Постоянство скорости света

 Справедливость преобразований Галилея может быть проверена сравнением следствий из них с экспериментом. Важнейшим следствием из преобразований Галилея является формула сложения скоростей. Именно проверка этой формулы показала ее приближенный характер. Отклонения от нее тем значительнее, чем больше скорость. Особенно они велики при скоростях, близких к скорости свет в вакууме. В настоящее время скорость света в вакууме определена с точностью  и составляет: .

В  веке общепринятой стала точка зрения на свет как на волновой процесс в среде. Считалось, что эта среда заполняет всю Вселенную. Указанная среда получила название «Мировой эфир». В дальнейшем роль эфира была расширена, он считался ответственным и за другие явления (тяготение, магнетизм, электричество). Эфир, по существовавшим представлениям, заполнял все пространство, в котором движутся материальные тела, и неподвижен в этом пространстве. Скорость света относительно эфира является постоянной величиной, определяемой свойствами эфира. Скорость тел относительно эфира была названа абсолютной. Так как скорость света относительно эфира постоянна, то относительно материальных тел, движущихся в эфире, она переменна и зависит от их скорости относительно эфира. Измерив скорость тела относительно света, или, что тоже самое, скорость света относительно тела, можно определить скорость его относительно эфира, т.е. абсолютную скорость.

Такие эксперименты, в которых сравнивается прохождение светом 2-х путей, из которых один совпадает с направлением движения тела в эфире, а другой ему перпендикулярен, были проведены Майкельсоном и Морли. В одном из направлений предполагалось зарегистрировать «встречный эфирный ветер», влияющий на скорость света относительно тела. Точность определения абсолютной скорости в опытах Майкельсона и Морли составляла , однако, никакого эффекта обнаружено не было. Следовательно, скорость света по всем направлениям одна и таже и никакого «эфирного ветра» нет. Такой же результат дали и все последующие эксперименты, выполненные разными исследователями. В настоящее время можно считать экспериментально доказанным, что скорость «эфирного ветра» во всяком случае меньше .

В рамках представлений об эфире было предложено два выхода из сложившейся затруднительной ситуации: 1. Можно предположить, что эфир вблизи массивных тел (в частности, вблизи Земли) движется вместе с этими телами, т.е. полностью увлекается их движением. Тогда, естественно, никакого «эфирного ветра» не должно наблюдаться (гипотеза Герца) 2. Можно предположить, что размеры материальных тел, движущихся в эфире, не остаются постоянными, а изменяются таким образом, чтобы компенсировать ожидавшийся в экспериментах Майкельсона-Морли результат (контракционная гипотеза Лоренца-Фитцджеральда). Гипотеза Герца не согласуется с явлением абберации света. Гипотеза Лоренца-Фитцджеральда создает логически противоречивое представление о скорости света. А именно, из этой гипотезы вытекает, что скорость света относительно материальных тел переменна, но результаты ее измерения постоянны. Ясно, что при такой ситуации утверждение о переменности скорости света совершенно бессодержательно и подлежит устранению.

Была предпринята попытка отказаться от понятия эфира и считать (как это полагал Ньютон), что свет является потоком материальных корпускул. Скорость этих корпускул относительно источника предполагается постоянной величиной и складывается со скоростью источника по правилу параллелограмма (баллистическая гипотеза Ритца). Как указал де-Ситтер, согласно баллистической гипотезе Ритца, в силу разной скорости света относительно наблюдателя, изображения двойных звезд должны были бы быть множественными, что естественно, противоречит эксперименту.

Несостоятельность баллистической гипотезы заставляет признать, что скорость света не зависит от скорости источника света. Результат опытов Майкельсона-Морли показывает, что она не зависит также и от скорости наблюдателя. Потому делается вывод, что скорость света в инерциальных системах является постоянной величиной, не зависящей ни от скорости источника, ни от скорости наблюдателя. Упомянутое постоянство скорости света находится в противоречии с формулами сложения скоростей, которые в свою очередь являются следствием преобразований Галилея. В опыте Физо было показано, что скорость света в жидкости и скорость самой жидкости не складываются по формулам сложения скоростей классической механики.

Силы тяготения являются консервативными, а поле тяготения является потенциальным. Системы отсчета, движущиеся относительно инерциальной системы с ускорением, называются неинерциальными. Законы динамики можно применять и для неинерциальных систем отсчета, если кроме сил, обусловленных воздействием тел друг на друга, ввести в рассмотрение силы инерции.
На главную