направления распространения. Как указывалось выше, уравнения электромагнитного поля должны принять в такой системе отсчета свою обычную форму. Поскольку ускорения заряженных частиц пропорциональны полю, то можно было бы ожидать, что эта система будет инерциальиой, так что ускорения обращались бы в нуль вместе с полем.