|
↓ Содержание ↓
↑ Свернуть ↑
| Следующая глава |
C != const !!!
Сама природа поставила эксперимент:
— У планеты Юпитер есть крупные спутники
— Один из них — Ио обращается вокруг Юпитера за то ли двое то ли трое с
копейками земных суток. И на одном из участков своей орбиты попадает в тень
Юпитера, что хорошо заметно с Земли по падению его блеска.
— Еще в XVII (или уже в XVIII ?) веке скандинавский астроном по фамилии Рёмер,
работая в парижской обсерватории и фиксируя моменты затмения Ио, обнаружил, что
условным летом этот момент наступает на четверть часа позже, чем условной
зимой.
— Из этого он сделал вывод, что скорость света C — конечна. Что за эти
четверть часа свет как раз и проходит расстояние равное диаметру орбиты Земли.
— Исходя из этого и зная диаметр орбиты Земли, Рёмер впервые в мире вычислил
скорость света.
: р б и
: о т
: . а
: . .
. : ио . | / .
. Юп . зима — (С) — лето
. : . . / | .
: . . |
: | . . |
: | З и |
: | е м л |
: | |
: |< — — — D — — — — — — >|
рис.1
Впрочем, это всем известно и никому особо не интересно. Однако...
Однако Рёмер так-же якобы обнаружил, что условной осенью и условной весной
меняется и интервал между затмениями Ио, видимый с Земли. Совсем немного -
на треть или даже четверть минуты, но меняется.
"Якобы" потому, что чтобы это обнаружить — вовсе не надо производить
никаких наблюдений. Вполне достаточно ранее установленного факта, что скорость
света конечна и мысленного эксперимента, который мы сейчас и проведём.
Итак:
— рассмотрим строго периодическую последовательность импульсов любой природы,
следующих с интервалом Т.
~~|~~~~~~~~~|~~~~~~~~~|~~~~~~~~~|~~~~~~~~~|~~~~~~~~~|~~~~~~~~~|~~~~~~~~~|~
:< — -T — ->: :
рис.2 :
:
— Рассмотрим вторую последовательность импульсов, до момента Т1 совпадающую с
первой, а после момента Т2 отстающую от неё по фазе на dT (или опережающую, как
на рис.3 — не важно.) :
:
~~|~~~~~~~~~|~~~~~~~~~|~ Т1 ... Т2 ~|~~~~~~~~~|~~~~~~~~~|~~~~~~~~~|~
:< — -T — ->: : : :< — -T — ->:
рис.3 ->:-:< — dT —
— Совершенно очевидно, что чтобы появился этот сдвиг фазы dT — один из
межимпульсных интервалов между моментами Т1 и Т2 должен быть короче на dT.
Или же два интервала — короче на dT/2 каждый; или три — на dT/3... Или все по
чуть-чуть.
Теперь:
— рассмотренные импульсы это "засечки" на идущем от Юпитера луче света,
создаваемые затмениями Ио. И делящие этот луч на отрезки.
— Первая последовательность — это то, что мы наблюдаем в точке "зима" рис.1.
Или в точке "лето".
Вернее, должны бы наблюдать, если бы находились там постоянно, а Юпитер был
бы неподвижен. Впрочем, он и так почти неподвижен: обращаясь вокруг Солнца лет
за десять, сместится за каждый из наших условных сезонов едва на одну
сороковую. Что даст эффекты второго порядка малости, которыми в столь грубом
эксперименте корректно пренебречь. Мы же вот нарошно даже точными цифрами не
интересуемся! Ибо важны лишь качественные эффекты. А кому интересно — сам
посмотрит в справочнике. И вообще: наш эксперимент — мысленный В реале-же, где
Юпитер так просто не остановишь, каждый из наших условных сезонов просто будет
несколько длиннее — вот как раз на одну сороковую года.
— Вторая последовательность — то, что видит наблюдатель, движущийся вместе с
Землёй по её орбите. Соответственно до момента Т1 — условное лето, после
Т2 — условная зима, а между Т1 и Т2 — условная осень. И мы установили,
что осенью хотя бы некоторые периоды будут короче чем Т. (Обозначим их буквой
Т' — со штрихом.) А весной, когда dT в другую сторону — соответственно длиннее.
(Обозначим буквой T" — с двумя штрихами.)
Следовательно:
— для T', которое < T и скорость C' будет > C.
— а для T" и C" — всё наоборот.
Это очевидно?
Если нет — продолжим.
Для наблюдателей, неподвижно сидящих в точках "зима" и "лето", луч,
движущийся мимо них от Юпитера выглядит совершенно одинаково. (Разве что со
сдвигом.) Во времени он разбит на интервалы длительностью Т, а в пространстве -
на отрезки, длительностью L.
Если бы была возможность измерить это L, то скорость света C = L / T.
Но такой возможности нет. Зато можно (косвенными методами) определить D
(расстояние между наблюдателями "зима" и "лето") и измерив вызванное наличием
этого расстояния запаздывание dT, посчитать C как D / dT, что и сделал Рёмер.
Заметим, что луч света с засечками, движущийся от Юпитера мимо всех трёх
наблюдателей — "зима", "лето" и сидящего на Земле — один и тот же. Поэтому если
для двух неподвижных (относительно Юпитера) длина отрезков луча L = C*T одна и
та же, то нету никаких оснований полагать, что для третьего, движущегося
вместе с Землёй, наблюдателя, она другая.
А коли так, то есть если L для всех троих одна и та же, а времена T, T' и T",
за которые эта L проходит мимо наблюдателя отличаются, то отличаются и
скорости C, C' и C", с которыми свет проходит мимо него.
Таким образом, скорость света в вакууме (а между планетами у нас вакуум, не
так ли?), причем, заметим: ГРУППОВАЯ скорость, не является мировой константой.
А подчиняется обычному закону сложения скоростей (в данном случае со скоростью
движения третьего наблюдателя — орбитальной скоростью Земли) в точности так же,
как и любая другая скорость.
Из за чего сыр-бор?
Из за "теории относительности" Эйнштейна.
Центральный постулат которой гласит, что скорость света — мировая константа:
одинакова в любой инерциальной системе отсчета.
А мы убедились что это не так: эксперимент наш — мысленный, условия его
проведения — идеальные: Юпитер — неподвижен; наблюдатели "зима" и "лето" -
тоже. Наблюдатель "осень" движется равномерно и прямолинейно с орбитальной
скоростью Земли (порядка 30 км/сек). Так что все системы отсчета -
инерциальные.
Для того чтобы скорость света...
(В вакууме, естественно: мы говорим о скорости света только и исключительно
в вакууме! В различных средах, например в стекле, или даже в воздухе, она
разумеется меньше во столько раз, какова оптическая плотность этой среды.)
...Итак, для того чтобы скорость света в разных, в том числе движущихся друг
относительно друга системах отсчета была одинакова "теория относительности"
предлагает считать, что это время в них течет по-разному. И для него — для
временных интервалов, а так же длин — интервалов пространственных — вводится
релятивистская поправка. Выведенная, к слову сказать, вовсе не Эйнштейном, а
Пуанкаре и Лоренцем для совершенно других целей. (Или даже позаимствованная ими
у кого-то еще.) Типа: sqrt( 1 — (V^2 / C^2) ), где V — относительная скорость
систем отсчета.
Ну так для орбитальной скорости Земли, примерно равной 30 км/с = 3e4 м/с
и скорости света C=3e8 м/с, эта поправка будет отличаться от единицы на 5e-9.
Соответственно, если период обращения Ио вокруг Юпитера порядка трёх суток,
например 26e4 секунд, то релятивистская поправка к этому интервалу будет
порядка 1.3 миллисекунды, а вовсе не 26 секунд, как следует из классической
Галилеевой теории относительности.
За сим эйнштейнова гипотеза должна была быть отвергнута что называется "с
порога" в виду разительного противоречия его исходного постулата реальной
действительности.
Более того: слова "теория" в её названии — незаконно.
Речь идёт естественно о "специальной теории относительности". Но есть еще
"общая". Её (видимо из скромности) не преподают ни в школьном ни в ВУЗ`овском
курсе физики даже для физиков-профессионалов. Например на радиофизическом
факультете Горьковского госуниверситета им.Лобачевского (где учился автор
настоящих заметок) — точно нет. И он (то есть я) не дал себе труда подробно с
нею ознакомиться, исходя из принципа, что если окорок протух, то чтобы в этом
убедиться не надо есть его целиком.
Однако, если "общая теория относительности" является обобщением и
расширением "специальной" и/или включает её в себя как предельный случай, то
она тоже является заведомо ложной.
Откуда ноги растут?
Из опыта Майкельсона-Морли.
Физики по большому счету занимаются тем, что строят модель Мироздания.
И новые части этой модели сперва частенько сооружают по-аналогии с уже
известными.
Так, если свет проявляет свойства волн (а он таки их проявляет, в виде
явлений дифракции и интерференции), то логично представлять его себе аналогом
других уже известных волн, например звуковых.
Если кто вдруг забыл, то "дифракция" это огибание волной препятствия. Правда
размерами порядка длины самой этой волны, но всё же... То есть пуля (частица)
за угол нипочем не залетит, а волна — как и бумеранг — может. А
"интерференция" это наложение двух или более волн, как правило пришедших с
разных направлений. Там где волны оказываются "в фазе" они складываются, а где
"в противофазе" — взаимно ослабляют друг дружку вплоть до полного нуля. Со
звуковыми и радиоволнами этот фокус легко получается с использованием
нескольких разных источников; со светом — хуже: заставить интерферировать свет
от разных источников не удаётся. Возможно потому, что не удаётся добиться их
синхронизации по частоте и фазе. А свет от одного источника, прошедший разными
путями — пожалуйста. Но опять же с разностью хода не больше некой "длины
когерентности".
Звуковым, да и любым другим волнам нужна среда, в которой они
распространяются. Пусть для света (и за одно для радиоволн) это будет "эфир",
аналог воздуха, но заполняющий собою весь Космос. Весьма упругий и даже
жесткий, но почему-то не препятствующий движению сквозь него материальных тел.
Воздух, впрочем, тоже не препятствует — пока скорости этих тел достаточно
низкие, или пока ветер не подует...
В ходе вышеназванного эксперимента пытались обнаружить вот этот самый
эфирный ветер. Вызванный перемещением Земли через пространство: она же как
минимум движется по своей орбите вокруг Солнца, а кроме того вместе со всех
Солнечной системой — вокруг центра галактики. Этот ветер должен "сносить"
распространающиеся через эфир волны, и скорость света в разных направлениях
должна немножко различаться.
Идея опыта такова: пустим один луч света вдоль эфирного ветра, а второй -
поперёк; отразим от зеркал — вернём назад, сведём вместе и сравним. Как
сравним? Пусть интерферируют. Но мы же не знаем в каком направлении дует
эфирный ветер! Будем всю установку поворачивать, пока не добьёмся эффекта.
Правда получится только в одной плоскости. Но ничего — она еще сама собою будет
поворачиваться вместе с вращением Земли.
И вот взяли круглый бассейн, наполнили его ртутью и пустили туда плавать
каменную плиту. На ней установили источник света; луч от него направили на
делительный кубик, в результате чего один лучик пошел прямо, а второй -
направо. Там поставили по зеркалу — свели лучи опять вместе на том же
делителном кубике. И то, что получилось стали наблюдать через поставленный
слева от кубика мелкоскоп.
(На самом деле, чтобы удлинить плечи этого интерферометра... Ну мы же
собираемся наблюдать результат интерференции двух лучей, прошедших разными
путями — значит это "интерферометр"! Так вот: чтобы удлинить плечи, лучи
заставили бегать туда-сюда несколько раз, понаставив дополнительных зеркал.
Но это непринципиально.)
Но ведь свет проходит одно и то же расстояние как против ветра так и по
ветру — никакого эффекта не будет!
На самом деле эффект всё же есть: чтобы было понятней, рассмотрим как
течением реки сносит лодку (а не свет эфирным ветром):
Туристы живут в палатке на берегу как реки, так и дли-и-нного озера. (Может
канала, а может старицы всё той же реки.) А на другом конце этого озера -
деревня. И вот у них кончилась... Ну например соль. И они посылают за ней
гонца в деревенский магазин. Он берёт байдарку и... Только вот как лучше
плыть — по реке или по озеру? (В смысле — как быстрее?) Скорость-то
относительно воды одинаковая. Но в озере течения нет, а в реке — есть. И в одну
сторону оно помогает плыть а в другую — мешает. (Эффектом уставания гребца
пренебрегаем.) А расстояние — одинаковое.
Оказывается, лучше плыть по озеру: течение реки мешает плыть в течении
большего времени нежели помогает. Именно потому, что турист проскочит
расстояние до деревни по течению быстрее, чем назад — против.
Кто не верит — может честно посчитать.
Со светом — то же самое: при движении света вдоль направления эфирного ветра
появится дополнительная задержка и интерференциальные полоски сдвинутся.
А полоски в поле зрения мелкоскопа образуются потому, что обе половинки луча
совмещаются хоть чуть-чуть но под углом. (И поэтому в пределах поля зрения
разность их фаз несколько раз меняется от нуля до максимума.) Если бы они
совмещались точно — была бы одна большая "полоса" во всё поле зрения. И при
введении задержки в один из лучей оно бы то просветлялось то затемнялось.
Эксперимент очень сложный и "тонкий": длина плеч интерферометра на каменной
плите должна быть в точности одинакова. Тогдашние источники света излучали не
одну непрерывную волну, как современный лазер, а маленькими кусочками -
"цугами". Да и лазер — тоже кусочками. Но у хорошего лазера величина такого
кусочка — "длина когерентности" может достигать десятков сантиметров. А дальше
фаза всё равно уплывает и интерференция участков такого луча, взятых на
расстоянии больше этой самой длины когерентности — не получается. У так-себе
лазера это могут быть и доли миллиметра. А у тогдашних источников, типа свечки
— дай бог микроны!
Чувствительность... Чувствительность интерферометра — доли длины волны. А она
для зелёного — пол микрона. Для красного — побольше, для синего — поменьше.
Но крайние всё равно отличаются всего-то раза в два. Например 0.35 и 0.7 мкм.
Я тут прикинул (задачка ей богу для четвёртого класса средней школы) что если
плечо интерферометра — метров двадцать пять (а у них вроде бы что-то такое и
было) то смещение полосатой интерференционной картинки на одну полосу
произойдёт при разнице в плечах на 10^-4 от скорости света. То есть как раз на
величину орбитальной скорости Земли. А при развороте на 90 градусов эта
разница будет в другую сторону — значит смещение на две линии. Да и заметить
можно смещение и на половину линии и на четверть, а если в поле зрения
мелкоскопа предусмотрена шкала, как в биноклях иногда делают, то и наверно
|
↓ Содержание ↓
↑ Свернуть ↑
| Следующая глава |
