Главная  Список все работ  Содержание word_zip


4. Аберрация света.

В начале ХVIII века астрономами было установлено, что координаты звезд испытывают малое периодическое изменение: звезды описывают на небесном своде в течение земного года эллипс с одной и той же для всех звезд большой полуосью, видимой под углом 40".9. Степень вытянутости эллипса зависит от положения звезды относительно плоскости эклиптики. Для звезд, лежащих в направлении, перпендикулярном к плоскости эклиптики, эллипс имеет наименьший эксцентриситет, а для звезд, лежащих в плоскости эклиптики, эллипс вырождается в отрезок прямой.

Английский астроном Джеймс Брэдли в 1728 году объяснил это явление, названное аберрацией света, конечностью скорости распространения света и использовал его для определения этой скорости [37]. Анализ этого явления показывает, что из-за относительного движения источника света и наблюдателя, обусловленного орбитальным движением Земли, трубу телескопа приходится располагать так, чтобы оптическая ось составляла некоторый определенный угол с направлением на звезду.

В 1871 году Эйри показал, что аберрация наблюдается и в том случае, если трубу телескопа заполнить водой [37]. Численное значение угла направления на звезду оказалось равным углу для опытов, когда в трубе вакуум (или воздух).

В гипотезе эфира объяснение получается, если принять во внимание коэффициент увлечения Френеля.

С точки зрения баллистической теории происхождение этого эффекта понять нетрудно. Движение, которое представляется равномерным и прямолинейным в одной системе отсчета, должно быть таким же в другой системе, если движение последней поступательно относительно первой системы. Но направление скорости этого движения в двух системах различно. Отсюда следует, что поток частиц света от неподвижной звезды, падающий на Землю, представляется земному наблюдателю идущим в несколько ином направлении. Рассмотрим это отклонение в частном случае, когда свет падает перпендикулярно направлению движения Земли. Если Земля и источник света находятся в одной системе координат, то труба телескопа должна быть направлена точно на звезду. Но если Земля имеет некоторую скорость V, например, в направлении влево, то звезду невозможно увидеть в телескоп, так как фотоны, которые достигают объектива, будут падать на стенку трубы телескопа, а не в окуляр. Для того чтобы наблюдать звезду, телескоп необходимо повернуть, причем угол поворота определяется отношением скоростей V и С, и направление оси телескопа совпадает не с истинным направлением на звезду, а с направлением в точку неба, которая смещена в направлении скорости V. Время, за которое фотон проходит отрезок ОР, равное tо1 = ОР/С. За этот промежуток времени точка К телескопа сместится вдоль линии РК на расстояние РК = (tо1V). Отсюда угол, на который нужно повернуть ось телескопа, определится из соотношения (наблюдатель в системе отсчета звезды)

tg a = PK/OP = (tо1 V)/(tо1 C) = V/С.

Используя ОПКСВ, можно показать, что движение фотона происходит по оси телескопа, независимо от среды (вакуум или вода), заполняющей трубу телескопа, как для наблюдателя в системе отсчета телескопа, так и для наблюдателя в системе отсчета звезды.

 

 

5. Эффект Допплера.

Это явление, открытое Допплером (1842 г.), имеет огромное значение как в акустике, так и в астрономических наблюдениях. По смещению спектральных линий в спектре небесных тел делают вывод о лучевой скорости этих тел по отношению к Земле. Факт существования двойных звезд обнаруживается по спектральному раздвоению линий, что происходит из-за разных лучевых скоростей обеих звезд. Наблюдение фраунгоферовых линий от разных краев солнечного диска позволяет установить движение поверхности Солнца.

Айвс в 1938 году обнаружил поперечный эффект Допплера, наблюдая свет, испускаемый каналовыми водородными лучами, имеющими скорость движения порядка 10 8 см/сек. Поперечный эффект значительно меньше продольного.

Первые опыты по обнаружению явления Допплера в оптике были выполнены А. А. Белопольским в 1900 году. Схема этих опытов следующая. Фотоны от источника света испытывают ряд последовательных отражений от зеркал и попадают в спектрограф. В зависимости от вращения барабанов зеркала двигались навстречу друг другу или удалялись друг от друга. С помощью этих опытов Белопольскому удалось обнаружить допплеровское смещение и показать, что знак смещения соответствует знаку скорости. В 1907 году этот опыт был повторен Б. Б. Голицыным.

С точки зрения ОПКСВ, все опыты, связанные с движением источника света или приемника, в том числе опыты Физо опыты Майкельсона, явление звездной аберрации, а также эффекты Зеелигера и Ольберса, имеют в своей основе эффект Допплера (от продольного до поперечного, т. е. для произвольного направления движения источника и приемника).

Весь спектр электромагнитного излучения обусловливается движением (колебаниями) зарядов (электронов и ионов), входящих в состав вещества. При этом движение ионов дает излучение низкой частоты (инфракрасное). Излучение, возникающее вследствие движения электронов, может включать кванты видимой и ультрафиолетовой частей спектра, если электроны входят в состав атомов или молекул и, следовательно, удерживаются около своего положения равновесия значительными силами. В металлах, где много свободных электронов, излучение соответствует иному типу движения. В этом случае нельзя говорить о колебаниях около положения равновесия: свободные электроны, приведенные в движение, испытывают нерегулярное торможение и излучение приобретает характер импульсов, т. е. характеризуется спектром различных длин волн, среди которых могут быть представлены также и волны низкой частоты.

Излучение тела сопровождается потерей энергии. Для того чтобы обеспечить возможность длительного излучения энергии, необходимо пополнять убыль ее. Существует много способов пополнения энергии, в том числе способ возбуждения свечения электрическим воздействием на излучающую систему, а также сообщением ей необходимого количества энергии нагреванием, в результате которого можно получить равновесное состояние системы. Равновесное излучение всегда имеет характер теплового излучения, причем такое равновесное состояние характеризует любое тело: твердое, жидкое, газообразное. Это тепловое или равновесное излучение подчиняется некоторым общим закономерностям, вытекающим из принципов термодинамики.

Большинство астрономических объектов, используемых в качестве источника света, состоит из газа, который рассматривается как идеальный. Стационарное распределение частиц по скоростям в условиях термодинамического равновесия, которое устанавливается в результате взаимных столкновений между частицами газа при их хаотическом тепловом движении, и отсутствия внешнего силового поля описывает закон распределения Максвелла (при наличии произвольного потенциального силового поля распределение части газа по координатам и скоростям описывается законом Максвелла-Больцмана)

wpe4.jpg (3808 bytes)

где m - масса частицы; k - постоянная Больцмана; T - абсолютная температура, оK; u - абсолютное значение скорости частицы, u = (ux2 + uy2 + uz2) 1/2 ; dn u - число частиц (из общего их числа n), скорости которых заключены в пределах от u до (u + du).

Поскольку все направления движения молекул в пространстве равновероятны, распределение частиц по скоростям изотропно и имеет одинаковый вид по осям координат X, Y, Z. Абсолютная температура является мерой средней кинетической энергии поступательного движения частиц газа. С увеличением температуры газа максимум кривой распределения смещается в сторону больших скоростей, а его абсолютная величина уменьшается; кроме этого, видно, что отсутствуют частицы со скоростью u = 0.

Итак, микрочастицы (электроны, атомы и молекулы) газа или газовой атмосферы звезды находятся в беспорядочном тепловом движении, векторы скоростей отдельных микрочастиц имеют всевозможные направления. В частности, по отношению к наблюдателю, который смотрит на газ со стороны, некоторая доля общего числа частиц должна приближаться к нему, часть - удаляться от него, определенная доля частиц движется в плоскости, перпендикулярной к лучу зрения (рис. 2.3). Тогда, с точки зрения баллистической теории и ОПКСВ, скорости квантов света, испускаемых источником, лежат в промежутке (С - u, C + u), в котором отсутствуют кванты со скоростью равной С, поскольку u ? 0 (где С - электродинамическая постоянная).

Тепловое движение в жидкостях отличается от теплового движения в газах: движение молекул жидкости представляет собой колебания частиц около некоторого положения равновесия. Спектр излучения и поглощения жидкостей имеет характер сплошного спектра с весьма размытыми максимумами интенсивности в области основных частот.

Рис. 2.3. Распределение частиц по скоростям (распределение Максвелла) в направлении луча зрения.

Тепловое движение в твердых веществах рассматривается на основе движения атомов в кристаллической решетке. Расстояние между атомами в кристалле того же порядка (10 - 8 см ), что и расстояния между атомами в молекулах, так что взаимодействие между атомами так же велико. Поэтому единственно возможным видом движения связанных частиц в кристалле является колебательное движение около положения равновесия, причем амплитуда колебаний весьма мала по сравнению с расстоянием между атомами. Колебательное движение атомов в кристалле имеет коллективный характер, и в нем принимают участие все атомы кристалла одновременно.

Итак, вывод из всего изложенного выше: частицы (молекулы, ионы, атомы, электроны, ...) вещества, излучающего свет, и частицы вещества, поглощающего свет, имеют вполне определенные и конечные скорости движения (колебания) и вполне определенный характер распределения по скоростям движения (колебания).

 

6. Оптические миражи.

Принцип ОПКСВ позволяет пояснить причину появления двойного изображения звезд и галактик.

В 1985 году тулузские астрономы наблюдали нечто вроде гигантской дуги (анализ был завершен в 1987 году). Уже давно ученые предполагали, что имеющиеся во вселенной огромные сгустки материи, такие, как скопления галактик, действуют наподобие своеобразных исполинских линз, которые вызывают отклонения пучков световых частиц, испускаемых мощными источниками излучений. Достаточно оказаться на центральной оси одной из таких линз, чтобы стать свидетелем "гравитационного миража", т. е. отображения очень отдаленного и скрытого от наблюдателя источника. Немного ранее, в 1980 году, было обнаружено, что изображение квазара, Q1115+080, состоит из трех близких компонент. Все изображения имеют очень близкие спектры, из анализа которых заключают, что если изображения создаются различными объектами, то все они находятся очень близко друг от друга. Вероятность того, что три квазара находятся рядом, ничтожно мала. Поэтому полагают, что в данном случае возникновение тройного изображения происходит вследствие эффекта гравитационной линзы. Тем не менее, это предположение требует дополнительной проверки.

В 1896 году Зееман обнаружил изменение частоты спектральных линий под действием внешнего магнитного поля: линия, имеющая в отсутствие магнитного поля частоту n , в магнитном поле представляется при продольном наблюдении в виде дуплета с частотами (n - D n ) и (n + D n ); при поперечном наблюдении получается триплет с частотами (n - D n ), n и (n + D n ), т. е. “миражи” в микромире наблюдались много раньше.

Кроме "гравитационных миражей" во вселенной должны наблюдаться "оптические миражи", связанные с движением физических двойных, тройных или кратных звезд и галактик (хотя Д. Мэрион и показывает [51], что это противоречит второму принципу СТО): при определенном наборе величин - расстояния L от Земли до объекта наблюдения, диаметра D орбиты вращения, скорости V движения cпутника по орбите - могут наблюдаться два спутника.

Получим формулу для опыта типа опыта Ремера со спутниками (рис. 2.4). Время движения квантов от астрономического объекта наблюдения против хода и по ходу спутника на орбите до наблюдателя на Земле равно, соответственно:

t1 = L(n1/С1) ("против хода"),

t2 = L(n2/С2) ("по ходу").

(31)

 

Рис. 2.4. Схема опыта Ремера.

 

Время прохождения объектом, движущимся вокруг планеты или звезды, половины орбиты равно tcп = p D/(2V), скорости движения квантов от объекта наблюдения до наблюдателя и коэффициенты преломления для этих скоростей равны (c учетом изложенного в разделе 5 и рис. 2.3):

С11 = C - (V - u), n11 = nо - (V - u)(nо - 1)/C;

С12 = C - (V + u), n12 = nо - (V + u)(nо - 1)/С;

С21 = C + (V - u), n21 = nо + (V - u)(nо - 1)/С;

С22 = С + (V + u), n22 = nо + (V + u )(nо - 1)/С.

Найдем разность времени движения этих квантов до наблюдателя.

(t2 i + tcп) - t1i = {L(n2i/C2i) + (p D/2V)} - L(n1i/C1i) =

= p D/(2V) + L (n2i /C2i - n1i/C1i)= D t,

(32)

где i = 1, 2; С1i, 2i - cкорости квантов (комбинация из электродинамической постоянной C, скорости микроисточника кванта u и скорости V спутника по орбите; n1i, 2i - коэффициенты преломления для квантов с вышеуказанными скоростями при движении его от объекта наблюдения до наблюдателя. Анализ полученной формулы дает следующее:

а) при D t = 0, кванты "против хода" (V1) и "по ходу" (V2) приходят к наблюдателю одновременно;

б) при D t < 0, квант "по ходу" (V2) приходит к наблюдателю раньше, чем квант "против хода" (V1);

в) при D t > 0, квант "против хода" приходит к наблюдателю раньше, чем квант "по ходу".

 

7. Произвольное движение прозрачной среды относительно источника света.

Рассматривается взаимодействие только одного кванта света, имеющего скорость С относительно источника S и падающего перпендикулярно поверхности среды в точку О (центр взаимодействия ЦВ) и направлению движения прозрачной cреды.

Рис. 2.5. Схема расположения источника

и прозрачного тела.

В соответствии с ОПКСВ (формула. 4.1) геометрическая сумма скоростей объектов (источник фотонов, прозрачная среда, фотон, центр взаимодействия в рассматриваемой точке прозрачной среды), участвующих во взаимодействии, равна электродинамической константе C, т. е.

S v i = e Uис + V + C + Vцв e = C,

где Uис, Vср, C, Vцв - скорости движения источника света, прозрачной среды, фотона и центра взаимодействия в среде относительно точки нахождения ЦВ в среде, соответственно.

7.1. Наблюдатель Нср в системе координат движущейся среды. Для него - движется источник фотонов (Vср = Uис = V) и, следовательно, фотон приходит из источника S? (рис. 2.6) - аберрация света.

Итак, для наблюдателя Hфотон падает в точку O под некоторым углом a , определяемым из соотношения tg a = V/C, со скоростью

Cф = (C2 + V2 ) 1/2

(33)

Рис. 2.6. Движение фотона в прозрачной среде

от источника до точки Р? .

Анализируя формулу (33), получаем определенный набор скоростей движения центра взаимодействия в точке О, который определяется скоростью V2, направление которой параллельно скорости Сф , а также всевозможными направлениями от точки О по боковой поверхности конуса с образующими V1 и V3 (рис. 2.7). Фактические направления движения ЦВ в начале и в конце взаимодействия (которые и определяют дальнейший ход квантов света: отражение, преломление, двойное лучепреломление и т. д.) зависят от свойств рассматриваемой среды.

С учетом рис. 2.7 и формулы (33) получим значение скорости V2.

S v1 = e Cф + V2 e = C,

_______

(Cф - V2)2 = (O C2 + V2 - V2)2 = C2 ,

_______

(V2)2 - 2V2O C2 + V2 + V2 = 0.

Рис. 2.7. Направления скоростей движения центра взаимодействия в точке О

(скорость V2 и вся боковая поверхность конуса V1ОV3).

С учетом рис. 2.7 и формулы (33) получим значение скорости V2.

S v1 = e Cф + V2 e = C,

_______

(Cф - V2)2 = (O C2 + V2 - V2)2 = C2

_______

(V2)2 - 2V2O C2 + V2 + V2 = 0.

Отсюда получаем значение для скорости V2:

V2 = (C2 +V2 )1/2 - C ,

(34)

(значение другого корня уравнения не учитываем, так как фотон не "догонит" центр взаимодействия и взаимодействия не будет).

Классическое выражение для коэффициента преломления прозрачной среды: n = sin a /sin g , а в соответствии с ОПКСВ

n = 1 + (nо - 1) (C2 + V2 )1/2

(35)

где nо - коэффициент преломления для фотона, имеющего скорость относительно среды, равную электродинамической постоянной С. Отсюда определяется величина (PP'):

(PP') = (OP) tg g = (PO) tg arc sin{(1/n) sin [arc tg(V/C)]} =

= h (V/C)/{n2 [1 + (V/С)2] - (V/C)2 }1/2 = h (V/C)/{n2 + (V/C)2 (n2 - 1)}1/2 .

(36)

 

7.2. Наблюдатель Нис в системе координат источника. Фотон от источника S попадает в точку O" и в течение времени tвз взаимодействует с ЦВ, находящимся в этой точке. За это время точка O", двигаясь вместе с прозрачной средой со скоростью Vср, переместится в точку O' на расстояние (tвзVср), из которой фотон

Рис. 2.8. Схема движения фотона в движущейся среде (для наблюдателя Нис).

излучается и за время tф достигает точки P'. За это время точка О' сместится (в точку O) на расстояние (tф Vср). Для наблюдателя Нср фотон излучается из точки О. Теперь нужно определить расстояние (РР').


Главная  Список все работ  Содержание word_zip

На нашем сайте кремация цена недорого по низким ценам.
Сайт создан в системе uCoz