В. Паули теория относительности (М.: Наука, 1991. – фрагменты из книги) стр. 19 icon

В. Паули теория относительности (М.: Наука, 1991. – фрагменты из книги) стр. 19



НазваниеВ. Паули теория относительности (М.: Наука, 1991. – фрагменты из книги) стр. 19
Дата конвертации10.09.2012
Размер76.75 Kb.
ТипДокументы

[вернуться к содержанию сайта]


В. Паули

ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

(М.: Наука, 1991. – фрагменты из книги)


стр. 19

§ 3. Постулат постоянства скорости света.

Теория Ритца и родственные теории

Принятия принципа относительности ещё недостаточно для того, чтобы сделать вывод о ковариантности законов природы относительно преобразований Лоренца. Так, классическая механика вполне согласуется с принципом относительности, хотя преобразования Лоренца неприменимы к её уравнениям. Лоренц и Пуанкаре, как мы видели выше, положили в основу своего рассмотрения уравнения Максвелла. С другой стороны, абсолютно необходимо настаивать на том, что такое фундаментальное утверждение как принцип ковариантности должно выводиться по возможности из самых простых основных положений. Эйнштейн показал, и в этом его большая заслуга, что для этой цели достаточно принять только следующее электродинамическое положение: скорость света не зависит от движения источника. Если источник света точечный, то во всех случаях фронтом волны является сфера с покоящимся центром. Это положение мы будем, как принято, коротко называть положением о «постоянстве скорости света», хотя такое название может дать повод к недоразумениям. Об универсальном постоянстве скорости света в пустоте не может быть речи уже потому, что скорость света постоянна только в галилеевых системах отсчёта. Независимость же скорости света от движения источника сохраняется и в общей теории относительности. Положение о независимости скорости света от движения источника оказывается также истинным ядром старого понимания эфира. (О равенстве числового значения скорости света во всех галилеевых системах см. § 5.)

Как будет показано в следующем параграфе, принятие принципа относительности и положения о постоянстве скорости света приводит к изменению старых понятий о времени. Поэтому Ритц [24] и независимо от него Толмен [25], Кунц [26] и Комсток [27] подняли вопрос о возможности, отказавшись от принципа постоянства скорости света и сохраняя только первый принцип, построить теорию, согласующуюся с опытом и в то же время не приводящую к таким радикальным изменениям. Ясно, что при этом необходимо отбросить не только существование эфира, но и уравнения Максвелла для пустоты, и, таким образом, вся электродинамика должна быть построена заново. Это было выполнено в форме систематической теории только Ритцем. Он сохранил уравнения



так что напряжённости полей могут быть, как и в обычной электродинамике, выражены через скалярный и векторный потенциалы:



Уравнения обычной электродинамики

gif" name="object3" align=absmiddle width=178 height=90>

заменяются следующими:



в соответствии с предположением, что скорость света равна с лишь относительно источника, так же как скорость электромагнитного возмущения равна с лишь относительно электрона, его вызывающего. Теории, в которых делается подобное предположение, мы будем именовать коротко теориями истечения. Так как принцип относительности в них удовлетворяется сам собой, все они объясняют результат опыта Майкельсона. Необходимо, однако, выяснить, согласуются ли теории истечения со всеми остальными оптическими явлениями.

Заметим прежде всего, что теории истечения не согласуются с молекулярным объяснением преломления и отражения света, для которого существенно предположение об интерференции падающей волны со вторичными волнами, излучаемыми элементарными диполями среды. В самом деле, если, например, считать среду покоящейся, а источник света движущимся относительно неё, то согласно Ритцу волны, излучаемые диполями, имеют скорость (равную с), отличную от скорости падающей волны, а следовательно, интерференция между ними невозможна. Далее, теории истечения позволяют объяснить фундаментальный для оптики движущихся сред опыт Физо (см. § 6) лишь с помощью искусственных дополнительных гипотез. Рассмотрим здесь более подробно предсказания теории истечения относительно эффекта Доплера. Простые соображения показывают, что частота света должна изменяться точно так же, как в теории эфира; длина волны, напротив, вследствие изменения скорости света должна оставаться такой же, как при неподвижном источнике1. Следовательно, нужно выяснить, что измеряется при обычном, астрономическом наблюдении доплер-эффекта: изменение частоты или изменение длины волны. Можно, пытаясь сохранить теории истечения, принять, что при наблюдениях с призменными приборами речь идёт об измерении изменения частоты. При наблюдении с дифракционными решётками решить вопрос значительно труднее. Толмен придерживается взгляда, что в данном случае речь идёт о длине волны и, таким образом, теории истечения опровергаются; Стюарт [28], однако, придерживается противоположного мнения. Решение этого вопроса не может быть найдено просто потому, что само объяснение дифракции в теории истечения очень неясно. Предсказания различных теорий истечения об эффекте Доплера при отражении света от движущегося зеркала расходятся между собой. Так, согласно Дж. Дж. Томсону [29] и Стюарту [28] движущееся зеркало в отношении скорости отражённого луча эквивалентно зеркальному изображению источника света; согласно Толмену оно действует как новый источник света, находящийся на его поверхности; наконец, согласно Ритцу2 скорость отражённого луча равна скорости параллельного ему луча, испускаемого первичным источником света. Поэтому при неподвижном источнике и движущемся зеркале по Томсону–Стюарту доплер-эффект длины волны должен отсутствовать, по Толмену он должен быть равен половине эффекта, предсказываемого в обыкновенной оптике, а по Ритцу – совпадать с этим последним.



Рис. 1

Доплеровское изменение длины волны света, отражённого от движущегося зеркала, неоднократно определялось с помощью интерферометра [31] и с несомненностью свидетельствует о справедливости предсказания классической оптикой величины эффекта. Поэтому предположения Томсона-Стюарта и Толмена нужно считать опровергнутыми. Майорана [32] наблюдал далее доплер-эффект от движущегося источника с помощью интерферометра, причём было обнаружено, что эффект равен ожидаемому на основании классической оптики. Опыт Майораны не опровергает, однако, теорию Ритца, на что указывал в особенности Мишо [33]. Если L – источник света, удаляющийся со скоростью v от неподвижного зеркала S (рис. 1), и А – некоторая неподвижная точка перед зеркалом, то, в конечном счёте, в опыте Майораны измеряется изменение разности хода при прохождении туда и обратно отрезка AS=l, связанное с увеличением скорости источника света от нуля до v. При прохождении отрезка AS от А к S скорость света равна сv, частота ν1= ν(l–v/c) и, таким образом, λ1= (cv)/ν1= λ. При отражении от неподвижного зеркала S частота остаётся той же, а скорость становится равной с+v, т. е. длина волны λ2=(c+v)/ν2; λ2= λ(1+2v/c), если ограничиваться величинами первого порядка. Искомое изменение полной разности хода равно



так же как в классической теории. Вообще можно показать, что в величинах первого порядка, если рассматривать лишь замкнутые световые пути, нет разницы между оптикой Ритца и оптикой обыкновенной, или релятивистской. Поэтому опыты на Земле могут иметь решающее значение для оценки теории истечения лишь в том случае, если они распространяются на эффекты второго порядка3. В качестве подобного experimentum crucis мог бы служить согласно Ла-Роза [34] и Толмену [35] интерференционный опыт Майкельсона, если его провести со светом не земного источника, а Солнца. Из теории Ритца, в отличие от теории относительности, следует, что в этом случае должно наблюдаться смещение полос при вращении прибора (см. примеч. 2).

Эффекты первого порядка могут противоречить теории Ритца, если в опыте световой путь разомкнут, а не замкнут. Подобная возможность имеется не при земных, а при астрономических измерениях. Уже Комсток [36] указал на возможные эффекты при наблюдении двойных звёзд. Де Ситтер [37] позднее рассмотрел вопрос количественно и пришёл к следующему выводу: в случае непостоянства скорости света наблюдаемое изменение доплер-эффекта во времени будет для спектроскопической двойной звезды, движущейся в действительности по круговой орбите, таким, как если бы траектории обеих звёзд были эксцентрическими. Наличие известных траекторий двойных звёзд с очень небольшим эксцентриситетом позволяет установить, что скорость света почти не зависит от скорости двойной звезды. Если представить скорость света в виде с+kv, то должно быть k<0,002. Этот результат в сочетании с уже упомянутыми трудностями при объяснении опыта Физо и при построении молекулярной теории преломления позволяет почти с достоверностью считать правильным положение о постоянстве скорости света, а теории истечения Ритца и других признать ведущими к непреодолимым затруднениям.


Примечания:

1 Это впервые было отмечено Толменом [^ 25].

2 W. Ritz (P. Ehrenfest) [24]. Cм. также [30]. Когда в последующем будет идти речь о «теории Ритца», следует подразумевать под этим названием упоминаемое здесь не вполне свободное от произвола положение.

3 Это было отмечено Эренфестом [24] (Phys. Z.).


^ ПРИМЕЧАНИЯ В. ПАУЛИ К АНГЛИЙСКОМУ ИЗДАНИЮ

Примечание 2. Опыт Майкельсона для света от небесных источников (Солнца и звёзд) был выполнен Томашеком [361]. Он дал отрицательный результат.


^ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

24. Ritz W. // Ann. chim. et phys.– 1908.– V. 13.– P. 145 (Ges Werke.– P. 317); Arch. de Génève – 1908.– V. 16.– P. 209 (Ges. Werke.– P. 427); Scientia,– 1908.– V. 3.– P. 260 (Ges. Werke.– P. 447). См. также Ehrenfest P. // Phys. Z.– 1912.– Bd 13.– S. 317; Rede gehalten in Leyden.– 1912.– Berlin, 1913.

25. Tolman R. С. // Phys. Rеv.– 1910.– V. 30.– Р. 291; 1910.– V. 31.– Р. 26.

26. Kunz J. // Amer. J. of Science.– 1910.– V. 30.– Р. 1313.

27. Comstock D. F. // Phys. Rev.– 1910.– V. 30.– Р. 267.

28. Stewart О. М. // Phys. Rev.– 1911.– V. 32.– Р. 418.

29. Thomson J. J. // Philos. Mag.– 1910.– V. 19.– Р. 301.

30. Tolman С. // Phys. Rev.– 1912.– V. 35.– Р. 136.

31. Micheson A. A. // Astrophys. J.– 1913.– V. 37.– Р. 190; Fabry Ch., Buisson H. // С. R.– 1914.– V. 158.– Р. 1498; Majorana Q. // С. R.– 1917.– V. 165.– Р. 424. Philos. Mag.– 1918.– V. 35.– Р. 163; Phys. Rev.– 1918.– V. 11.– Р. 411.

32. Majorana Q. // Philos. Mag.– 1918.– V. 37.– Р. 190.

33. Michaud P. // С. R.– 1919.– V. 168.– Р. 507.

34. La Rosa М. // Nuovo Cimento.– 1912.– V. 3.– P. 345; Phys. Z.– 1912.– Bd 13.– S. 1129.

35. Tolman С. // Phys. Rev.– 1912.– V. 35.– P. 136.

36. Comstock D. F. // Phys. Rev. – 1910 – V. 30. – Р. 267.

37. De Sitter W. // Amstr. Proc.– 1913.– V. 15.– P. 1297; 1913.– V. 16.– P. 395; Phys. Z.– 1913.– Bd 14.– S. 429, 1267; ср. также Guthnik P. // Astr. Nachr.– 1917.– Bd 195.– S. 4670; Freundlich E. // Phys Z.– Bd 14.– S. 935; Zurhellen W. // Astr. Nachr.– 1914.–Bd 198.– S. 1.

361. Tomaschek R. // Ann. Phys. Lpz.– 1924.–Bd 73.– S. 105.


Дата установки: 22.05.2006

Последнее обновление: 25.02.2012

[вернуться к содержанию сайта]




Похожие:

В. Паули теория относительности (М.: Наука, 1991. – фрагменты из книги) стр. 19 iconФранкфурт У. И. Специальная и общая теория относительности (М.: Наука, 1968. – фрагменты из книги) стр. 14 Оптические явления в движущихся средах
...
В. Паули теория относительности (М.: Наука, 1991. – фрагменты из книги) стр. 19 iconОрир Дж. Популярная физика (М.: Мир, 1964. – фрагменты из книги) стр. 268 Теория относительности
Другими словами, не должно существовать привилегированной системы отсчёта, или, что то же самое, способов определения абсолютной...
В. Паули теория относительности (М.: Наука, 1991. – фрагменты из книги) стр. 19 iconСуорц К. Э. Необыкновенная физика обыкновенных явлений (Т – М.: Наука, 1986. – фрагменты из книги) стр. 248 Специальная теория относительности эйнштейна
Вскоре мы увидим, почему предположение о равенстве интервалов времени ошибочно. А пока отметьте, что это предположение прямо ведёт...
В. Паули теория относительности (М.: Наука, 1991. – фрагменты из книги) стр. 19 iconСодди Ф. Радий и его разгадка (Одесса: Матезис, 1910. – фрагменты из книги) стр. 40
Природа излучения – эфир – испускание телец – волнообразная теория света – теория раздельных частиц
В. Паули теория относительности (М.: Наука, 1991. – фрагменты из книги) стр. 19 iconРожанский И. Д. Античная наука (М.: Наука, 1980 – фрагменты из книги) стр. 61 Атомистика Левкиппа — Демокрита
Создание и разработка атомистического учения в Древней Греции были заслугой Левкиппа и его ученика Демокрита
В. Паули теория относительности (М.: Наука, 1991. – фрагменты из книги) стр. 19 iconБорн М., Вольф Э. Основы оптики (М.: Наука, 1973. – фрагменты из книги) стр. 105–115
Описание распространения электромагнитных волн с помощью интегральных уравнений 1
В. Паули теория относительности (М.: Наука, 1991. – фрагменты из книги) стр. 19 iconМатвеев А. Н. Механика и теория относительности (М.: Мир и образование, 2003. – фрагменты из книги) стр. 84
Особенно они велики при скоростях, близких к скорости света. Эти отклонения впервые были открыты при исследовании скорости света,...
В. Паули теория относительности (М.: Наука, 1991. – фрагменты из книги) стр. 19 iconП. Я. Кочина Софья Васильевна Ковалевская (М.: Наука, 1981 фрагменты из книги) стр. 84
В цилиндр наливается вода, она доводится до кипения и образуется пар, который можно использовать для машины
В. Паули теория относительности (М.: Наука, 1991. – фрагменты из книги) стр. 19 iconПерельман Я. И. Занимательная физика (М.: Наука, 1991. – фрагменты из книги) стр. 34 Поймать боевую пулю руками
Летая на высоте двух километров, лётчик заметил, что близ его лица движется какой-то мелкий предмет. Думая, что это насекомое, лётчик...
В. Паули теория относительности (М.: Наука, 1991. – фрагменты из книги) стр. 19 iconЭренфест–Иоффе научная переписка (М.: Наука, 1973. – фрагменты из книги) стр. 8
...
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©podelise.ru 2000-2014
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы

Разработка сайта — Веб студия Адаманов