Главная > Физика > Введение в теорию относительности
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

Эксперимент Майкельсона - Морлея.

Основываясь на этом предположении, Майкельсон и Морлей поставили эксперимент, предназначенный для определения скорости Земли относительно привилегированной системы отсчета, в которой скорость света одинакова во всех направлениях. Основной идеей их эксперимента было сравнение наблюдаемых скоростей света в двух различных направлениях.

Перед тем как дать описание их экспериментальной установки, рассмотрим ожидаемые с точки зрения этой новой гипотезы результаты. Земля не может служить в качестве привилегированной системы отсчета, так как она постоянно испытывает гравитационное притяжение со стороны Солнца и в системе координат, связанной с центром инерции солнечной системы, имеет скорость порядка см/сек. Эта скорость испытывает изменение порядка см/сек в течение полугодз в системе отсчета, апроксимирующей инерциальную систему гораздо лучшг, чем система, связанная с Землей. Поэтому, если даже в некоторый момент времени движение Земли и совпадает с движением привилегированной системы отсчета, то через полгода скорость Земли по отношению к этой системе будет равна см/сек.

Во всяком случае по отношению к некоторой инерциальной системе Земля в течение полугода обладает с

коростью, не меньшей см/сек. Скорость света равна см/сек. Движение Земли можно обнаружить, если поставить эксперимент, в котором измерялась бы скорость света в двух перпендикулярных направлениях с относительной точностью, превышающей , и если этот эксперимент осуществляется в течение периода, превышающего 6 месяцев.

Обратимся теперь к описанию опыта Майкельсона-Морлея (фиг. 4).

Фиг. 4. Установка Майкельсона-Морлея.

Свет от земного источника разделяется на два луча в стеклянной пластинке Р, покрытой тонким слоем серебра. На примерно равных расстояниях от Р перпендикулярно друг к другу расположены два зеркала отражающие свет обратно к Р. Там лучи, отраженные от соединяются вновь и наблюдаются в зрительной трубе Так как свет, исходящий из проходит почти равные по величине пути, соответственно то наблюдаются интерференционные полосы, точное положение которых зависит от разности расстояний

До сих пор мы предполагали, что скорость света одинакова во всех направлениях. Если этого предположения не делать, то положение интерференционных полос в будет зависеть также и от разности скоростей в направлениях Предположим, что Земля, а с ней и аппаратура, движется в направлении со скоростью относительно «абсолютной» системы отсчета. Скорость света относительно прибора вдоль пути равна а вдоль пути равна Время, необходимое для прохождения пути , будет

Относительная скорость света, идущего по пути , также будет изменена. Пока свет проходит путь от Р до весь прибор смещается в сторону на расстояние

и истинное расстояние, проходимое светом, равно

На обратном пути свет проходит такое же расстояние. Время, за которое свет проходит путь равно поэтому

После поворота прибора на 90° вокруг его оси, время, необходимое для прохождения расстояний станет, соответственно, равно

Разности времени, за которое свет проходит два различных пути, соответственно до и после поворота аппаратуры, равны:

и

Изменение в обусловленное вращением аппаратуры, будет поэтому равно:

Мы разложим правую часть равенства (3.13) в ряд по степеням и ограничимся первым неисчезающим членом, поскольку величина порядка . Тогда получим приближенно:

Вследствие этого изменения следует ожидать смещения интерференционных полос в зрительной трубе. Отношение величины этого смещения к ширине полосы должно равняться разности деленной на период колебания световой волны :

Скорость Земли относительно «абсолютной? системы отсчета порядка см/сек поэтому порядка

; L - волновое число, которое для видимого света равно примерно Отсюда мы имеем:

При помощи многократного отражения Майкельсон к Морлей сумели довести эффективные расстояния до нескольких метров. После исключения ошибок, обусловленных такими причинами, как напряжения, температурные эффекты и т. п., обнаружилось, что отсутствует какой бы то ни было эффект.

Таким образом, возникла следующая трудность: не существует последовательной теории, согласующейся с экспериментами Физо, Майкельсона-Морлея и явлением аберрации света. В этом направлении было проделано много других экспериментов. Однако они не меняют существа дела, и мы их здесь не будем рассматривать. Требуются не дополнительные эксперименты, а новая теория, которая объяснила бы возникшие противоречия.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление