Теорія відносності

План
1. Загальні зауваження
2. Абсолютно чи відносно?
3. Експеримент Майкельсона-Морлі

Загальні зауваження
У цьому розділі йдеться про першу революцію в науковому мисленні, яку спричинили відкриття двадцятого століття. На жаргоні фізика зміст усіх попередніх розділів об'єднує поняття класичної фізики, щоб відрізнити цю стару фізику від новітніх, сучасних теорій, до яких ми і переходимо.
Ідеї відносності зустріли спочатку сильний опір як з боку фізиків, так і з боку філософів. Фізики зустріли нову гіпотезу критично, як завжди вони зустрічають нову ідею, поки вона не пройшла їхніх вимог потрійного іспиту. По-перше, вона повинна залишати недоторканими успіхи попередньої роботи і не знецінювати тих пояснень результатів спостережень, що використовувалися для обґрунтування більш ранніх ідей. По-друге, вона повинна задовільно пояснювати нові дані, що поставили під сумнів попередні ідеї і спричинили виникнення нових гіпотез. І, по-третє, вона повинна прогнозувати нові явища або нові співвідношення між різними явищами, які до цього часу були ще невідомими або не до кінця зрозумілими.
Цей процес потребував деякого часу, тому що врахування відносності є важливим лише для об'єктів, що рухаються зі швидкістю, порівнянною зі швидкістю світла. Оскільки подібні об'єкти не завжди доступні для спостереження, то не було достатніх можливостей для перевірки, до того ж у багатьох випадках досліди вимагали дуже складних спостережень високої точності. Із того часу частинки, що рухаються з високими швидкостями, стали звичайними в будь-якій фізичній лабораторії. Тепер ми не можемо сприймати незначні зміни в поведінці частинок, для виявлення яких потрібні вимірювання високої точності, як несуттєві; релятивістські особливості їхнього руху пов'язані з великими ефектами, якими неможливо знехтувати. Простіше кажучи, проектуючи обладнання для фізичних досліджень, інженери змушені конструювати пристрої вартістю в багато мільйонів доларів, що пов'язано винятково з релятивістським характером руху частинок. Навряд чи схильні вони вважати це результатом марного або помилкового вигадництва. Сьогодні жоден фізик, практично ознайомлений з дослідами над швидкими частинками, не буде заперечувати принципи теорії відносності.
Заперечення філософів виникали тому, що теорія відносності започаткувала перегляд положень, які вважалися сферою філософії. Піддавалося сумніву право фізиків заперечувати ідеї, які філософи вважали очевидними й незаперечними істинами.
Але тепер, здається, є уже загальновизнаним фактом, що наші уявлення про простір і час пов'язані безпосередньо з пізнанням зовнішнього світу і багато положень, які ми вважаємо очевидними, справедливі лише в межах нашого повсякденного досвіду. Вони можуть виявитися необґрунтованими упередженнями, якщо поширити їх на ситуації, незвичні для нас.
В історії фізики такі випадки — звичайна справа. Відкриття факту, що Земля обертається навколо своєї осі й навколо Сонця, суперечило механічній інтуїції, заснованій на повсякденному досвіді. Коли ми довідуємося в школі про протидію, яку чинили спочатку цій ідеї, то середньовічні вчені, що не могли сприйняти її, здаються нам людьми з обмеженим кругозором. Але ми легко сприйняли цю думку лише тому, що звикли до неї з найперших своїх кроків і сприйняли її до того, як наш критицизм став досить розвинутим, щоб серйозно її обмірковувати.
Ідея закону Галілея про те, що тіло, яке рухається, прагне продовжити свій рух, суперечить повсякденному досвіду й спочатку цілком законно зазнавала критики тогочасних фізиків. З великими труднощами сприймали цю ідею мислителі, намагаючись узагальнити абстрактні ідеї про рух.
Той факт, що світло поширюється із скінченною швидкістю, також суперечить нашої інтуїції. Важко звикнути навіть до того, що швидкість звуку теж скінченна, і коли ми спостерігаємо за людиною, що рубає десь далеко від нас ліс, і звук удару доходить до нас після того, як ми побачимо падіння сокири, то для осмислення цієї незвичайної ситуації потрібно свідомо напружити думку. Ще більше ми звикли покладатися на свої очі, вважаючи, що інформація, яку вони дають нам про зовнішній світ, — це правдиве повідомлення про події, які відбуваються в той момент, коли ми дивимося, У повсякденному досвіді на поверхні Землі немає нічого, що могло б зруйнувати цю ілюзію, але трьохсотрічний досвід астрономії і пізніші методи надзвичайно точного вимірювання часу змусили нас визнати, що швидкість світла скінченна.
Хвильова природа світла створює для нашої інтуїції подібні труднощі. Тільки завдяки свідомому зусиллю розуму ми спроможні визнати, що через дифракцію хвиль світла на різкій межі світло дійсно огинає перешкоду.
Таким чином, кожне нове досягнення науки змушує нас покінчити зі своїм якимось глибоко укоріненим упередженням, але, напевно, усі попередні досягнення, за винятком закону Галілея, засвоювалися легше, тому що ми могли пояснити їх мовою знайомих механічних моделей. Наприклад, скінченність швидкості звуку підготувала нас до визнання скінченності швидкості світла. Поводження світлових хвиль можна наочно уявити собі, спостерігаючи брижі на поверхні ставка, відмінності лише в масштабі, але ці аналогії не придатні для засвоєння ідей теорії відносності.
Імовірно, утвердження теорії відносності трохи затрималося також через назву, тому що вона наводить на думку про зв'язок із філософською концепцією відносності, відповідно до якої будь-яка істина розглядається як відносна. Як ми побачимо, немає нічого більш далекого від змісту нових досягнень теорії. У теорії відносності закони фізики мають точну й абсолютну форму, лише деякі положення, які наша інтуїція сприймала як абсолютні, виявляються упередженням.
Абсолютно чи відносно?
Два моряки, Джо і Мо, після аварії корабля опинилися на безлюдному острові. Пройшло кілька років. Одного разу Джо знайшов пляшку, яку хвилі викинули на берег. Це була одна з нових величезних пляшок з-під " Кока-коли". Джо сполотнів.
"Гей, Мої" — крикнув він. "Ми з тобою зменшилися!"
Із цього жарту можна дістати серйозний урок: говорити про розміри будь-якого об'єкта не можна інакше, як порівнюючи їх із розмірами чого-небудь іншого. Ліліпути вважали Гуллівера велетнем. Мешканцям Бробдингнега Гуллівер здавався малесеньким. Куля для більярду велика чи мала? Зрозуміло, вона надзвичайно велика порівняно з атомом, але вкрай мала порівняно із Землею.
Жуль Анрі Пуанкаре, відомий французький математик дев'ятнадцятого століття, який передбачив багато положень теорії відносності, підійшов до вирішення цього питання в такий спосіб (учені називають його спосіб підходу "уявним експериментом": це експеримент, який можна уявити, але насправді не можна виконати). Уявіть собі, говорить він, що вночі, коли ви міцно спите, усе у Всесвіті стало в тисячу разів більшим, ніж колись. Говорячи все, Пуанкаре має на увазі справді все: електрони, атоми, довжини хвиль світла, вас самих, ваше ліжко, ваш будинок, Землю, Сонце, зірки. Чи зможете ви сказати, коли прокинетеся, що відбулися якісь зміни? Чи можна провести такий експеримент, який ловів би, що ви змінилися в розмірах?
Ні, говорить Пуанкаре, такого експерименту провести не можна. Справді, Всесвіт виявився б таким, яким і був колись. Було б безглуздо навіть говорити, що він став більшим. "Більше" — це значить більше відносно чогось іншого. У цьому випадку чогось іншого немає. Настільки ж безглуздо було б говорити, що весь Всесвіт зменшився у своїх розмірах.
Розміри, таким чином, є відносними. Не існує абсолютного способу визначення розмірів якого-небудь об'єкта і не можна сказати, що він має такі-то й такі-то абсолютні розміри. Визначити розмір можна, використовуючи інші мірки, такі як лінійка або метровий стрижень. Але яка довжина метрового стрижня? До 1 січня 1962 року метр визначали як довжину конкретного платинового бруска, що зберігався при постійній температурі в підвалах Севру, у Франції. З Ісічня 1962 року новим стандартом метра стала довжина, що становить 1650763,73 довжини хвиль жовтогарячих променів, які випромінює у вакуумі атом криптону-86. Звичайно, якщо все у Всесвіті, включаючи і довжину хвилі цього випромінювання, збільшиться або зменшаться в одній і тій же пропорції, то ніяким експериментальним способом не вдасться помітити цю зміну.
Те ж саме є вірним і стосовно інтервалів часу. "Багато" чи "мало" часу потрібно Землі для того, щоб один раз обернутися навколо Сонця? Маленькій дитині проміжок часу від одного Нового року до іншого здається вічністю. Геологу, що звик мислити періодами, що тривали мільйони років, один рік здається всього лише однією миттю. Інтервал часу, як і відстані в просторі, неможливо виміряти інакше, як порівнюючи його з яким-небудь іншим відрізком часу. Рік визначається періодом обертання Землі навколо Сонця; день - часом, необхідним для одного оберту Землі навколо своєї осі; година — часом, протягом якого велика стрілка годинника робить один оберт. Завжди один інтервал часу вимірюється шляхом порівняння його з іншим.
У Г. Уеллса є відоме науково-фантастичне оповідання під назвою "Новий прискорювач". З нього можна засвоїти такий же урок, як і із жарту про двох моряків, але тільки урок цей стосується не простору, а часу. Один учений відкриває спосіб прискорення всіх процесів у своєму організмі. Його серце б'ється частіше, його мозок працює швидше і так далі. Ви здогадуєтеся, що станеться. Усе у світі буде здаватися йому уповільненим — майже до повної зупинки. Учений виходить погуляти й рухається повільно, щоб через тертя об повітря не загорілися його штани. Вулиця заповнена людьми-статуями. Чоловік застигнув у спокої у той момент, коли, обганяючи двох дівчат, підморгнув їм. У парку грає оркестр, видаючи низьке, хрипке деренчання. Бджола дзижчить у повітрі, рухаючись зі швидкістю слимака.
Давайте проведемо ще один уявний експеримент. Припустимо, що в певний момент усе в космосі починає рухатися повільніше чи швидше або повністю зупиняється на кілька мільйонів років, починаючи потім рухатися знову. Чи вдасться помітити цю зміну? Здійснити такий експеримент, звичайно, неможливо. Час, як і відстані в просторі, відносний.
Багато інших понять, які відомі нам з повсякденного життя, теж відносні. Розглянемо поняття "нагору" й "униз". У минулі століття людям було нелегко зрозуміти, чому людина з протилежного боку Землі висить униз головою, а вся кров не приливає їй до голови. Діти й тепер стикаються з такими труднощами, довідавшись уперше, що Земля кругла.
Якби Земля була з прозорого скла й ви змогли глянути в телескоп прямо крізь неї, то ви справді побачили б людей, які стоять униз головою ногами на склі. Тобто вам здавалося б, що вони стоять униз головою стосовно вас. Зрозуміло, їм здавалося б, що ви стоїте вниз головою стосовно них. На Землі напрямок "угору" — це напрямок від центра Землі. Напрямок "униз" — до центра Землі. У міжзоряному просторі немає абсолютного верху й низу, оскільки там немає планети, яка могла б бути "системою відліку".
Уявімо собі космічний корабель у формі величезного бублика, що рухається в Сонячній системі. Він обертається, так що відцентрова сила створює штучне гравітаційне поле. Перебуваючи всередині корабля, космонавти можуть ходити по зовнішній стінці цього бублика, як по підлозі. Для них "униз" — це від центра корабля, "нагору" — до центра, тобто прямо протилежно тому, що має місце на планеті, яка обертається.
Таким чином, ви бачите, що у Всесвіті немає абсолютного "верху" й "низу". Угору й вниз — це напрямки стосовно напрямку дії гравітаційного поля. Було б безглуздо говорити, що, поки ви спали, увесь Всесвіт перевернувся вгору ногами, оскільки немає нічого такого, що могло б бути системою відліку при вирішенні питання про те, яке положення зайняв Всесвіт.
Інший тип зміни, яка також є відносною, — це зміна об'єкта за умови його дзеркального відображення. Якщо заголовну букву R надрукувати навпаки, як Я, то ви відразу ж побачите, що це дзеркальне відображення букви R. Але якщо весь Всесвіт (включаючи вас) раптово стане дзеркально відображеним, то у вас не буде способу виявити подібні зміни. Звичайно, якби тільки одна людина перетворилася у своє дзеркальне відображення (про це Г. Уеллстакож написав оповідання під назвою "Розповідь Плеттнера"), а Всесвіт залишився б колишнім, то їй здалося б, що все стало навпаки. Щоб прочитати книгу, вона повинна була б підносити її до дзеркала, подібно до Аліси в Задзеркаллі, якій вдавалося читати надруковану дзеркально відображеними буквами поему, тримаючи її перед дзеркалом. Але якби усе стало навпаки, то ніякий експеримент не виявив би цих змін.
Чи абсолютний рух? Чи існує який-небудь клас експериментів, який би напевно встановив, рухається об'єкт чи перебуває у стані спокою? Чи є рух ще однією відносною категорією, пізнати яку можна, тільки зіставляючи місце розташування одного предмета з місцем розташування іншого? Чи ж руху властиве щось своєрідне, що робить його відмінним від відносних категорій, розглянутих вище?
Експеримент Майкельсона-Морлі
Чи відносний рух? Після деяких міркувань ви могли б схилитися до відповіді: "Так, звичайно!" Уявіть собі потяг, що рухається на північ зі швидкістю 60 км/год. Людина в потязі йде на південь зі швидкістю 3 км/год. У якому напрямку вона рухається і яка її швидкість? Зовсім очевидним є те, що на це питання не можна відповісти, не вказавши системи відліку. Стосовно потяга людина рухається на південь зі швидкістю 3 км/год. Стосовно Землі вона рухається на північ зі швидкістю 60 мінус 3, тобто 57 км/год.
Чи можна сказати, що швидкість людини стосовно Землі (57 км/год.) є її справжньою, абсолютною швидкістю? Ні, тому що існують й інші, ще більш великомасштабні системи відліку. Рухається сама Земля. Вона обертається навколо своєї осі й у той же час рухається навколо Сонця. Сонце разом із усіма своїми планетами рухається всередині Галактики. Галактика обертається й рухається відносно інших галактик. Галактики, у свою чергу, утворюють скупчення галактик, що рухаються одна відносно іншої. Ніхто не знає, наскільки далеко можна продовжити цей перелік рухів. Немає очевидного способу визначити абсолютний рух якого-небудь предмета; інакше кажучи, немає такої фіксованої, остаточної системи відліку, стосовно якої можна було б вимірювати всі рухи. Рух і спокій, подібно великому й малому, швидкому й повільному, верху й низу, лівому й правому, очевидно, цілком відносні. Немає іншого способу виміряти рух якогось предмета, окрім як порівняти його рух з рухом іншого предмета.
На жаль, це не так просто! Якби можна було обмежитися лише тим, що вже сказано про відносність руху, то Ейнштейну не довелося б створювати теорію відносності.
Причина труднощів у тому, що існує два дуже простих способи виявлення абсолютного руху. В одному з методів використовуються властивості світла, в іншому — різноманітні явища інерції, що виникають при зміні траєкторії або швидкості руху предмета, який рухається. Спеціальна теорія відносності Ейнштейна має справу з першим методом, а загальна теорія відносності — із другим. У цьому і у двох наступних розділах розглядатиметься перший метод, який використовує властивості світла й може стати ключем до розуміння абсолютного руху.
У дев'ятнадцятому столітті, ще до Ейнштейна, фізики вважали, що простір наповнений особливою нерухомою і невидимою речовиною — ефіром. Часто його називали "світлоносним" ефіром, маючи на увазі, що він є носієм світлових хвиль. Ефір заповнював увесь Всесвіт.
Він проникав у всі матеріальні тіла. Якби вдалося відкачати з-під скляного дзвона все повітря, то він наповнився б ефіром. А як інакше світло могло 6 пройти через вакуум? Світло — це хвильовий рух. Отже, повинно існувати щось, у чому відбуваються коливання. Сам ефір, хоч у ньому й відбуваються коливання, не рухається стосовно матеріальних предметів, скоріше, усі предмети рухаються крізь нього, подібно руху сита у воді. Абсолютний рух зірки, планети або якого-небудь іншого предмета стане зрозумілішим (у цьому фізики тієї епохи були впевнені), якщо цей рух розглядати відносно такого нерухомого, невидимого ефірного моря.
Але, запитаєте ви, якщо ефір — нематеріальна субстанція, яку не можна побачити, почути, відчути на дотик, запах чи спробувати на смак, то як можна розглядати рух, наприклад, Землі відносно нього? Відповідь проста. Вимірювання можна виконати, порівнявши рух Землі з рухом світлового пучка.
Щоб зрозуміти це, розглянемо спочатку природу світла. Насправді світло — це лише невелика видима частина спектра електромагнітного випромінювання, до складу якого входять радіохвилі, ультракороткі хвилі, інфрачервоне світло, видиме світло, ультрафіолетове світло й гамма-промені. Ми використовуємо слово "світло" для позначення будь-якого типу електромагнітного випромінювання, тому що це слово коротше, ніж "електромагнітне випромінювання". Світло — хвильовий рух. Фізики минулого вважали, що вивчати такий рух, не беручи одночасно до уваги матеріальний ефір, настільки ж абсурдна справа, як і досліджувати хвилі на воді, забуваючи про саму воду.
Якщо вистрілити з реактивного літака, що рухається, у напрямку його руху, то швидкість кулі відносно Землі буде більшою, ніж швидкість кулі, випущеної з рушниці на Землі. Швидкість кулі відносно Землі є результатом додавання швидкості літака й швидкості кулі. У випадку ж світла швидкість пучка не залежить від швидкості предмета, який це світло випромінює. Цей факт переконливо довели експериментально наприкінці дев'ятнадцятого й на початку двадцятого століття, і з того часу він не одноразово підтверджувався. Останню перевірку було проведено в 1955 р. радянськими астрономами, які використовували світло від протилежних країв Сонця, яке постійно перебуває в обертальному русі. Один край нашого Сонця завжди рухається до нас, а інший — у протилежний бік. Було встановлено, що світло від обох країв приходить до Землі з однаковою швидкістю. Подібні досліди проводилися і десятиліття назад зі світлом від подвійних зірок, які теж обертаються. Незважаючи на рух джерела, швидкість світла в порожнечі завжди однакова: вона становить майже 300000 км/сек.
Очевидно, цей факт дає ученому (будемо називати його спостерігачем) спосіб для обчислення своєї абсолютної швидкості. Якщо світло поширюється через нерухомий, незмінний ефір з відомою швидкістю с і якщо ця швидкість не залежить від швидкості руху джерела, то швидкість світла може слугувати еталоном для визначення абсолютного руху спостерігача. Спостерігач, який рухається в тому ж напрямку, що й пучок світла, повинен був би виявити, що пучок проходить повз нього зі швидкістю, меншою ніж с; спостерігач же, який рухається назустріч пучку світла, повинен був би відзначити, що пучок наближається до нього зі швидкістю, більшою ніж с. Іншими словами, результати вимірювання швидкості світла повинні були 6 змінюватися в залежності від руху спостерігача відносно пучка. Ці зміни відображали 6 його (спостерігача) справжній, абсолютний рух крізь ефір.
Описуючи це явище, фізики часто вдаються до поняття "ефірного вітру". Щоб зрозуміти зміст цього терміна, розглянемо знову потяг, який рухається. Ми встановили, що швидкість людини, яка рухається всередині потяга зі швидкістю 3 км/год., завжди однакова стосовно потяга й не залежить від того, у бік локомотива чи до кінця потяга вона йде. Це справедливо і для швидкості звукових хвиль усередині закритого вагона. Звук — хвильовий рух, який передається завдяки молекулам повітря. Оскільки повітря міститься всередині вагона, звук усередині вагона буде поширюватися на північ з тією ж швидкістю (стосовно вагона), що і на південь.
Стан речей зміниться, якщо ми перейдемо із закритого пасажирського вагона на відкриту платформу. Повітря вже не ізольоване всередині вагона. Якщо потяг рухається зі швидкістю 60 км/год, то уздовж платформи у зворотному напрямку дме вітер зі швидкістю 60 км/год. Через цей вітер швидкість звуку в напрямку від кінця до початку вагона буде менша, ніж нормальна. Швидкість звуку у зворотному напрямку буде більшою від нормальної.
Фізики дев'ятнадцятого століття були впевнені, що ефір повинен поводитися, як і вітер, що дме на платформі, яка рухається. Хіба може бути інакше? Якщо ефір нерухомий, то будь-який предмет, який рухається в ньому, повинен зіткнутися з ефірним вітром, що дме в протилежному напрямку. Світло — хвильовий рух у нерухомому ефірі. На швидкість світла, яка вимірюється з предмета, що рухається, повинен, звичайно, впливати ефірний вітер.
Земля переміщується в просторі по своїй орбіті навколо Сонця зі швидкістю близько ЗО км/сек. Цей рух, розмірковували фізики, повинен спричинити ефірний вітер, що дме назустріч Землі в проміжках між її атомами зі швидкістю ЗО км/сек. Щоб виміряти абсолютний рух Землі (швидкість її руху щодо нерухомого ефіру), необхідно лише виміряти швидкість, з якою світло проходить якусь певну відстань на земній поверхні туди й назад. Унаслідок впливу ефірного вітру світло буде рухатися в одному напрямку швидше, ніж в іншому. Порівнявши швидкості світла, випроміненого в різних напрямках, можна було б обчислити абсолютний напрямок і швидкість руху Землі в будь-який заданий момент. Цей експеримент уперше запропонував у 1875 р за 4 роки до народження Ейнштейна великий шотландський фізик Джемс Кларк Максвелл.
У 1881 p. Альберт Абрагам Майкельсон, на той час молодий офіцер Військово Морського флоту Сполучених Штатів, провів саме такий експеримент. Майкельсон народився в Німеччині, його батьки — поляки. Батько Майкельсона переїхав до Америки, коли сину було два роки. Після закінчення Військово-Морської академії в Ан-наполісі й дворічної морської служби Майкельсон починає викладати фізику й хімію в цій же академії. Узявши тривалу відпустку, він їде навчатися до Європи. У Берлінському університеті, у лабораторії відомого німецького фізика Германа Гельмгольца, молодий Майкельсон уперше спробував виявити ефірний вітер. На превеликий подив, у жодному напрямку компаса він не знайшов розбіжностей у швидкості, з якою світло проходило шлях туди й назад. Це було схоже на те, як нібито риба відкрила б, що вона може плисти в будь-якому напрямку в морі, не відчуваючи руху води щодо свого тіла; або як нібито пілот, що летить з відкритим ковпаком кабіни літака, не помічає вітру, що дме йому в обличчя.
Видатний австрійський фізик Ернст Мах уже тоді критикував уявлення про абсолютний рух крізь ефір. Прочитавши опублікований звіт Майкельсона про дослід, він негайно зробив висновок, що уявлення про ефір треба відкинути. Однак більшість фізиків відмовилися зробити такий сміливий крок. Прилад Майкельсона був недосконалий, було достатньо підстав вважати, що експеримент, проведений за допомогою більш чутливої апаратури, дасть позитивний результат. Так вважав і сам Майкельсон. Не знайшовши помилок у своєму досліді, він прагнув повторити його.
Майкельсон відмовився від військово-морської служби й обійняв посаду професора в Кейсівській школі прикладних наук (тепер Кейсівський університет) у Клівленді, штат Огайо. Поблизу, в університеті Західної Території, викладав хімію Едвард Вільям Морлі. Двоє чоловіків стали добрими друзями. "Зовні, — пише Бернард Яффі в книзі "Майкельсон і швидкість світла", — ці двоє учених являли собою зразок контрасту... Майкельсон був красивий, ошатний, завжди бездоганно виголений. Морлі, м'яко кажучи, був недбалий в одязі і являв собою приклад незібраного професора... Він дозволяв волоссю відростати доти, поки воно не починало завиватися на плечах, і був власником безладної рудої щетини, яка росла майже до вух".
У 1887 р. в підвалі лабораторії Морлі вчені разом зробили другу, більш точну спробу виявити невловимий ефірний вітер. їх досвід, відомий як експеримент Майкельсона-Морлі, - один із поворотних пунктів у сучасній фізиці.
Прилад було встановлено на квадратній кам'яній плиті зі сторонами приблизно півтора метра й товщиною понад ЗО см. Плита плавала в рідкій ртуті. Це виключало вібрації, підтримувало горизонтальність плити й дозволяло легко повертати її навколо центральної осі. Система дзеркал спрямовувала пучок світла у потрібному напрямку, дзеркала відбивали пучок туди й назад в одному напрямку так, що він робив вісім пробігів. (Це було зроблено для того, щоб максимально подовжити шлях, зберігши розміри приладу такими, щоб він міг легко обертатися.) У той же час інша система дзеркал посилала пучок на вісім пробігів у напрямку, що утворював прямий кут з першим пучком.
Передбачалося, що коли плита буде повернута так, що .один з пучків буде пробігати туди й назад паралельно ефірному вітру, то пучок буде робити рейс за більший проміжок часу, ніж інший пучок, що проходить таку ж відстань перпендикулярно вітру. Спочатку здавалося, що повинно справджуватися протилежне. Розглянемо світло, що поширюється за вітром і проти вітру. Чи не буде вітер збільшувати швидкість на одному шляху настільки ж, наскільки зменшує її на іншому? Якщо так, то прискорення й гальмування компенсували б одне одного й час, витрачений на весь шлях, був би точно таким же, як у випадку, коли ніякого вітру не було зовсім.
Справді, вітер буде збільшувати швидкість в одному напрямку на точно таку ж величину, на яку зменшуватиме її в іншому, але — і це найважливіше — вітер буде зменшувати швидкість протягом більшого проміжку часу. Обчислення показують, що на подолання повного шляху проти вітру затрачається більше часу, ніж за відсутності вітру. Вітер буде чинити дію, що сповільнює, і на пучок, що поширюється під прямим кутом до нього. У цьому також легко переконатися.
Виявляється, що дія, яка сповільнює, більша в тому випадку, коли пучок поширюється паралельно вітру. Якщо Земля рухається через море нерухомого ефіру, то повинен виникати ефірний вітер і прилад Майкельсона-Морлі повинен його зареєструвати. І справді, обидва вчених були впевнені, що вони зможуть не тільки виявити такий вітер, але і визначити (обертаючи плиту доти, поки не знайдуть таке положення, в якому різниця часу проходження світла в обох напрямках максимальна) у будь-який заданий момент точний напрямок руху Землі через ефір.
Слід зазначити, що прилад Майкельсона-Морлі не вимірював справжньої швидкості світла кожного з пучків. Обидва пучки після того, як вони робили потрібну кількість пробігів туди й назад, поєднувалися в єдиний пучок, який можна було спостерігати в невеликий телескоп. Прилад повільно обертався. Будь-яка зміна відносних швидкостей обох пучків викликала б зміну інтерференційної картини, що являла собою чергування світлих і темних смуг.
І знову Майкельсон був вражений і розчарований. Здивовані були і і усі фізики, які спостерігали за цим важливим дослідом. Незважаючи на те, що Майкельсон і Морлі повертали свій прилад, вони не помітили і сліду ефірного вітру! Ніколи раніше в історії науки негативний результат досліду не був настільки руйнівним і настільки плідним. Майкельсон знову вирішив, що його експеримент не вдався. Він ніколи не думав, що ця "невдача" зробить його дослід одним з найбільш значних, революційних експериментів в історії науки.

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать