ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Принцип относительности в механике и формулы преобразования Галилея . 130. Электродинамика движущихся сред из "Оптика " Уже при изучении явления Допплера мы встретились с вопросом о том, как протекает оптическое явление в случае движения системы, в которой оно происходит. При рассмотрении этой проблемы существенное значение имеет ответ на следующий вопрос возможно ли установить движение источника света и воспринимающих свет приборов относительно среды, в которой свет распространяется, или возможно лишь установление относительного движения источника и приемника света друг относительно друга. Мы подходим, таким образом, к общей задаче оптики (и электродинамики) движущихся сред, имеющей большое принципиальное значение, ибо огромное большинство наших опытов протекает в земных лабораториях, т. е. в системе, движущейся относительно других небесных тел. Представляется важным знать, отражается ли этот факт на протекании наблюдаемых явлений и как именно. [c.441] Физические законы, в том числе и законы механики Ньютона, и в частности закон инерции, имеют определенный смысл лишь тогда, когда точно определены реальные условия протекания рассматриваемых явлений и, следовательно, указана система отсчета, к которой они отнесены. [c.441] Представим себе несколько систем отсчета, одна из которых связана с берегом, а другие — с различными движущимися относительно него кораблями. Пусть по берегу перемещается какое-нибудь тело, на которое в береговой системе отсчета не действуют никакие силы, например, по вполне горизонтальному столу катится без трения шар. Движение это в береговой системе отсчета будет происходить равномерно и прямолинейно, т. е. явится движением по инерции в ньютоновом смысле. Предположим, что совершенно такие же опыты (шар, катящийся без трения по горизонтальному столу) производятся и на каждом из кораблей. Для всех систем отсчета, связанных с кораблями, перемещающимися равномерно и прямолинейно относительно берега, движение шаров также будет равномерным и прямолинейном, т. е. будет движением по инерции в ньютоновском смысле. Но в системе отсчета, связанной с кораблем, который проходит мимо берега с ускорением, движение шаров является ускоренным, а не прямолинейным и равномерным. Следовательно, в этой системе оно не является движением по инерции, и в ней действуют некоторые силы (силы инерции), сообщающие телам ускорение. [c.441] Таким образом, закон движения формулируется одинаково только для тех систем отсчета, которые движутся равномерно и прямолинейно друг относительно друга эти системы составляют совокупность так называемых инерциальных и т(iм. [c.442] Таким образом, наблюдения над механическими процессами не дают возможности выделить абсолютное пространство из целой бесконечной совокупности инерциальных систем. Это обстоятельство получило название принципа относительности классической механики, и, следовательно, ньютонова механика сред построена в согласии с принципом относительности. [c.442] Инвариантность уравнений механики по отношению к этим преобразованиям, которую нетрудно проверить, и есть математическое выражение принципа относительности механики, экспериментальным обоснованием которого служит согласие законов механики Ньютона с опытом ). [c.443] Подобным же образом строится и электродинамика (оптика) движущихся сред. Исходя из определенных физических предпосылок, подсказанных опытом, устанавливают систему электродинамических законов, приложимых к явлениям в движущихся средах, указав одновременно формулы преобразования, позволяющие переходить от одной инерциальной системы к другой. Сравнивая с опытом выводы полученной таким образом теории, мы имеем возможность контролировать правильность наших положений. [c.443] Что касается формул преобразования координат, то формулы Галилея считались вполне очевидными и оправданными опытом. Поэтому их без критики использовали и при построении электродинамики движущихся сред. Различие же в исходных предположениях относительно того, является ли эфир неподвижным или движущимся, привело к многообразным попыткам создания электродинамики движущихся сред. Крайнее и наиболее полное выражение различных точек зрения находит себе место в двух важнейщих, резко расходящихся теориях электродинамике Герца и электродинамике Лорентца. Как та, так и другая электродинамика, рассматривает все электромагнитные и оптические процессы как протекающие в заполняющем все пространство мировом эфире. Поэтому основным вопросом электродинамики движущихся сред являлся вопрос о влиянии движения тел на эфир. Ответ на этот вопрос мог дать только опыт. Точнее, исходя из определенных представлений о взаимоотношении движущегося вещества и эфира, следовало построить определенную теорию явления в движущихся средах и подвергнуть ее опытной проверке. [c.443] Для воды X = 0,438 Физо нашел из своих измерений смещение полос интерференции, соответствующее х = 0,46, а более точное измерениеМайкельсона и Морлея, повторивших опыт Физо в 1886 г., дало X = 0,434 0,020, тогда как теория Герца дает х = 1, т. е. резко противоречит опыту. [c.446] Следует добавить, что были выполнены также разнообразные электродинамические опыты, относящиеся к В1Эпросу об увлечении эфира при движении весомых тел. Среди них большое значение имеют опыты А. А. Эйхенвальда (1904 г.). Все они дали результаты, не совместимые с теорией Герца. [c.446] Таким образом, теория Герца, основанная на представлении о полном увлечении эфира движущимися телами, не согласуется с оптическими и электродинамическими опытами. [c.446] Аберрация света-, опыт Эри. Вопрос о влиянии движения Земли на оптические явления возникает н при последовательном волновом рассмотрении аберрации света. [c.446] как допускает Герц, эфир полностью увлекается Землей при ее движении, то аберрацию нельзя объяснить ), ибо световые волны перемещаются вместе с движущимся эфиром одновременно с перемещением трубы, так что направление Зо на звезду в случае неподвижной трубы совпадает с направлением 5 при движущейся трубе. Рис. 22.3, а, на котором для ясности вместо трубы нарисовано визирное приспособление, иллюстрирует сказанное волновой фронт, войдя в трубу при ММ, вовлекается в движение вместе с трубой и распространяется вдоль ее оси ОА независимо от скорости трубы. [c.446] Объяснение и здесь коэффициент увлечения. [c.448] Интересно отметить, что Френель, сформулировав свое представление о коэффициенте увлечения, рассмотрел также и этот опыт с аберрац ией и писал в письме к Aparo (в 1818 г.) Хотя этот опыт еще не был сделан, но я не сомневаюсь, что он подтвердит это заключение.,. . [c.448] Электродинамика (и оптика) движущихся сред, развитая Ло-рентцом, есть часть его общей электронной теории, в силу которой все электромагнитные свойства вещества обусловливаются распределением электрических зарядов и их движением внутри неподвижного эфира. В качестве формул преобразования координат при переходе от одной инерциальной системы к другой сохраняются преобразования Галилея, и, поскольку отрицается принцип относительности, уравнения электродинамики Лорентца не являются инвариантными по отношению к этим преобразованиям. Теория Лорентца означала очень крупный шаг вперед и разрешала большой круг вопросов, представлявших значительные теоретические трудности. В случае оптических явлений она совпадает с теорией Френеля и также приводит к представлению о частичном увлечении световых волн. По теории Лорентца движение вещества есть движение молекул и связанных с ними зарядов в неподвижном эфире, и учет этого движения показывает, что в среде, движущейся со скоростью V, свет распространяется со скоростью q + (1 — in )v, где l — скорость света в неподвижной среде. Таким образом, теория Лорентца приводит к формуле частичного увлечения Френеля, хорошо подтвержденной тщательными измерениями. [c.449] При повороте прибора на 90° разность эта меняет знак, так что интерференционная картина меняется, смещаясь на число полос (точнее, долей полосы), зависящее от величины плеча I. [c.450] Отрицательный результат опыта Май-кельсона, не возбуждающий сомнения, имеет огромное принципиальное значение. Он является одним из наиболее надежных опытов, подвергающих проверке вопрос об увлечении эфира движущимися телами и, следовательно, исходные положения теории Лорентца. [c.451] Отрицательный результат его противоречит гипотезе неподвижного эфира и мог бы быть истолкован как доказательство полного увлечения эфира телами, т. е. вступил бы в кажущееся противоречие и с результатами опыта Физо. Было сделано поэтому немало попыток разрешить это противоречие. [c.451] Таким образом, наблюдаемое движение звезды может заметно отступать от законов Кеплера. В частности, при очень большом L возможно, что даже при ц с получится 4 т. е. видимое движение приобретает весьма прихотливый характер. Рассмотрение достаточного числа двойных звезд показывает, что такое следствие баллистической гипотезы противоречит наблюдению и, следовательно, гипотеза Ритца должна быть оставлена. [c.452] Вернуться к основной статье