Негативний результат - досвід - Майкельсон - Велика Енциклопедія Нафти та Газа
Досвід Майкельсон показав, що навіть за допомогою дуже тонких оптичних вимірювань неможливо встановити абсолютний рух системи. Негативний результат досвіду Майкельсон був прийнятий Ейнштейном як постулат теорії відносності. [31]
З часу виникнення цієї теорії слід очікувати, що вдасться експериментально виявити вплив руху Землі щодо ефіру на оптичні явища. Щоправда, Лоренц, як відомо, показав у цитованій вище роботі, що, згідно з його основними припущеннями, вплив цього відносного руху на поширення променів в оптичних дослідах не повинен виявлятися, якщо при обчисленні обмежуватися членами, які містять перший ступінь відношення vie відносної швидкості до швидкості світла у порожнечі. Однак негативний результат дослідів Майкельсона і Морлі 12 ] показав, що принаймні в цьому випадку відсутній також ефект другого порядку (пропорційний у % 2), хоча, згідно з основами теорії Лоренца, він мав би виявитися на досвіді. [32]
Тільки Ейнштейн зрозумів, що в основу наших міркувань у вигляді універсального постулату, який приймається без доказу, має бути покладена еквівалентність усіх систем відліку, що рухаються одна щодо одної з постійною швидкістю. До цього постулату він додав ще один постулат, який стверджував, що швидкість світла у всіх еквівалентних системах відліку та у всіх напрямках дорівнює одній і тій самій постійній величині с. Зміст цього постулату ілюструється негативним результатом досвіду Майкельсона - Морлн та безліччю інших експериментів. [33]
У цьому розділі, що завершує виклад основ електромагнітної теорії світла, насамперед розглянуто класичні досліди Фізо та Майкельсона, проведені наприкінці XIXв. Мета експериментів полягала у з'ясуванні можливості встановлення існування абсолютного руху, тобто. руху тіл щодо деякого середовища (світлоносного ефіру), яке може бути єдиною системою відліку. Неоднозначність тлумачення прецизійних дослідів (зокрема негативного результату знаменитого досвіду Майкельсона) націло знімається при формулюванні Ейнштейном в 1905 р. вихідних постулатів спеціальної теорії відносності, а подальший розвиток цієї теорії призвело до кардинальних змін усієї класичної фізики. [34]
Отже, //, тобто. довжина стрижня, що рухається зі швидкістю v щодо спостерігача, зменшилася у VI - р2 разів. Природно, що до такого ж результату ми дійшли б, розглядаючи, яку довжину стрижня, що спочиває в системі X, Y, Z, виміряє спостерігач, пов'язаний із системою X, Y, Z. Нагадаємо, що Лоренц був змушений постулювати таке скорочення довжини тіл напрямок руху, щоб пояснити негативний результат досвіду Майкельсона - Морлі. [35]
Другий постулат зводиться до твердження, що існує кінцева максимальна швидкість поширення будь-якої взаємодії, яка дорівнює - швидкості світла у вакуумі. За принципом відносності ця швидкість однакова у всіх інерційних системах і не залежить від довжини хвилі, інтенсивності та відносної швидкості руху джерела і приймача світла. Таким чином відкидаються теорема складання швидкостей у класичній механіці та різні побудови, які висувалися свого часу для тлумачення негативного результату досвіду Майкельсона – Морлі. [36]
У галілеєвому випадку при врахуванні немеханічних явищ, наприклад явища поширення світла, між інерціальними системами намічається диференціація та виділяється одна привілейована (абсолютна) система відліку. Якщо ж дотримуватися принципу Ейнштейна, то різні інерційні системи абсолютно рівноправні по відношенню до всіх фізичних явищ, тому абсолютна, особлива інерційна система просто не може існувати. Отже, спроби визначити абсолютну швидкість безцільні. З цього погляду негативний результат досвіду Майкельсон треба сприймати як природний. [37]
Відомо, що це протиріччя між теорією та досвідом формально було усунуто гіпотезою Лоренца та Фіцджеральда. Але ця гіпотеза, виведена ad hoc, здається лише штучним засобом порятунку теорії. Досвід Майкельсона та Морлі виявив, що ці явища узгоджуються з принципом відносності навіть тоді, коли цього не можна було очікувати за теорією Лоренца. Тому створювалося враження, що від теорії Лоренца треба відмовитися, замінивши її теорією, яка ґрунтується на принципі відносності, бо така теорія дозволила б одразу передбачити негативний результат досвіду Майкельсона та Морлі. [38]
До висновку про скорочення розмірів тіл під час руху призводить негативний результат досвіду Майкельсона. Якби скорочення не відбувалося, то при повороті установки рівність т т / мала б порушитися. Тому важливо знати, з якою точністю порівнюються ці часи г і т у досвіді Майкельсона. Адже якби виявилося, що різниця в часах т і т, на яку взагалі можна очікувати, менша, ніж досягнута в установці точність порівняння, то, звичайно, на підставі негативного результату досвіду Майкельсона ми ніяк не могли б зробити висновків про скорочення поздовжніх розмірів тіл. [39]
На досвіді помітного усунення інтерференційних смуг виявлено був. Усунення носили випадковий характер і не перевищували 0 02 смуги, що лежало вмежах помилок спостережень. Вони могли б бути витлумачені як доказ повного захоплення ефіру тілами, але тоді вони вступили б у суперечність із результатами досвіду Фізо. Було зроблено кілька спроб пояснити негативний результат дослідів Майкельсона, не відмовляючись при цьому від уявлень про світовий ефір. Однією з них була балістична гіпотеза Ритца, згідно з якою до швидкості світлового променя, що випускається джерелом, що рухається, додається швидкість самого джерела, подібно до того, як до швидкості снаряда, випущеного з гармати корабля, що рухається, додається швидкість самого корабля. Однак балістична теорія була відкинута, оскільки вона зустрілася з нерозв'язними труднощами при поясненні дослідів типу Фізо, ефекту Доплера та результатів спостережень за подвійними зірками. [41]
Таким чином, у разі обертових систем уявлення про ефір, що покоїться, і в оптиці не суперечить експериментальним фактам. Але це аж ніяк не доводить існування ефіру, так само як і механічні явища - Коріолісові та відцентрові сили не доводять існування абсолютного простору (див. стор. Досвід Майкельсона і Гейла є оптичним аналогом досвіду з маятником Фуко. Він має значення остільки, оскільки він позбавляє підстави всі спроби пояснення негативного результату досвіду Майкельсона захопленням ефіру.Дійсно, важко уявити, що з поступальному русі Землі орбітою відбувається повне захоплення ефіру,а при обертанні Землі навколо своєї осі воно зовсім відсутнє. 42]
Вони показали, що знайти рух Землі щодо ефіру неможливо. Припущення у тому, що Земля захоплює прилеглий до неї ефір, не витримує критики, оскільки у разі видиміположення зірок зміщувалися б щороку і вперед, але не так, як це спостерігається насправді. Тоді при повороті інтерферометра на 90 довжина плеча змінюється так, що компенсується очікуваний ефект. Ця гіпотеза, висловлена Лоренцом 1892 р., зберігає привілейований характер певної системи відліку (ефіру) і пояснює негативний результат досвіду Майкельсона. [43]
Правда, нам ще далеко до того, щоб визначати тисячну частку секунди, але зрештою деякі вважають, що повна абсолютна швидкість Землі може бути набагато більшою за її швидкість щодо Сонця. Якщо вона дорівнювала, наприклад, 300 км/сек замість 30 км/сек, то цього було б достатньо, щоб явище стало спостеріганим. Думаю, що, міркуючи таким чином, ми допускаємо надто спрощену теорію аберації. Я переконаний, що те саме стосується і астрономічних процесів, як би далеко ми не просувалися в точності. Принаймні дані, які астрономія представить у цьому напрямі, стануть колись цінними для фізика. А поки теоретики зробили б корисну справу, будуючи теорію аберації, яка заздалегідь враховувала негативний результат досвіду Майкельсона. [44]
Травень - кельсона найпростіше було пояснити, припустивши повне захоплення ефіру Землею, що рухається. Майкельсона і зберегти ефір, Лоренц і незалежно від нього Фітцджеральд припустили, що всі тіла при русі щодо нерухомого ефіру зазнають скорочення в У. Але гіпотеза лоренцевського скорочення виявляє свою неспроможність при інтерпретації негативного результату виконаного Кеннеді і Торндайком дещо видозмінного досвіду Майке . До такого ж висновку наводить аналіз пізніших (і точніших) дослідів на основі ефектуМесбауера. Хоча подібні експерименти не могли бути виконані за часів Лоренца, він передбачав, що, подібно до досвіду Майкельсона, вони можуть дати негативний результат. Тому він запровадив ще одну гіпотезу про зміну ходу годинника при їх русі щодо ефіру. Нова теорія як пояснила негативний результат досвіду Майкельсона , а й призводила до принципової неможливості виявлення руху щодо ефіру. [45]