ss69100 (ss69100) wrote,
ss69100
ss69100

Categories:

Отрицание теории относительности

Опыты по выявлению светоносной среды

Схема опыта Майкельсона (из статьи 1887 г.).[2]Свет из источника попадает на полупрозрачное зеркало и разделяется на два потока — sabd и scad. В приёмнике-интерферометре образуется узор из интерференционных полос, который сдвигается при запаздывании одного из лучей.

Одной из предпосылок для возникновения «теории относительности» послужил опыт А. Майкельсона. Этот опыт был направлен на поиск движения Земли относительно предполагаемой светоносной среды — эфира.

О важности этого опыта для возникновения теории относительности свидетельствуют упоминания «нулевого результата» (который, как потом оказалось, был вовсе не нулевым — 1 — 2 км/с) этого опыта в первых же строках публикаций «классиков релятивизма» — Лоренца, Пуанкаре и Эйнштейна в качестве основы для дальнейших рассуждений.Максвелл, 1877 г. об «эфирном дрейфе» Земли

Проблему поиска «эфирного ветра» (ether drift) поставил Дж. К. Максвелл в 1877 г.: в 8-м томе девятого издания Британской энциклопедии в статье «Эфир» он предположил, что Земля в своем орбитальном движении вокруг Солнца проходит сквозь неподвижный эфир, и поэтому при измерениях скорости света в различных направлениях исследователи должны зафиксировать небольшое различие.[4][5]


Максвелл, однако, указывал на возможные трудности с выявлением столь малой величины отклонения. В письме, которое Максвелл опубликовал в английском научном журнале «Nature» незадолго до смерти, он выразил сомнение, что человеку когда-либо удастся решить эту задачу.[6]

Установка А. Майкельсона для выявления «эфирного дрейфа»

Необходимой точности удалось достигнуть за счет интерференции световых волн в установке А. Майкельсона — экспериментатора, который ранее прославился точным измерением скорости света.[7]

Опыты производились в 1881[8] и 1887[2] гг. А. Майкельсоном и Э. Морли. В 1904 г., к исследованиям присоединился Д. Миллер.[9]

В установке Майкельсона расщепленный полупрозрачным зеркалом надвое луч света двигался по перпендикулярным траекториям (на схеме — sabd и scad), попадая в интерферометр. Последний состоял из телескопа с микрометрическим винтом и показывал изменение фазы (запаздывание одного из лучей) смещением полос интерференции.[2] В качестве источника света использовалось пламя фонаря с линзой, а для настройки прибора — яркое пламя натрия.[8]

Прообраз задачи об эфирном дрейфе

В качестве прообраза этой задачи многие авторы статей или учебных пособий рассматривают аналогичную задачу из классической физики — задачу о пловце (вариант — гребце на лодке[6]), который движется вдоль течения или поперек течения реки.[10][11][12][13]При попытке произвести расчёт по формулам из школьной программы или численным методом оказывается, что течение ухудшает результаты пловца и в том, и в другом случае, но в разной степени. Вариантом задачи является задача о самолёте, который летит вдоль или поперёк воздушного ветра.[14][15]

Задача о пловце вдоль течения реки

Численное решение задачи о пловце по течению и против течения (дистанция D = 30 м туда и 30 м обратно, скорость пловца V = 2 м/с, скорость течения v = 1 м/с). Точками показаны отсчёты времени. Течение при указанных условиях ухудшает рекорд пловца с 30 до 40 секунд.

Эта задача, как было показано выше, является прообразом задачи с продольным (вдоль предполагаемого «эфирного ветра») ходом лучей в интерферометре Майкельсона. Предположим, что пловец движется в воде со скоростью 2 м/с и должен преодолеть дистанцию 30 метров туда и обратно. В воде без течения, очевидно, он сделает это за 30 секунд. В случае, если на скорость пловца действует течение реки со скоростью 1 м/с, которое в одном направлении ему «мешает», а в другом — «помогает» проплыть дистанцию, то его результат составит 30+10=40 секунд. Любое течение ухудшает рекорд: в предельном случае, если скорость течения окажется равной или больше его собственной скорости, то задача оказывается невыполнимой — пловец не сможет проплыть дистанцию.[14]

Математическая запись в обозначениях Майкельсона (1887):[2]









Задача о пловце поперёк течения реки






Задача о пловце поперёк течения. Длина пути ab' вычисляется по теореме Пифагора. При скорости пловца 2 м/с и течения 1 м/с на дистанции 30 м туда и обратно рекорд составит 33,54 секунды.

Эта задача также является аналогом задачи с ходом лучей в интерферометре Майкельсона. Интересно, что задержку в этом случае Майкельсон не проанализировал в своей ранней работе 1881 года, на что ему указал Лоренц в 1886 г. Эта недоработка была исправлена в публикации 1887 г.[2]

Ниже написана чушь. В системе отсчета, связанной с водой, движутся берега, а пловец перемещается в стоячей воде те же самые 30 м.


В этом случае вступает в действие треугольник скоростей по теореме Пифагора: при дистанции 30 метров поперек течения, скорости пловца 2 м/с и скорости течения 1 м/с пловца «унесёт» вбок от искомой точки, из-за чего он должен держать путь по гипотенузе прямоугольного треугольника с тем расчетом, чтобы приплыть в нужную точку берега.







Постулирование «нулевого результата» эфирного ветра

Начиная с первых опытов, Майкельсон стал писать об отсутствии эфирного ветра:

1881: «Эти результаты можно интерпретировать как отсутствие смещения интерференционных полос. Результат гипотезы неподвижного эфира, таким образом, оказывается неверным, откуда следует вывод, что эта гипотеза ошибочна».[8]

1887: «Из изложенного выше очевидно, что безнадежно пытаться решить вопрос о движении Солнечной системы путем наблюдений оптических явлений на поверхности Земли».[2]

Этот вывод Майкельсона, который, однако, содержал множество оговорок [2] и был опровергнут самим же Майкельсоном в 1929 г. (см. ниже), был подхвачен «научным сообществом» в качестве строго «нулевого», или «отрицательного» результата этого опыта:

Лоренц, 1895: «На основании теории Френеля ожидалось смещение интерференционных полос при вращении аппарата из одного из этих двух „главных положений“ в другое. Однако не было обнаружено ни малейшего следа подобного смещения».[18]

На международном конгрессе физиков в Париже в 1900 году лорд Кельвин произнес речь, в которой он рассматривал теорию эфира. Он заметил, что «единственное облако на ясном небосклоне теории есть нулевой результат опытов Майкельсона и Морли».[19]

Пуанкаре, 1905: «Но и Майкельсон, придумавший опыт, в котором становились уже заметными члены, зависящие от квадрата аберрации, в свою очередь потерпел неудачу. Эта невозможность показать опытным путем абсолютное движение Земли представляет, по-видимому, общий закон природы».[3]:90

Эйнштейн в 1905 г. считал попытки поиска светоносной среды — эфира «неудавшимися»,[1]:7а его введение в теорию относительности — «излишним».[1]:8

Содержится этот вывод также и в современной учебной литературе. В частности, и в учебнике нобелевского лауреата Р.Фейнмана в главе о теории относительности результат эфирного опыта без тени сомнения объявляется нулевым.[21]

Положительные результаты эфирного ветра

Ряд экспериментаторов получили положительный результат эфирного опыта: в частности, это сделал на основании своих многолетних опытов коллега А. Майкельсона Д. К. Миллер,[22]а также сам А. Майкельсон, сообщение которого о положительном результате измерения эфирного ветра было опубликовано лишь в 1929 году.[23]

Сомнения в правильности расчетов в опытах 1887 года

Результаты эфирного опыта Майкельсона 1887 г. по данным С. И. Вавилова.[2]

Профессор Хикс (W. M. Hicks) из Университетского колледжа Шеффилда в 1902 г. (до возникновения СТО) установил, что результат экспериментов Майкельсона и Морли не был пренебрежительно мал и обратил внимание на присутствие в нём эффекта первого порядка.[24][22][25]

В 1933 г. Д. К. Миллер произвёл полное исследование этих экспериментов:

«…Полнопериодические кривые были подвергнуты анализу с помощью механического гармонического анализатора, который определил истинное значение полнопериодического эффекта; он, будучи сопоставлен с соответствующей скоростью относительно движения Земли и эфира, показал скорость 8,8 км/с для полуденных наблюдений и 8 км/с для вечерних».[22][25]

— Д.К. Миллер, 1933

Академик С. И. Вавилов в 1928 г., ссылаясь на возражения Миллера, утверждал: «Способ обработки таков, что всякие непериодические смещения исключаются. Между тем эти непериодические смещения были значительны». При этом он опубликовал таблицу (см. рисунок), из которой следует наличие второй гармоники, соответствующей, по мнению В. А. Ацюковского, эфирному ветру со скоростью от 3 до 6 км/с.[26]

Положительный результат в опытах Морли и Миллера

Физики Д. К. Миллер и Э. Морли, услышав в выступлении лорда Кельвина на физическом конгрессе 1900 г. о «нулевом результате» эфирного опыта, решили повторить опыты, используя более чувствительные приборы. Опыты производились в 1902—1906 гг. (Морли и Миллер), в 1921—1925 гг. (Миллер) [19] и позднее.[22] Опытная установка была поднята в горную местность и не закрыта металлическим кожухом согласно рекомендациям, которые дал Майкельсон в работе 1887 г.[2]

Миллер утверждал, что на этом же оборудовании он получил определённый результат — эфирный ветер со скоростью около 10 км/с из апекса в созвездии Дракона с координатами (255°, +68°).[27][28]

В 1933 г. Д. К. Миллер опубликовал большую итоговую статью о своих работах, где указывал скорость эфирного ветра от 10 до 11 ±0,33 км/с при вероятной погрешности определения азимута ±2,5° и полярных координат ±0,5°.[22]

См.: Рецензия разных авторитетных ученых насчет опытов Морли и Миллера

Опыты Кеннеди, Иллингворта, Пикара и Стаэля — нулевой результат за счет экранирования прибора металлом

Для проверки данных Миллера были произведены другие опыты — Кеннеди (1926),[29]Иллингворта (1927),[30] Стаэля (1926) [31] и Пикара (1928).[32] Они показали «нулевой результат», однако, производились в закрытой металлическим коробом установке, которая, по мнению Ацюковского, экранирует эфир.[33] Кроме того, длина оптического пути в этих экспериментах составляла менее 5 метров, что не позволяло, по расчётам Ацюковского, обеспечить необходимую точность в 0,002‒0,004 полосы при 10‒15 % размытости интерференционных полос прибора.[34]:26

Опыты Майкельсона 1929 г. — эфирный ветер 6 км/с

Дейтон Миллер (слева) и Альберт Майкельсон (справа) на Конференции по эксперименту Майкельсона-Морли, проведённой в обсерватории Маунт Вилсон (США) в феврале 1927 г.[28] Миллер сообщил о положительном (не нулевом) результате эфирного эксперимента в 1925[19] и в 1933[22] гг., а Майкельсон — в 1929 г.[23] Этот факт был отцензурирован из учебников, поскольку он противоречит теории относительности.

В 1929 г. Майкельсон, Пис и Пирсон в лаборатории на горе Маунт Вилсон получили результат эфирного ветра 6 км/с.[23]

«В последней серии экспериментов аппаратура была перенесена в хорошо защищенную фундаментальную комнату лаборатории Маунт Вилсон. Длина оптического пути была увеличена до 85 футов (26 м); результаты показали, что меры предосторожности, принятые для исключения влияния температуры и давления, были эффективными. Результаты дали смещение, но не более, чем на 1/50 предположительно ожидавшегося эффекта, связанного с движением Солнечной системы со скоростью 300 км/с. Этот результат определялся как разность между максимальным и минимальным смещениями с учётом сидерического (звёздного) времени. Направления соответствуют вычислениям д-ра Штромберга о предположительной скорости Солнечной системы».

— А. Майкельсон, 1929

Опыты Седархольма и Таунса — нулевой результат из-за измерения частоты вместо фазы

Другие опыты — Седархольма и Таунса (1958, 1959)[35][36] также дали нулевой результат — но не только за счет экранирования прибора металлом, но и за счет использования ошибочной, по мнению Ацюковского, методики измерения: экспериментаторы пытались уловить изменение частоты излучения (чего в установке Майкельсона не происходит из-за равенства числа испущенных и принятых колебаний за единицу времени), а не его фазы.[33]

Опыты Стефана Маринова в 1980-е

В 1980-е гг. о получении положительного результата эфирного опыта сообщал Стефан Маринов на установке с вращающимися затворами или зеркалами (coupled shutters experiment).[37][38]

Опыты Юрия Галаева в 2000-е

Результаты эфирного опыта Ю. М. Галаева в диапазоне радиоволн (1998) и в оптическом диапазоне (2001) в сравнении с результатами Д. К. Миллера, США, 1925 г. Жирной линией показаны усредненные данные всех экспериментов за август месяц, тонкой — за указанные сутки.

В 2000 г. Ю. М. Галаев, научный работник Харьковского радиофизического института, опубликовал данные измерений эфирного ветра в диапазоне радиоволн при длине волны 8 мм на базе 13 км, в целом подтвердив при этом данные Миллера.[39][4]

В 2002 г. Ю. М. Галаев опубликовал результаты по измерению скорости эфирного ветра в диапазоне оптических волн. Измерения производились при помощи устройства (интерферометра), которое использует закономерности движения вязкого газа в трубах. В своей работе он сравнивал исторические данные Д. Миллера (1925 г.) и результаты своих собственных измерений в радио-диапазоне (1998 г.) и оптическом диапазоне волн (2001 г.), демонстрируя при этом сходство графиков.[40]

Опыт Саньяка — «блестящее экспериментальное доказательство наличия эфира»

Интерференционный эксперимент на вращающейся платформе был выполнен сначала Харрисом (Harres) [41] в 1912 г., затем Саньяком [42] (1913 г.) и Погани [43] (1925 г.). С. И. Вавилов в книге «Экспериментальные основания теории относительности» (1928) писал: «Если бы явление Саньяка было открыто раньше, чем выяснились нулевые результаты опытов второго порядка, оно, конечно, рассматривалось бы как блестящее экспериментальное доказательство наличия эфира».[26]:57[4][44] В настоящее время эффект Саньяка используeтся в лазерных ДУСах (датчиках угловых скоростей) [4]световых гироскопах, которые являются серийными приборами.[37]

Реакция А. Эйнштейна на ненулевой результат эфирных опытов

Эйнштейн в 1921 г., говоря об опытах Миллера, считал, что положительный результат эфирного опыта заставит теорию относительности «сложиться, как карточный домик», а в 1926 году — что этот результат сделает СТО и ОТО в их текущей форме недействительными.[45]

Взаимоисключающие высказывания А. Эйнштейна об эфире


  • Эйнштейн, 1905: «Введение „светоносного эфира“ окажется при этом излишним».[1]:8

  • Эйнштейн, 1910: «Нельзя создать удовлетворительную теорию, не отказавшись от существования некоей среды, заполняющей все пространство».[1]:145

  • Эйнштейн, 1915: «…следует отказаться от введения понятия эфира, который превратился лишь в бесполезный довесок к теории…»[1]:416

  • Эйнштейн, 1920: «Согласно общей теории относительности, пространство немыслимо без эфира»



***

Продолжение, ссылки и источник здесь.
Tags: ОТО, Эйнштейн, гипотеза, история, наука, теория, физика, эфир
Subscribe

Featured Posts from This Journal

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 14 comments