к началу  |  об авторе  |  об авторских правах
F.A.Q. к статье "Об эффекте компенсации
в опыте Майкельсона – Морли"
Часть 2
Опубликовано 10 декабря 2005 г.       
     Ниже приведен отзыв одного из моих оппонентов (источникRelativity.ru) вместе с ответами на него. Как и прежде текст отзыва выделен курсивом и разбит на части, каждая из которых завершается моим ответом.
     Иногда стали появляться сообщения, которые ставят под сомнение опыты Майкельсона. Я решил попытаться их развеять.
     Введение
     Для начала уясним, с какой целю ставили свою серию экспериментов Майкельсон и Морли. Затем установим, о чем говорит результат опытов, а о чем - не говорит.

     Вот так когда-то, начинали свою лекцию профессора кафедры физики в институте, где мне довелось учиться! Сразу снова чувствуешь себя студентом, который пока еще ничего не «уяснил». Внимание, господа студенты! Вам слово, господин лектор!
     Опыт Майкельсона часто называют решающей предпосылкой к появлению СТО. Однако известно, что Эйнштейн не мог знать о результатах данного опыта, в отличие от Лоренца, который на самом деле пытался согласовать свою гипотезу о неподвижном эфире с результатом майкельсоновского эксперимента.
     Ну, это Вы погорячились, господин лектор! Нам «известно» и другое. Это «поздний» Эйнштейн говорил, что не знал. А «ранний» – знал. Откроем, к примеру, на стр. 7 книгу «Альберт Эйнштейн. Собрание научных трудов», изд. «Наука», Москва, 1965, том 1 и посмотрим самую первую знаменитую работу, посвященную СТО – «К электродинамике движущихся тел». Читаем (всего второй абзац от начала работы!): «Примеры подобного рода, как и неудавшиеся попытки обнаружить движение   Земли относительно   «светоносной среды»,   ведут   к предположению …» и т. д. (дальше – не интересно). Других известных неудавшихся «попыток», кроме опыта самого Майкельсона и опыта Майкельсона – Морли, тогда ещё не было. Значит – знал! И не скрывал, что знает, поскольку нуждался в экспериментальных доказательствах.
     Неужели Вы, господин лектор, не дочитали такую основополагающую работу А. Эйнштейна даже до второго абзаца?
     Итак, целью опыта было обнаружить наличие эфирного ветра на Земле и вычислить скорость нашей планеты относительно эфира. Как известно, результат был отрицательным - смещения интерференционных полос при самых точных измерениях не было (увеличивали длину пути света, используя многократное отражение).
     О чем это говорит?
     Гипотеза частичного увлечения
     Здесь есть варианты. Либо это означает отсутствие эфира как такового. Либо эфир есть, но он не является неподвижным: массивные тела могу его увлекать. Это была гипотеза частичного увлечения. Чтобы проверить ее, Майкельсон провел серию опытов на разных высотах над поверхностью земли - и снова результат был отрицательным. Майкельсон сделал вывод, что движение можно будет обнаружить лишь на очень больших высотах.
     Это второе предположение оказалось отвергнуто с другой стороны. В 1892 г. О. Лодж показал, что скорость света вблизи быстро движущихся тел не испытывает влияния этих самых тел, причем даже если эти тела излучают сильное электрическое или магнитное поле.
     Гипотеза сокращения
     И наконец, третье объяснение состояло в том, что природа устроена так, чтобы не дать обнаружить эфир, как например в случае неускоренного движения. Это утверждал Лоренц в защиту своей гипотезы. Он считал, что установка Майкельсона должна сокращаться в направлении движения на долю , чтобы не дать экспериментатору обнаружить смещение интерференционных полос (действительно, в этом случае t1 = t2). Эфир оказывает действие на материю и сжимает ее.
     Некоторые «эфиристы» утверждают, что так безусловно и должно было быть согласно принципу Галилея: внутри закрытой неускоренной лаборатории невозможно обнаружить ее движение или покой. Однако эфир - это внешняя, всепроникающая среда, следовательно такая лаборатория уже не является закрытой от эфира и принцип Галилея тут уже не должен работать. Представьте, что вы находитесь в открытой машине. Даже с закрытыми глазами вы определите, стоит ли автомобиль на дороге или быстро едет, ощущая ветер. Именно из-за ветра машина не является закрытой лабораторией. То есть, эфир являлся внешней средой, как и воздух.
     Извините, господин лектор! А если машина – открыта, глаза – закрыты, а ветер дует сам по себе из-за дурной погоды? Едем мы или стоим? Без Вашего объяснения мы не разберемся!
     Еще один довод против сокращения состоит в том, что оно почему-то не является следствием каких-либо сил, а является некоторым сопровождающим движение эффектом. Но это не остановило Лоренца, и он продолжил развивать свою теорию, в результате чего в 1899 г. пришел к выводу, что при движении в эфире изменяются не только пространственные размеры, но и промежутки времени. В результате чего были построены знаменитые преобразования Лоренца для пространства и времени, хотя их сущность и применение были другими, нежели в теории относительности Эйнштейна.
     Теория Лоренца была лишена противоречий. Однако, у нее не было эмпирических доказательств. Она исходила из гипотезы о существовании эфира, которую проверить было невозможно в принципе. Именно благодаря «надмирному» характеру эфир как вещество был исключен из научной картины. На смену ему пришло более абстрактное, но в то же время более эмпирически обоснованное электромагнитное поле. Это поставило науку перед старыми трудностями, которые в дальнейшем смог преодолеть Эйнштейн. Через некоторое время открылся и квантовый характер светового излучения.
     Компенсационные эффекты?
     Существует еще один довод против достоверности результата опыта Майкельсона. Некоторые считают, что эффект, достигнутый при движения по ветру, должен компенсироваться при движении против ветра. Однако эти люди явно не утруждают себя расчетами. Мы проведем их сами.
     На рисунке изображено устройство Майкельсона.
     Вы оговорились, господин лектор! Это «устройство» – лишь схема интерферометра Майкельсона. Сам А. Майкельсон был «устроен» куда как лучше и сложнее. Он навсегда остался для нас выдающимся ученым и выдающимся экспериментатором!
     Рассчитаем время, за которое свет пройдет расстояние в горизонтальном направлении. За 1 секунду свет проходит c метров, а эфирный ветер сдувает его на v метров назад. Следовательно, фактическая скорость будет равна (с-v). Значит свет долетит до зеркала за t = l / (с-v). Нетрудно убедиться, что путь назад займет время t = l / (с+v). Итого времени затрачено: T1 = l / (с+v) + l / (с-v) = 2lc / (с2-v2)
     Мы, студенты, согласны с Вами, господин лектор, что это действительно «фактическая» скорость! Почему наш преподаватель по теоретической механике не использует такой точный термин? Ведь должно быть есть и другая скорость – «нефактическая»!
     Вычислим затраченное время при движении в вертикальном направлении. За 1 секунду ветер сместит свет на v метров влево. Значит свету, чтобы всегда быть под зеркалом, нужно направить вектор С по диагонали (тем самым каждую секунду смещаясь вправо на v метров).
     Стоп! Извините, господин лектор. Вы случайно не оговорились снова: «…свету, чтобы всегда быть под зеркалом, нужно направить вектор С по диагонали»? Он что – живой этот свет? И умный? И заранее знает, куда направить вектор и направляет? Здесь, пожалуй, господин лектор, Вы ни в чем не уступаете самому А. Эйнштейну! У того тоже свет ведет себя вполне разумно – знает, с какой скоростью надо двигаться относительно любых объектов, даже движущихся в одном и том же луче света с разными скоростями.
     Или, может быть, Вы имеете в виду, что «вектор С по диагонали» направляют экспериментаторы? В таком случае они напоминают пулеметный расчет, открывший огонь с упреждением по ещё не появившемуся вражескому самолету, то есть наобум, при этом, не имея представления ни о скорости самолета, ни о направлении, с которого тот появится. Этот вариант абсолютно исключен. А. Майкельсон и Э. Морли идиотами не были!
     Скорость сближения с зеркалом будет (по теореме Пифагора) равна u = . При движении в обратном направлении ситуация симметрична. Таким образом, T2 = 2l /.
     Теорема Пифагора – это круто! Мы то уже стали подзабывать теоремы – думали больше не понадобятся. А тут – вон как пригодились школьные знания! За теорему – спасибо.
     Итак, формулы для T1 и T2 различны. Значит, если бы существовал эфир, смещение интерференционной картины было бы обнаружено.
     Извините, господин лектор! Маленький вопрос по ходу лекции. Почему Вы рассказываете нам о неравенстве интервалов времени и тут же переходите к смещению интерференционной картины? Ведь в опыте осуществлялось измерительное преобразование «скорость движения Земли – разность фаз световых волн», а не «скорость движения Земли – разность интервалов времени»? На занятиях по теоретическим основам электротехники нам однажды объяснили, что такое фаза волны и разность фаз двух волн. Припоминаю, что фаза чем-то отличается от времени и измеряется то ли в градусах, то ли в радианах. Если не ошибаюсь, надо время помножить на частоту волны, тогда получится фаза. А как вычислить частоту? Вроде бы надо взять «фактическую» скорость, о которой Вы нам говорили, и поделить на длину волны. Интересно, что тогда получится, господин лектор? Вы ведь обещали, что сами проведете расчеты, поскольку мы (как Вы совершенно справедливо отметили выше) – ленивые и не любим себя утруждать расчетами!
     Вывод
     Мы убедились в том, что опыт Майкельсона был поставлен корректно и его результаты являются истинными.
     Еще раз извините, господин лектор! Пока ещё не убедились. Окончательно убедимся только после Ваших расчетов.
     Эфирного ветра на Земле нет, либо, в крайнем случае, он просто неуловим.
     Наверное, мы Вам надоели вопросами, господин лектор! Ответьте, пожалуйста, еще на один. А что «уловил» С. Маринов в своем опыте?
     Существует расхожее заблуждение о том, что данный опыт говорит о постоянстве скорости света. Это неверно. Он утверждает лишь о неизменности скорости света относительно установки во всех направлениях, и дает основания предположить, что таковой она является и для всех наблюдателей. Для проверки данного свойства света были поставлены другие эксперименты.
     Большое спасибо, господин лектор, за поучительную и интересную лекцию! Теперь мы «уяснили» и уходим домой переполненные новыми знаниями. В какой книге прочтешь столь доступное и подробное описание знаменитого опыта?
     P. S. Приношу Вам извинения за шутливый тон ответов. Не мог сдержаться – уж очень вальяжно Вы пересказываете популярный учебник физики!
     А теперь – шутки в сторону. Сейчас мы увидим, что результат опыта Майкельсона – Морли вполне мог быть предсказан теоретически. Приведем еще раз исходные выражения для интервалов времени движения света «вправо», «влево» и «вверх» или «вниз» в опыте Майкельсона – Морли:

     Перепишем их в виде:

     Если равны между собой правые части равенств, то равны и левые:

     Скорость движения световых волн «влево» – «вправо» относительно интерферометра в «горизонтальном» плече, а также «вверх» – «вниз» относительно интерферометра и «эфира» в «вертикальном» плече равна произведению длины волны на соответствующую частоту световых волн, наблюдаемую из системы отсчета, связанной с интерферометром, движущимся «вправо» относительно «эфира»:

     Подставив эти выражения в предыдущее равенство, получим:

     Сократим это равенство на и умножим его на :

     В результате мы получили равенство между собой «набегов» фазы световых волн на длинах L плеч интерферометра:

     В опыте Майкельсона – Морли сравниваются между собой суммарный «набег» фаз световых волн при их движении «вправо» – «влево» и суммарный «набег» фаз световых волн при их движении «вверх» – «вниз» . Предыдущее равенство говорит о том, что результат сравнения всегда должен быть равен нулю:

что подтверждено опытом Майкельсона – Морли и его многочисленными аналогами.
     Если бы этот простой вывод был сделан своевременно, экспериментаторам не пришлось бы, вероятно, потратить столько сил, времени и средств на бесполезные эксперименты, а теоретикам – выдвигать «экстраординарные» гипотезы, новые принципы и постулаты, противоречащие здравому смыслу. Таким образом, нулевой результат опыта Майкельсона – Морли логически вытекает непосредственно из исходных посылок, использованных при постановке опыта.
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