Глава IX. ПРИМЕНЕНИЯ СПЕЦИАЛЬНОЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

Экспериментальные подтверждения специальной теории относительности.

В главе IV указывалось, что только теория относительности объясняет результаты опытов Майкельсона-Морлея и Физо и явление аберрации.

Опыты Майкельсона-Морлея были впоследствии повторены в различных условиях много раз. При этом все новые опыты, за исключением опытов Д. С. Миллера, подтвердили первоначальный результат. Трудно сказать, почему опыты Миллера указывают на „увлечение эфира” со скоростью Поскольку все остальные эксперименты свидетельствуют о точности уравнений преобразования Лорентца, естественно предположить, что результаты Миллера обусловлены систематической экспериментальной ошибкой, сущность которой до сих пор еще не ясна.

Не так давно уравнения преобразования Лорентца были совершенно иным путем подтверждены Айвсом. Айвс измерял так называемый релятивистский эффект Допплера. Частота света не инвариантна относительно преобразования Лорентца (см. задачу 3 главы IV). Ее закон преобразования имеет вид:

где а — угол между относительной скоростью двух систем координат и направлением распространения света в первоначальной системе координат. Этот релятивистский закон отличается от классического только знаменателем. Обычно релятивистский эффект второго порядка перекрывается классическим эффектом Допплера (зависящее от угла слагаемое в числителе), который является эффектом первого порядка относительно

Айвс измерял изменение частоты линии испускаемой каналовыми лучами водорода, пользуясь ускоряющими напряжениями до 18 000 вольт, т. е. скоростями до см/сек Чтобы отделить малый эффект второго порядка от гораздо большего эффекта первого порядка, Айвс измерял длину волны каналовых лучей в двух направлениях: по и против направления их движения. При помощи зеркала обе смещенные линии и несмещенная линия покоящегося атома водорода одновременно фотографировались на одну и ту же фотографическую пластинку.

В соответствии с релятивистским законом (9.1) частоты обеих смещенных линий соответственно равны

а их средним значением будет выражение:

Айвс измерял смещение относительно частоты несмещенной линии V. При этом был подтвержден релятивистский закон преобразования.

Важность этого эксперимента состоит в том, что в нем непосредственно измеряется удлинение времени", кажущееся замедление движущихся часов!). Результат опыта Майкельсона-Морлея может быть объяснен, и впервые он так и был объяснен, только „лорентцовым сокращением”, т. е. сокращением расстояния между полупосеребренной пластинкой и зеркалом в направлении „движения сквозь эфир.

С другой стороны, в экспериментах Айвса нет движущихся масштабов, а имеет место движение относительно наблюдателя „атомных часов" (каналовых лучей) и замедление этих „часов, которое является причиной „релятивистского эффекта Допплера.

Все эти подтверждения теории относительности касались только применения преобразования Лорентца к световым лучам. Мы перейдем теперь к рассмотрению других модификаций классической теории, приведенных в главах VI и VII.

Многие явления ядерной физики говорят в пользу того, что инертная масса эквивалентна энергии. Масса ядра всегда меньше суммы масс составляющих его протонов и нейтронов. В ряде случаев можно показать, что дефект массы в раз меньше энергии, выделяющейся при образовании ядерг). Самым замечательным примером исчезновения массы является аннигиляция электронно-позитронной пары.

Массы электрона и позитрона при этом полностью превращаются в энергию электромагнитного излучения. Если вблизи взаимодействующей системы нет третьей частицы (ядра), полный импульс при аннигиляции должен сохраняться. Так как скорости электрона и позитрона иепосредствеино перед аннигиляцией обычно малы, энергия и импульс будут сохраняться только в случае излучения двух у-квантов в противоположных направлениях, так что их импульсы взаимно уничтожаются, а энергия каждого кванта соответствует массе одного электрона. Излучение с такой энергией — около действительно наблюдается при аннигиляции позитронов.