Частная теория относительности. Революция 1905 года в физике

Страницы работы

Содержание работы

ЧАСТНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

РЕВОЛЮЦИЯ 1905 ГОДА В ФИЗИКЕ

Физик Филипп фон Жолли, учитель Макса Планка, говорил своему ученику в конце XIX в.: •Конечно, в том или ином уголке ещё можно заметить или удалить пылинку, но система как целое стоит прочно, и теоретическая физика приближается к той степени совершенства, каким уже столетия обладает геометрия. Так что не советую вам тратить на неё время».

К концу XIX столетия физика считалась более или менее завершённой наукой. Казалось, ещё немного усилий — и она превратится в подобие инженерного дела: чтобы решить любую практическую задачу, нужно лишь открыть справочник, найти необходимые формулы и выполнить соответствующие вычисления. Правда, оставалось несколько необъяснённых экспериментальных фактов, однако большинство учёных придерживались мнения, что достаточно сделать более полные и точные расчёты — и ответ будет найден.

В начале XX в. положение резко изменилось. Коллизия заключалась в том, что между двумя важнейшими разделами физики — механикой и электродинамикой — возникло серьёзное противоречие. В механике утвердился принцип относительности Галилея — полное равноправие систем отсчёта, движущихся относительно друг друга прямолинейно и равномерно. В электродинамике основополагающее место занимала идея эфира. Так называли ненаблюдаемую среду, заполняющую мировое пространство и неподвижную относительно далёких звёзд, в которой и происходят все физические процессы, в частности электромагнитные колебания. При этом движение частиц и поля следовало описывать в координатах, жёстко связанных с эфиром — абсолютной системой координат. Иначе говоря,

90

электродинамика Максвелла выделяла одну систему отсчёта, предпочитая её всем остальным.

Земля, двигаясь по орбите со скоростью около 30 км/с, перемещается относительно системы удалённых звёзд, а значит, и относительно эфира. Это должно неминуемо сказываться на электромагнитных явлениях, наблюдаемых на Земле. Поскольку считалось, что наша планета движется сквозь эфир, то ей навстречу должен дуть «эфирный ветер» и сносить свет, испускаемый земным источником, в направлении, обратном движению Земли. По закону сложения скоростей, выведенному из принципа относительности Галилея, скорость света, излучённого в направлении движения Земли, должна уменьшиться на 30 км/с, а в обратном направлении — на столько же увеличиться. Но в ходе экспериментов Майкельсона и Морли ничего подобного обнаружить не удавалось, хотя точность измерений возрастала.

Словом, эфирная теория света, казалось бы надёжно подтверждённая опытами, не согласовывалась с классической механикой. Многие теоретики пытались разрешить это противоречие. Одни полагали, что следует отказаться от галилеевского принципа относительности, другие — что

«неподвижный эфир» полностью или частично вовлекается в движение материальным телом (например, Землёй).

Совершенно неожиданную идею предложил в 1889 г. скромный ирландский физик Джордж Фрэнсис Фицджеральд (1851—1901). Если принять, что при движении тела со скоростью v относительно эфира его продольный размер l' испытывает сокращение по закону l'=lÖ(1-v2/c2), где

с — скорость света, а l — длина неподвижного в отношении эфира тела, то такой эффект будет полностью компенсировать искомую «эфирную» разность хода лучей в интерферометре Майкельсона. Правда, для скоростей, с которыми имеют дело в повседневной жизни, данный эффект практически неощутим. Даже Земля при движении по орбите со скоростью 30 км/с испытывает сокращение в направлении движения всего на 6 см, т. е. чуть больше, чем на длину спичечного коробка. А потому коллеги Фицджеральда отнеслись к его идее с большим сомнением.

Спустя три года после Фицджеральда к гипотезе сокращения независимо пришёл самый авторитетный специалист в электродинамике

*Преобразования, похожие на полученные Лоренцем, рассматривались немецким физиком Вольдемаром Фойгтом (1850-1919) в статье, посвященной принципу Доплера (1887 г.), а также английским физиком Джозефом Лармором (1857-1942) в книге «Эфир и материя» (1900 г.).

91

ЭКСПЕРИМЕНТ МАЙКЕЛЬСОНА — МОРЛИ

Долгое время скорость света считалась бесконечной. Первым, кто усомнился в этом и предпринял попытку определить значение скорости света, был Галилео Галилей. Поскольку эксперименты проводились в пределах прямой видимости (3 км), то, чтобы прийти к верному ответу, следовало измерить интервал времени порядка 10-5 с. Тогда это было не по силам даже Галилею. Первым узнал скорость света датчанин Оле Рёмер (1644—1710). В 1676 г., исследуя движение спутника Юпитера, он определил величину скорости света — 214 000 км/с. В середине XIX в. французы Арман Физо (1819—1896) и Жан Фуко (1819—1868) независимо друг от друга измерили скорость света в земных условиях — в воздухе и в воде.

Похожие материалы

Информация о работе

Предмет:
Физика
Тип:
Учебные пособия
Размер файла:
1 Mb
Скачали:
0