Добавь сайт в закладки нажми CTRL+D
Наверное критики Эйнштейна уже потирают руки, но не спешите радоваться. Давайте разбираться в вопросе поэтапно.
Эксперимент Физо не ставил целью раскритиковать идеи Эйнштейна. Более того, они никак не были связаны друг с другом. Это первый знаменитый эксперимент, проведённый французским физиком Ипполитом Физо в 1851 году.
Он предоставил прямые экспериментальные доказательства в пользу увлечения эфира светом, распространяющимся в движущейся среде. При этом не нужно сейчас цепляться за слово «эфир». На тот момент наблюдаемые процессы ассоциировались именно с ним, а потому Физо ставил своей целью проверить этот факт. Забегая вперёд — он и правда обнаружил соответствие, вот только не понял соответствие чему и как.
Представьте, что вы гребете против течения реки. Течение сопротивляется вам, замедляя ваше движение. Теперь развернитесь и гребите вниз по течению. На этот раз течение помогает, и вы движетесь быстрее. Но независимо от того, насколько быстро течет река, ваши гребки веслом всегда толкают воду с одинаковой скоростью относительно вас.
В этом суть эксперимента Физо, только для света. Свет, движущийся через движущуюся среду (например, воду), испытывает эффект, аналогичный эффекту лодки в реке.
Однако означает ли это, что специальная теория относительности ошиблась? Не совсем. Чтобы решить эту головоломку, нам нужно рассмотреть релятивистское сложение скоростей, коэффициент сопротивления Френеля и природу систем отсчета.
Физо использовал специальную интерферометрическую установку для измерения влияния движения среды на скорость света. Согласно теориям, господствовавшим в то время, свет, проходящий через движущуюся среду, будет увлекаться средой, так что измеренная скорость света будет простой суммой его скорости через среду плюс скорость среды.
Физо действительно обнаружил эффект увлечения, но величина наблюдаемого им эффекта была намного ниже ожидаемой. Когда он повторил эксперимент с воздухом вместо воды, он не обнаружил никакого эффекта.
Его результаты, по-видимому, подтверждали гипотезу Огюстена-Жана Френеля, которая предполагала, что некий эфир в некоторой степени влияет на движение света, как влияет и вода на лодку. Причём, влияет не полностью и есть какие-то ещё факторы, о которых наука не знает.
Прошло более полувека, прежде чем было разработано удовлетворительное объяснение неожиданного измерения Физо и случилось это с появлением… специальной теории относительности Альберта Эйнштейна.
Позже Эйнштейн укажет на важность эксперимента Физо для специальной теории относительности, в которой он соответствует релятивистской формуле сложения скоростей, когда ограничен малыми скоростями.
Когда ученые в 1700-х годах работали над теорией света и электромагнетизма, светоносный эфир, среда, которая поддерживала волны, был в центре внимания многих экспериментов. Двумя критическими вопросами были связь эфира с движением и его связь с материей.
Например, астрономическая аберрация, видимое движение звезд, наблюдаемое в разное время года, была предложена как связанная со звездным светом, распространяющимся через эфир.
В 1846 году Френель предположил, что часть эфира, которая будет двигаться вместе с объектом, связана с показателем преломления света объектом. Показатель преломления был взят как отношение скорости света в материале к скорости света в межзвездном пространстве. Недавно измерив скорость света в воздухе и воде, Физо приступил к измерению скорости света в движущейся воде, чтобы проверить эту логику.
Входящий свет разделяется на два луча с помощью светоделителя и пропускается через два столба воды, текущих в противоположных направлениях. Затем два луча рекомбинируются, образуя интерференционную картину, которую может интерпретировать наблюдатель.
Самое важное тут, что Физо послал свет через движущуюся воду и обнаружил, что скорость света не была просто суммой скорости света в воде и скорости самой воды.
Если бы специальная теория относительности была ошибочной, мы могли бы ожидать, что скорость света просто прибавляется к скорости воды, подобно тому, как скорость автомобиля прибавляется к скорости движущейся дорожки. Но свет так не работает.
Огюстен-Жан Френель предсказал этот результат до Эйнштейна, предположив, что движущаяся материя увлекает свет за собой, но не полностью. Этот коэффициент сопротивления идеально соответствовал эксперименту Физо и позже оказался естественным следствием специальной теории относительности.
Специальная теория относительности говорит нам, что скорости не складываются линейно. Другими словами, эксперимент Физо не противоречил относительности: он подтвердил ее еще до того, как Эйнштейн сформулировал теорию. Только всё это не было формализовано.
Скорость света — это не просто сумма средней скорости и скорости света в вакууме. Коэффициент сопротивления Френеля естественным образом возникает из релятивистского сложения скоростей. Специальная теория относительности правильно предсказывает экспериментальные результаты при ее полном применении.
Вернёмся к лодке. Лопасть весла толкает воду с фиксированной скоростью, так же как скорость света в среде зависит от свойств этой среды. Речной поток влияет на общее движение, но не простым аддитивным образом. Специальная теория относительности гарантирует, что независимо от скорости течения реки гребец (или световая волна) ведет себя предсказуемым, релятивистским образом.
Так опровергает ли эксперимент Физо специальную теорию относительности? Совсем наоборот. Просто представления об эфире сменились на логику существования математической модели пространства-времени и поле.
Поделись видео: