к началу  |  об авторе  |  об авторских правах
Комментарий к статье "Об эффекте компенсации
в опыте Майкельсона – Морли"
Опубликовано 7 мая 2005 г.     
     Изучение отзывов моих оппонентов показало, что для большинства из них изменение частоты световых волн, движущихся "влево – вправо" явилось "камнем преткновения" в понимании предложенной трактовки результата эксперимента Майкельсона – Морли. В этой связи я счел целесообразным привести некоторые дополнительные разъяснения по этому поводу. (Нумерация формул данного комментария – со штрихами).
     Начну с простого примера. Отождествим мысленно неподвижный "эфир" с участком моря, в котором отсутствуют течения. Пусть по морю равномерно и с постоянной скоростью относительно рассматриваемого участка моря катятся волны длиной , являющиеся в разбираемом примере аналогом световых волн. Кроме того, отождествим интерферометр с моторной лодкой, длина которой составляет . Частота морских волн может быть измерена пассажирами лодки с помощью секундомера, например, путем подсчета числа ударов волн о лодку в единицу времени. Если лодка стоит на якоре или движется перпендикулярно направлению движения морских волн – измеряемое значение частоты волн одинаково и составляет . Если поднять якорь, запустить мотор и направить лодку по направлению движения волн со скоростью относительно неподвижного участка моря, то скорость движения волн относительно лодки, наблюдаемая ее пассажирами, будет иметь значение - , а частота ударов волн о лодку будет соответственно уменьшаться с возрастанием по уравнению . Думаю, что почти каждый из нас наблюдал это уменьшение частоты множество раз в своей жизни. Время прохождения волны вдоль лодки, которое могут измерить пассажиры лодки с помощью того же секундомера, будет при этом возрастать по уравнению до тех пор, пока скорость лодки не станет равной . При изменении направления движения лодки на 180 она будет двигаться навстречу волнам со скоростью + , и частота ударов будет возрастать по уравнению , а время прохождения волны вдоль лодки – уменьшаться. Если пассажиры перемножат измеренные значения частоты ударов волн о лодку на соответствующие измеренные значения интервалов времени прохождения волны вдоль лодки, то получат значения "набегов" фазы волн на длине лодки, которые окажутся постоянными, не зависящими от скорости движения лодки . При этом длина волн (расстояние между гребнями соседних волн), как и длина лодки, также постоянна и не зависит от скорости движения лодки . Этот пример, взятый из окружающей нас жизни, по мнению автора вполне нагляден, формально отражает процессы движения, происходящие в опыте Майкельсона – Морли, и соответствует физическим представлениям о строении окружающего мира, существовавшим в науке до появления СТО. Разница состоит лишь в том, что скорость движения света относительно "эфира" при проведении опыта считалась постоянной, подобно скорости звука в воздухе, и не зависящей от движения источника, в то время как скорость движения волн относительно поверхности моря в рассмотренном примере условно принята постоянной. Именно постоянство скорости света в "эфире", по мнению автора идеи опыта Дж. К. Максвелла, должно было дать возможность определить скорость движения Земли относительно "эфира", неподвижного в пространстве.
     Вернемся к тексту статьи. Интервал времени , необходимый для прохождения светом расстояния L со скоростью определяется в тексте статьи формулой (2):
, (1')
показывающей, что этот интервал увеличился по сравнению с интервалом времени движения света (8) "вверх" или "вниз" в раз.
     Частота световых волн, падающих на зеркало Е, определяется в тексте статьи формулой (12):
. (2')
     Формулы (1') и (2') отражают факт относительного движения интерферометра и "эфира" – среды, в которой распространяются световые волны. Естественно, эти волны движутся в промежутке между зеркалами А и Е со скоростью  С - V относительно интерферометра.
     Как известно, период световой волны есть величина, обратная его частоте:
.(3')
     Эта формула показывает, что период также увеличился по сравнению с периодом световых волн, движущихся "вверх" или "вниз", в раз. Таким образом, если бы мы могли, к примеру, остановить на некоторое время интерферометр относительно "эфира", а затем снова придать ему скорость V и при этом наблюдать поведение световых волн, движущихся между зеркалами А и Е, то обнаружили бы, что их число на интервале времени движения света "вправо" при переходе от остановки к движению не меняется. Уменьшается скорость движения световых волн относительно интерферометра и, соответственно, в одинаковой пропорции возрастают интервал времени прохождения светом пути L и период колебаний . При этом "набег" фазы за интервал времени , определяемый формулой (13) статьи, не зависит от V:
(4')
     Аналогичные процессы происходят и при движении луча света "влево". Скорость движения световых волн возрастает относительно интерферометра и, соответственно, в одинаковой пропорции убывают интервал времени прохождения светом пути L и период колебания .
     Изложенное поясняет рис. 1 (а, б, в), являющийся также численным примером.
Рис. 1
Рис. 1
     На рис. 1а интерферометр неподвижен относительно "эфира". На интервале времени движения световой волны со скоростью С относительно "эфира" от зеркала А до зеркала Е (символ "э" здесь означает "эталонный", то есть являющийся исходной мерой для других интервалов времени при проведении измерений) умещается ровно 3 периода . В тексте статьи было показано, что интервалы времени движения света "вверх" и "вниз" равны между собой и, соответственно, любой из них может быть принят за эталонный интервал времени .
     На рис. 1б интерферометр движется "вправо" относительно "эфира" со скоростью V = 0,4С. При наблюдении световых волн из системы отсчета, связанной с интерферометром, интервал времени и период световой волны возрастут в раза, а общее число периодов световой волны на интервале по-прежнему останется равным 3.
     На рис. 1в интерферометр по-прежнему движется "вправо" относительно "эфира" с той же скоростью V = 0,4С, однако, направление движения световых волн изменилось на 180. При наблюдении световых волн из системы отсчета, связанной с интерферометром, интервал времени и период световой волны сократятся в раза, но общее число периодов световой волны на интервале времени по-прежнему останется равным 3.
     Оценим возможность измерений скорости V интерферометра относительно "эфира" путем измерений частоты световых волн в соответствии с формулой (19) статьи.
     Как известно [1], точные измерения частоты обычно осуществляются путем счета числа N периодов Т исследуемых колебаний, происшедших за эталонный интервал времени , сформированный с помощью источника механических или электромагнитных колебаний, значение частоты которых стабильно и измерено с высокой точностью, по уравнению:
(5')
     При использовании в качестве интервала времени движения света "вверх" или "вниз" число периодов световых волн, движущихся "вправо" и попавших в интервал , можно легко определить "на глаз" по рис. 1а, 1б и 1в. Оно составляет, соответственно, . Несмотря на то, что точность таких "измерений" крайне низка, тем не менее, мы можем ожидать получения измеренного значения V, близкого к V = 0,4С.
     Определим значения частот световых волн из уравнения (5'):
и вычислим отношения:
, откуда .
     Подставим эти значения и в формулу (19) статьи:
.
     Итак, "измеренное" значение скорости движения интерферометра относительно "эфира" оказалось весьма близким к заданному на рис. 1. Приведенный пример иллюстрирует принципиальную возможность измерений скорости движения Земли сквозь светоносный "эфир" описанным в статье способом.
     Некоторые мои оппоненты считают, что компенсация "набега" фазы обусловлена движением луча света "туда" и "обратно" ("влево – вправо"). На самом деле это не так. Как видно из формулы (4') "набег" фазы световой волны на длине L постоянен и при ее движении в одну сторону. Возврат лучей "обратно" был необходим лишь для осуществления возможности практического наблюдения интерференционной картины при проведении эксперимента.
     "Камень преткновения", о котором упомянуто в начале данного комментария, не был замечен в свое время автором "опыта" – самим Дж. К. Максвеллом, к тому времени уже смертельно больным и, по-видимому, торопившимся в предчувствии близкой кончины. Первым об этот "камень" споткнулся А. Майкельсон при проведении своего знаменитого опыта. Сложность правильного понимания (с точки зрения физических представлений о строении окружающего мира, существовавших в науке до появления СТО) полученного результата опыта была обусловлена, в первую очередь, необычностью наличия одновременно двух движений: световых волн относительно среды – светоносного "эфира" и измерительной системы (интерферометра) относительно той же среды. Д. Фитцджеральд и Г. А. Лоренц, не сумев "столкнуть" этот "камень" с дороги, попытались найти обходную тропинку. Чуть позже А. Эйнштейн использовал этот "камень" в качестве основы для фундамента построенного им "здания" специальной теории относительности. Даже такой блестящий аналитик, как безвременно ушедший из жизни Е. А. Нелепин [2], не сумев справиться с этим "камнем", вынужден был пойти по пути Г. А. Лоренца.
     Устоит ли само "здание", если "камень" будет, наконец, удален? Впрочем, об этом – чуть позже.
    1. В. А. Кузнецов и др. "Измерения в электронике", Справочник, Энергоатомиздат, Москва, 1987 г.
    2. Е. А. Нелепин "Теория движения. Природа движения и прибор для демонстрации релятивистских эффектов", изд. Лен. отд. Академии Наук РСФСР, Санкт – Петербург, 1992 г.
При цитировании любых материалов с этого сайта ссылка на автора обязательна
Наверх  |  об авторе  |  об авторских правах
Доступна подписка на новости сайта в формате RSS 2.0
    Рейтинг@Mail.ru
© 2008  В. Новодережкин