Переход:.....Назад.....Содержание.....Вперед

В настоящее время считается общепризнанным (см., например, [[20]. Франкфурт У. И., Френк А. М. Оптика движущихся тел. – М.: Наука, 1972. – с. 113 – 124.], [ [26]. Гольденблат И. И., Ульянов С. В. Введение в теорию относительности и ее приложения к новой технике. – М.: Наука, 1979. – с. 17.]), что закон независимости скорости света от скорости источника (второй постулат Эйнштейна) надежно обоснован экспериментами, перечень которых приведен, например, в  
 [18]. Молчанов А. Г. Опытная проверка постулатов специальной теории относительности//Успехи физических наук.-1964.-т.83.- вып. 4. – с. 753 – 755.
 [19]. Френк А. М. Некоторые вопросы экспериментальных основ теории относительности // Франкфурт У. И. Специальная и общая теория относительности. – М.: Наука, 1968. – с. 250.
 [20]. Франкфурт У. И., Френк А. М. Оптика движущихся тел. – М.: Наука, 1972. – с. 113 – 124.
 [21]. Мандельштам Л. И. Лекции по оптике, теории относительности и квантовой механике. – М.: Наука, 1972. – с. 161.
 [22]. Гольденблат И. И. “Парадоксы времени” в релятивистской механике. – М.: Наука, 1972. – с. 66.
 [23]. Сацункевич И. С. Современное экспериментальное подтверждение специальной теории относительности. – Минск: Вышейшая школа, 1979. – с. 8.
[27]. Страховский Г. М., Успенский А. В. Экспериментальная проверка теории относительности // Успехи физических наук. – 1965. – т. 86. – с. 421 – 432.
 [28]. Баранов А. Г. О некоторых экспериментах по проверке постулатов специальной теории относительности // Эйнштейновский сборник. 1966. – М.: Наука, 1966. – с. 284 – 297.
 [29]. Анисович К. В. К экспериментальным основаниям специальной теории относительности // Эйнштейновский сборник. 1973. – М.: Наука, 1974. – с. 360 – 395.
 [30]. Франкфурт У.И. Оптика движущихся сред и специальная теория относительности // Эйнштейновский сборник. 1977. - М.; Наука, 1980. - с. 321 - 326.
 [31]. Шмидт-Отт В.-Д. Некоторые новые измерения в связи с доказательством справедливости специальной теории относительности // Успехи физических наук. - 1968. - т. 96. – вып. 3. - с. 519 - 527.].

Поэтому, казалось бы, есть все основания заявить, что существование в реальной действительности зависимости физической скорости света в вакууме от скорости движения источника вида

c_u = c_o (1 + u²/c_o²)^1/2    (4.1)

не подтверждается экспериментами. Но анализ каждого из этих экспериментов в отдельности показывает, что ни один из них не противоречит существованию в реальной действительности зависимости (4.1), а опровергают они лишь существование в реальной действительности зависимости скорости света от скорости источника, вытекающей из механики Ньютона и имеющей вид c_u = c_o + u cos a, где a - угол между направлением распространения света и направлением вектора скорости источника.

При этом легко убедиться, что не опровержение зависимости (4.1) большинством из ранее проведенных экспериментов по проверке справедливости второго постулата Эйнштейна обусловлено двумя специфическими особенностями зависимости (4.1) по сравнению с зависимостью c_u = c_o + u cos a.

Первая из них заключается в том, что зависимость (4.1) мало чувствительна к небольшим (по сравнению с величиной c_o) скоростям движения источников. Действительно, даже при такой громадной по земным масштабам скорости движения источника как 30 000 м/с скорость излучаемого им света увеличивается в соответствии с формулой (4.1) всего лишь на 1,5 м/с. Учитывая же, что среднеквадратичная погрешность измерения самой величины c_o в настоящее время равна 1,2 м/с [ [24]. Сажин М. В. Скорость света // Физика космоса. Маленькая энциклопедия. – М.: Сов. энциклопедия, 1986. – с. 622.], обнаружить существование зависимости (4.1) в земных экспериментах с малыми скоростями источников оказывается практически невозможным.

Вторая специфическая особенность зависимости (4.1) заключается в нечувствительности этой зависимости к направлению движения источника. Действительно, в формулу (4.1) не входит угол между направлением движения источника и направлением распространения света. Более того, согласно формуле (4.1) скорость света не зависит от знака скорости движения источника: удаляется ли источник от измерительного прибора, приближается ли к нему - измеряемая этим прибором скорость света от движущегося источника всегда будет больше величины c_o. Это обусловлено тем, что функция (3.13) является четной возрастающей функцией своего аргумента - скорости движения источника.

Покажем теперь, что именно эти две особенности зависимости (4.1) являются главными причинами того, что к настоящему времени зависимость (4.1) и не подтверждена, и не опровергнута экспериментами по прямой проверке справедливости второго постулата Эйнштейна;

Анализ Де-Ситтера

Еще в 1914 году Де-Ситтер [ [32]. De-Sitter W. Ein astronomischer Beweis fur die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit // Physikalisch Zeitschrift.-1913.-B.14.-S.429; S. 1267-1268.] проанализировал результаты астрономических наблюдений двойной звезды из созвездия Возничего с почти круговой орбитой (эксцентриситет эллипса равен 0,005) и средней скоростью движения 110 км/с и доказал, что зависимость вида c_u = c_o + u cos a опровергается этими астрономическими наблюдениями, а если даже зависимость скорости света от скорости источника существует в природе и имеет вид

c_u = c_o + k u, (4.2)

где k - неизвестный коэффициент, то из этих астрономических наблюдений следует, что k < 0,002. Но ведь если в зависимости (4.1) квадратный корень разложить в ряд и ограничиться двумя первыми членами разложения, то получим

c_u = c_o + (0,5·u/c_o)·u . (4.3)

Это означает, что при небольших скоростях движения источников (по сравнению с константой c_o ) зависимость c_u = c_o (1 + u²/c_o²)^1/2 можно представить в виде выражения (4.2), в котором

k = 0,5·u/c_o. (4.4)

Подставляя в формулу (4.4) среднюю скорость движения двойной звезды из созвездия Возничего u = 110 км/с, получим k = 0,0002, т. е. на порядок меньше того значения, которое допускается астрономическими наблюдениями двойных звезд, проанализированных Де-Ситтером.

Следовательно, астрономические наблюдения двойных звезд, проанализированные Де-Ситтером, не противоречат существованию в природе квадратичной зависимости скорости света от скорости источника вида c_u = c_o (1 + u²/c_o²)^1/2.

Эксперимент Майораны

Одной из первых попыток проверить справедливость второго постулата Эйнштейна в лабораторных условиях был эксперимент Майораны [[33]. Majorana Q. Experimental demonstration of the constancy of velocity of light emitted by a moving source // Lincei Rendues. - 1918. - v.27. - p. 402 - 406; Physical Review. - 1918. v. 11 –p. 411 - 420; Philosophical Magazine. – 1919. – v. 37. p. 145 - 150.]. Этот эксперимент показал отсутствие в природе зависимости  c_u = c_o + u cos a по величине сдвига интерференционных полос в интерферометра Майкельсона с неравными плечами при замене неподвижного источника света на источник света, движущийся со скоростью около 80 м/с. Но, как заметил сам Майорана, полученный им результат нельзя считать вполне убедительным доказательством отсутствия зависимости скорости света от скорости источника. Обусловлено это тем, что в этом эксперименте фактически измерялась скорость света, прошедшего через светоделительную пластину и отразившегося от нее, вследствие чего свет может (из-за поглощения и последующего переизлучения квантов света веществом светоделительной пластины) приобрести скорость, равную c_o, даже если какая-нибудь зависимость скорости света от скорости источника и существует в природе.

Аналогичное возражение можно высказать относительно доказательной силы и целого ряда других экспериментов по прямой проверке второго постулата Эйнштейна. Кроме того, как показал Фокс [[34]. Fox J. Experimental evidence for the second postulate of special relativity // American Journal of Physics.-1962. v. 30. - p. 297 - 300; Evidence against emission theories // American Journal of Physics. - 1965. - v. 33. - p. 1 – 17; Constancy of the velocity of light // Journal of Optical Society of America. – 1967. - v. 57. - p. 967 - 968.], молекулы воздуха тоже поглощают, а затем переизлучают кванты света, т. е. являются ретрансляторами света, и при обычном давлении достаточно слоя воздуха толщиной в 1 мм, чтобы сообщить большей части фотонов постоянную скорость c_o. Поэтому во всех экспериментах, в которых на пути лучей света от движущегося источника устанавливались переизлучатели (зеркала или светоделительные пластины) или в которых луч света от движущегося источника распространялся в веществе (например, в воздухе), обнаружить какую-либо зависимость скорости света от скорости источника в принципе невозможно.

Следовательно, чтобы получить убедительные экспериментальные доказательства отсутствия или наличия в природе какой-либо зависимости скорости света от скорости источника, необходимо прежде всего исключить из процесса передачи электромагнитных колебаний от движущегося источника к измерительному прибору участие молекул любых веществ, покоящихся относительно измерительного прибора. На этом основании мы можем исключить из дальнейшего рассмотрения (даже не перечисляя их) все те эксперименты, в которых это требование не выполнено. Эксперименты, удовлетворяющие этому требованию, можно разделить на две группы: эксперименты в вакууме и эксперименты с гамма-квантами.

- эксперимент Бабкока и Бергмана [[35]. Babcock G. C., Bergman T. G. Determination of the constancy of the speed of light // Journal of Optical Society of America. - 1964. - v. 54. No. 2. – p. 147 - 151.];

- эксперимент Бекмана и Мендикса [[36]. Beckmann P., Mandics P. Test of the constancy of the velocity of electromagnetic radiation in high vacuum // Radio Science Journal of R.N.B.S.. - 1965. -v. 69D.- No. 4.-p.623-628.].

Эксперимент Бабкока и Бергмана [35]

В эксперименте [[35]. Babcock G. C., Bergman T. G. Determination of the constancy of the speed of light // Journal of Optical Society of America. - 1964. - v. 54. No. 2. – p. 147 - 151.] фактически повторялся эксперимент Кантора, который якобы подтвердил наличие в природе зависимости c_u = c_o + u cos a. Но в отличие от эксперимента Кантора в эксперименте [35] вся установка размещалась в вакууме к путь светового луча был увеличен. Скорость движения источника света и эксперименте [35] была равна 50 м/с.

Получив в 240 раз меньшее смещение интерференционных полос, чем смещение, вытекающее из зависимости c_u = c_o + u cos a, Бабкок и Бергман сделали вывод, что зависимость c_u = c_o + u cos a отсутствует в природе, а опыт Кантора ошибочен.

Что же касается зависимости (4.1), то возможность существования ее в природе Бабкок и Бергман не предусмотрели и эксперимент [35] в принципе не позволяет подтвердить или опровергнуть существование зависимости (4.1)  в природе. Это обусловлено тем, что в эксперименте [35] сравнивалась скорость светового луча, излученного в направлении движения источника, со скоростью светового луча, излученного в направлении, противоположном направлению движения источника. В соответствии же с зависимостью (4.1) скорости обоих этих лучей света должны быть одинаковыми. Таким образом, эксперимент Бабкока и Бергмана [35] не в состоянии ни подтвердить, ни опровергнуть существование в природе квадратичной зависимости скорости света от скорости источника вида c_u = c_o (1 + u²/c_o²)^1/2.

Эксперимент Бекмана и Мендикса [36]

В эксперименте Бекмана и Мендикса [[36]. Beckmann P., Mandics P. Test of the constancy of the velocity of electromagnetic radiation in high vacuum // Radio Science Journal of R.N.B.S.. - 1965. -v. 69D.- No. 4.-p.623-628], также проводившемся в вакууме, в качестве движущегося источника использовалось плоское зеркало, закрепленное на роторе гироскопа. В этом эксперименте фотографировалась интерференционная картина, образовавшаяся при наложении друг на друга луча света, отразившегося только от движущегося зеркала, с лучом света, отразившимся последовательно от движущегося зеркала и от неподвижного зеркала (зеркала Ллойда). Схема эксперимента приведена на рис. 4.1. При этом для облегчения измерения малого сдвига интерференционных полос, который мог бы образоваться при наличии в природе зависимости c_u = c_o + u cos a, на один полукадр фотопленки фотографировалась интерференционная картина, образовавшаяся при вращении ротора гироскопа с закрепленным на нем зеркалом в одну сторону, а на второй полукадр фотопленки (с небольшим перекрытием первого полукадра) фотографировалась интерференционная картина, образовавшаяся при вращении ротора гироскопа в противоположную сторону, но с той же самой по абсолютной величине угловой скоростью. Расстояние от движущегося зеркала, закрепленного на роторе гироскопа, до фотопленки, на которой формировалась интерференционная картина, в этом эксперименте было равным 4,25 м. Скорость вращения ротора гироскопа доводилась до величины, соответствующей линейной скорости движения зеркала 50 м/с.

Рис. 4.1. Схема эксперимента Бекмана и Мендикса.

(1 - источник света; 2 - зеркало, закрепленное на роторе гироскопа, 3 - зеркало Ллойда, 4 - фотопластина)

Никакого смещения интерференционных полос в этом эксперименте не было обнаружено, что явилось убедительным доказательством отсутствия в природе зависимости c_u = c_o + u cos a.

Что же касается зависимости вида (4.1), то и этот эксперимент ее и не подтверждает, и не опровергает. Обусловлено это тем, что согласно зависимости (4.1) скорость света от движущегося источника не изменяет своей величины при изменении направления движения источника на противоположное. Чтобы получить убедительное доказательство наличия или отсутствия зависимости вида (4.1), в этом эксперименте необходимо было бы на первый полукадр фотопленки фотографировать интерференционную картину, образующуюся при вращении зеркала с максимально возможной скоростью, а на второй полукадр - при вращении зеркала с угловой скорость, в сотни раз меньшей максимально возможной, при одновременном увеличении расстояния между движущимся зеркалом и фотопленкой.

Нетрудно показать, что убедительные экспериментальные доказательства наличия или отсутствия в природе зависимости вида c_u = c_o (1 + u²/c_o²)^1/2 можно получить в интерференционном эксперименте с движущимся зеркалом только при условии

L > 2 c_o² l D/u_m². (4. 5)

где L - расстояние между движущимся зеркалом и фотопленкой; l - длина волны используемых для формирования интерференционной картины электромагнитных колебаний ;  u_m- максимально возможная линейная скорость движения зеркала, закрепленного на роторе гироскопа; D > 0,1 - относительный сдвиг (в длинах волн) интерференционных полос, при котором этот сдвиг удается надежно зафиксировать.

Например, при u_m = 300 м/с, l = 0,3 мкм и D = 0,1 из формулы (4.5) получим L > 60 км. В эксперименте же [36] это расстояние было равным всего лишь 4,25 м. Следовательно, эксперимент [36] тоже и не подтверждает, и не опровергает существования зависимости c_u = c_o (1 + u²/c_o²)^1/2 в реальной действительности.

В других экспериментах с движущимися зеркалами расстояние, проходимое светом в вакууме, не превышало 100 м, а скорость движения зеркала не превышала 300 м/с. Вследствие этого эти эксперименты не удовлетворяют условию (4.5) и не обладают доказательной силой в отношении квадратиччной зависимости c_u = c_o (1 + u²/c_o²)^1/2. Основная причина - малая скорость движения источника.

Переход:.....Назад.....Содержание.....Вперед