Сокращение лоренца в опытах майкельсона морли. Опыт майкельсона. Существенные особенности эксперимента

), наподобие упругих волн в газе или жидкости. Если источник и приёмник света, находящиеся на фиксированном расстоянии друг от друга, движутся со скоростью v сквозь эту субстанцию, то время распространения света от источника до приёмника будет зависеть от взаимного расположения вектора скорости и вектора, соединяющего источник и приёмник. Относительная разность времени Δt /t при распространении света параллельно и перпендикулярно потоку эфира по порядку величины близка к (v /c ) 2 , если скорость эфира много меньше скорости света. В эксперименте Майкельсона использовалось орбитальное движение Земли сквозь гипотетический эфир (предположительно неподвижный относительно Солнца), причём измерялась разность времени прохождения света одновременно через два перпендикулярных плеча интерферометра; при повороте прибора в потоке эфира время прохождения света через плечи интерферометра должно было бы измениться, что привело бы к изменению разности фаз электромагнитной волны в параллельном и перпендикулярном плече и к изменению наблюдаемой интерференционной картины , возникающей при сложении двух этих пучков света.

Рассмотрим упрощённый вариант, когда одно из плеч (1) расположено по движению эфира через прибор, другое плечо перпендикулярно ему.

Вычисляем общее время t 1 {\displaystyle t_{1}} прохождения света через плечо 1, используя сумму времён прямого и обратного движения и обозначив длину плеча L 0 {\displaystyle L_{0}} :

t 1 = L 0 c + v + L 0 c − v = {\displaystyle t_{1}={\frac {L_{0}}{c+v}}+{\frac {L_{0}}{c-v}}=} 2 c L 0 c 2 − v 2 = 2 L 0 c 1 1 − v 2 c 2 ≈ 2 L 0 c (1 + v 2 c 2) . {\displaystyle {\frac {2cL_{0}}{c^{2}-v^{2}}}={\frac {2L_{0}}{c}}{\frac {1}{1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}\approx {\frac {2L_{0}}{c}}\left(1+{\frac {v^{2}}{c^{2}}}\right).}

Приближение связано с тем, что v 2 / c 2 ≪ 1 {\displaystyle v^{2}/c^{2}\ll 1} (порядка 10 − 8 {\displaystyle 10^{-8}} , когда берётся скорость эфира v {\displaystyle v} ≈ 30 км/с ≈ 10 −4 c , равная по модулю и противоположная по направлению скорости орбитального движения Земли).

v 1 = | v 1 | = v 2 + c 2 = c 1 + v 2 c 2 {\displaystyle v_{1}=|\mathbf {v_{1}} |={\sqrt {v^{2}+c^{2}}}=c{\sqrt {1+{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}} .

Мы можем теперь вычислить:

t 2 = 2 L 1 c 1 1 + v 2 c 2 ≈ 2 L 1 c (1 − v 2 2 c 2) {\displaystyle t_{2}={\frac {2L_{1}}{c}}{\frac {1}{\sqrt {1+{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}}\approx {\frac {2L_{1}}{c}}\left(1-{\frac {v^{2}}{2c^{2}}}\right)} .

L 1 {\displaystyle L_{1}} - это гипотенуза, по ней сигнал идёт с увеличенной скоростью, при этом прохождение катета со скоростью c {\displaystyle c} даст то же время, что и прохождение гипотенузы с этой увеличенной скоростью. Поэтому достаточно рассмотреть время в виде

t 2 = 2 L 0 c {\displaystyle t_{2}={\frac {2L_{0}}{c}}}

Разность фаз пропорциональна:

δ = c (t 2 − t 1) = 2 (L 0 − L 0 1 − v 2 c 2) {\displaystyle \delta =c(t_{2}-t_{1})=2\left({L_{0}-{\frac {L_{0}}{1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}}\right)}

S = | δ + δ ′ | {\displaystyle S=|\delta +\delta ^{"}|} , где δ ′ {\displaystyle \delta ^{"}} пропорциональна разности фаз при повороте на π 2 {\displaystyle {\frac {\pi }{2}}} :

S = 2 L 0 | 1 − 1 1 − v 2 c 2 | ≈ 2 L 0 v 2 c 2 . {\displaystyle S=2L_{0}\left|1-{\frac {1}{1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}\right|\approx 2L_{0}{\frac {v^{2}}{c^{2}}}.}

Было показано, что теория эфира подразумевает разность фаз в параллельном и перпендикулярном плече, поддающуюся количественной оценке и обнаруживаемую соответствующими экспериментальными средствами (интерферометр Майкельсона - Морли).

История [ | ]

Предыстория [ | ]

Теория распространения света как колебаний особой среды - светоносного эфира - появилась в XVII веке. В 1727 году английский астроном Джеймс Брэдли объяснил с её помощью аберрацию света . Предполагалось, что эфир неподвижен, но после опытов Физо возникло предположение, что эфир частично или полностью увлекается в ходе движения вещества.

Экспериментальная установка Майкельсона - Морли, на которой выполнялись измерения 1887 года . Аппарат размещён на массивной каменной плите размерами 1,5×1,5×0,3 м , плавающей в ртути, чтобы устранить изменение длины плеч интерферометра при повороте аппарата

Под влиянием этих результатов Джордж Фитцджеральд и Лоренц выдвинули гипотезу о сокращении материальных тел в направлении движения в неподвижном и неувлекаемом эфире (1889).

Опыты Миллера [ | ]

По мнению профессора Дэйтона К. Миллера (Кейсовская школа прикладных наук):

Можно полагать, что эксперимент лишь показал, что эфир в конкретной подвальной комнате увлекается в продольном направлении вместе с ней. Мы собираемся поэтому переместить аппарат на холм, чтобы посмотреть, не обнаружится ли там эффект. [ ]

Осенью 1905 г. Морли и Миллер провели эксперимент на Евклидовых высотах в Кливленде , находящихся на высоте около 90 м над озером Эри и около 265 м выше уровня моря. В 1905-1906 гг. было сделано пять серий наблюдений, которые дали определённый положительный эффект - около 1/10 ожидаемого дрейфа .

В марте 1921 г. методика и аппарат были несколько изменены и получен результат в 10 км/с «эфирного ветра». Результаты были тщательно проверены на предмет возможного устранения погрешностей , связанных с магнитострикцией и тепловым излучением . Направление вращение аппарата не оказывало влияния на результат эксперимента .

Более поздние исследования результатов, полученных Д. Миллером, показали, что флуктуации, наблюдавшиеся им и интерпретированные как наличие «эфирного ветра», являются следствием статистических ошибок и неучёта температурных эффектов .

Опыты Кеннеди [ | ]

Теперь я хотел бы сделать несколько замечаний по поводу эксперимента Миллера. Я считаю, что существует серьёзная проблема, связанная с эффектом, периодическим для полного оборота аппарата, и сброшенная со счетов Миллером, подчеркивающим значение эффекта полупериода, то есть повторяющегося при полуобороте аппарата, и касающаяся вопроса об эфирном ветре. Во многих случаях эффект полного периода значительно больше эффекта полупериода. По Миллеру эффект полного периода зависит от ширины полос и будет нулевым для неопределенно широких полос.
Хотя Миллер утверждает, что он смог исключить этот эффект в значительной степени в своих замерах в Кливленде, и это можно легко объяснить в эксперименте, я хотел бы более четко понять причины этого. Говоря в данный момент как приверженец теории относительности, я должен утверждать, что такого эффекта вовсе не существует. Действительно, поворот аппарата в целом, включая источник света, не дает какого-либо сдвига с точки зрения теории относительности. Никакого эффекта не должно быть, когда Земля и аппарат находятся в покое. По Эйнштейну такое же отсутствие эффекта должно наблюдаться для движущейся Земли. Эффект полного периода, таким образом, находится в противоречии с теорией относительности и имеет большое значение. Если затем Миллер обнаружил систематические эффекты, существование которых нельзя отрицать, важно также узнать причину эффекта полного периода .

Опыты Майкельсона и Гэля [ | ]

Схема опыта Майкельсона - Гэля

В 1925 г. Майкельсон и Гэль у Клиринга в Иллинойсе уложили на земле водопроводные трубы в виде прямоугольника. Диаметр труб 30 см . Трубы AF и DE были направлены точно с запада на восток, EF, DA и CB - с севера на юг. Длины DE и AF составляли 613 м ; EF, DA и CB - 339,5 м . Одним общим насосом, работающим в течение трех часов, можно откачать воздух до давления 1 см ртутного столба. Чтобы обнаружить смещение, Майкельсон сравнивает в поле зрительной трубы интерференционные полосы, получаемые при обегании большого и малого контура. Один пучок света шёл по часовой стрелке, другой против. Смещение полос, вызываемое вращением Земли, разные люди регистрировали в различные дни при полной перестановке зеркал. Всего было сделано 269 измерений. Теоретически предполагая эфир неподвижным, следует ожидать смещения полосы на 0,236 ± 0,002 . Обработка данных наблюдений дала смещение 0,230 ± 0,005 , таким образом подтвердив существование и величину эффекта Саньяка .

Современные варианты [ | ]

В 1958 году в Колумбийском университете (США) был проведён ещё более точный эксперимент с использованием противонаправленных лучей двух мазеров , показавший независимость частоты от движения Земли с точностью около 10 −9 %.

Ещё более точные измерения в 1974 году довели чувствительность до 0,025 м/с . Современные варианты эксперимента Майкельсона вместо интерферометров используют оптические и криогенные [прояснить ] микроволновые резонаторы и позволяют обнаружить отклонение скорости света Δc /c , если бы оно составляло ~10 −18 . Кроме того, современные варианты эксперимента Майкельсона чувствительны к гипотетическим нарушениям лоренц-инвариантности не только в уравнениях Максвелла (для электромагнитных волн, как в классическом эксперименте), но и в

2. Эксперимент Майкельсона-Морли

Относительно ли движение? После некоторого размышления вы могли бы склониться к ответу: «Да, конечно!» Представьте себе поезд, движущийся на север со скоростью 60 км/ч. Человек в поезде идет на юг со скоростью 3 км/ч. В каком направлении он движется и какова его скорость? Совершенно очевидно, что на этот вопрос нельзя ответить, не указав системы отсчета. По отношению к поезду человек движется на юг со скоростью 3 км/ч. По отношению к Земле он движется на север со скоростью 60 минус 3, т. е. 57 км/ч.

Можно ли сказать, что скорость человека по отношению к Земле (57 км/ч) является его истинной, абсолютной скоростью? Нет, потому что имеются и другие, еще более крупномасштабные системы отсчета. Сама Земля движется. Она вращается вокруг своей оси и в то же время движется вокруг Солнца.

Солнце вместе со всеми своими планетами движется внутри Галактики. Галактика вращается и движется по отношению к другим галактикам. Галактики, в свою очередь, образуют сгустки галактик, движущиеся друг относительно друга. Никто не знает, насколько далеко на самом деле может быть продолжена эта цепь движений. Нет очевидного пути определить абсолютное движение какого-либо предмета; иными словами, нет такой фиксированной, окончательной системы отсчета, по отношению к которой можно было бы измерять все движения. Движение и покой, подобно большому и малому, быстрому и медленному, верху и низу, левому и правому, по-видимому, полностью относительны. Нет иного пути измерить движение какого-либо предмета, кроме как сравнивая его движение с движением другого предмета.

Увы, это не так просто! Если бы можно было ограничиться лишь тем, что уже сказано об относительности движения, то не было бы необходимости в создании Эйнштейном теории относительности.

Причина сложности в следующем: имеется два очень простых способа обнаружения абсолютного движения. В одном из методов используются свойства света, в другом - различные явления инерции, возникающие при изменении движущимся предметом траектории или скорости. Специальная теория относительности Эйнштейна имеет дело с первым методом, а общая теория относительности - со вторым.

В этой и двух следующих главах будет рассматриваться первый метод, который может служить ключом к пониманию абсолютного движения, метод, использующий свойства света.

В девятнадцатом веке, еще до Эйнштейна, физики представляли себе пространство наполненным особым неподвижным и невидимым веществом, названным эфиром. Часто его называли «светоносным» эфиром, имея в виду, что он является носителем световых волн. Эфир заполнял всю Вселенную.

Он проникал во все материальные тела. Если бы весь воздух был откачан из-под стеклянного колокола, колокол был бы наполнен эфиром. А как иначе свет мог бы пройти через вакуум? Свет - это волновое движение. Следовательно, должно быть что-то, в чем происходят колебания. Сам эфир, хотя в нем и существуют колебания, редко (если не никогда) движется по отношению к материальным предметам, скорее все предметы движутся сквозь него, подобно движению сита в воде. Абсолютное движение звезды, планеты или какого-либо другого предмета упростится (в этом физики той эпохи были уверены), если движение рассматривать по отношению к такому неподвижному, невидимому эфирному морю.

Но, спросите вы, если эфир нематериальная субстанция, которую нельзя видеть, слышать, чувствовать, обонять или пробовать ни вкус. Но так можно рассматривать движение, например, Земли по отношению к нему? Ответ прост. Измерения могут быть выполнены путем сравнения движения Земли с движением светового пучка.

Чтобы понять это, обратимся на время к природе света. В действительности свет - это лишь небольшая видимая часть спектра электромагнитного излучения, в состав которого входят радиоволны, ультракороткие волны, инфракрасный свет, ультрафиолетовый свет и гамма-лучи. В этой книге мы используем слово «свет» для обозначения любого типа электромагнитного излучения, так как это слово короче, чем «электромагнитное излучение». Свет - волновое движение. Думать о таком движении, не думая одновременно о материальном эфире, казалось физикам прошлого столь же абсурдным, как думать о волнах на воде, не думая о самой воде.

Если выстрелить из движущегося реактивного самолета по направлению его движения, то скорость пули относительно Земли будет больше, чем скорость пули, выпущенной из ружья на Земле. Скорость пули относительно Земли получается сложением скорости самолета и скорости пули.

В случае же света скорость пучка не зависит от скорости предмета, которым свет был испущен. Этот факт был убедительно доказан экспериментально в конце девятнадцатого и начале двадцатого века и с тех пор неоднократно подтверждался. Последняя проверка производилась в 1955 г. советскими астрономами, использовавшими свет от противоположных сторон вращающегося Солнца. Один край нашего Солнца всегда движется к нам, а другой - в противоположную сторону.

Было найдено, что свет от обоих краев приходит к Земле с одинаковой скоростью. Подобные опыты делались и десятилетия назад со светом от вращающихся двойных звезд. Несмотря на движение источника, скорость света в пустоте всегда одинакова: она несколько меньше 300 000 км/сек.

Видите, каким образом этот факт дает способ ученому (будем называть его наблюдателем) вычислить свою абсолютную скорость. Если свет распространяется через неподвижный, неизменный эфир с определенной скоростью с и если эта скорость не зависит от скорости движения источника, то скорость света может служить эталоном для определения абсолютного движения наблюдателя. Наблюдатель, движущийся в том же направлении, что и пучок света, должен был бы обнаружить, что пучок проходит мимо него со скоростью, меньшей с ; наблюдатель, движущийся навстречу пучку света, должен был бы отметить, что пучок приближается к нему со скоростью, большей с . Другими словами, результаты измерения скорости света должны были бы изменяться в зависимости от движения наблюдателя по отношению к пучку. Эти изменения отражали бы его (наблюдателя) истинное, абсолютное движение сквозь эфир.

При описании этого явления физики часто пользуются понятием «эфирный ветер». Для понимания содержания этого термина рассмотрим снова движущийся поезд. Мы видели, что скорость человека, идущего по поезду со скоростью 3 км/ч, всегда одинакова по отношению к поезду и не зависит от того, в сторону локомотива или к концу поезда он идет. Это будет справедливо и для скорости звуковых волн внутри закрытого вагона. Звук - волновое движение, передаваемое молекулами воздуха. Поскольку воздух содержится внутри вагона, звук внутри вагона будет распространяться на север с той же скоростью (по отношению к вагону), что и на юг.

Положение изменится, если мы перейдем из закрытого пассажирского вагона на открытую платформу. Воздух более не изолирован внутри вагона. Если поезд движется со скоростью 60 км/ч, то вдоль платформы в обратном направлении дует ветер со скоростью 60 км/ч. Из-за этого ветра скорость звука в направлении от конца к началу вагона будет меньше нормальной. Скорость звука в обратном направлении будет больше нормальной.

Физики девятнадцатого столетия были уверены, что эфир должен вести себя подобно воздуху, дующему на движущейся платформе. Как может быть иначе? Если эфир неподвижен, то любой движущийся в нем предмет должен встретить эфирный ветер, дующий в противоположном направлении. Свет - волновое движение в неподвижном эфире. На скорость света, измеренную с движущегося предмета, эфирный ветер должен, конечно, влиять.

Земля несется в пространстве по своему пути вокруг Солнца со скоростью около 30 км/сек. Это движение, рассуждали физики, должно вызывать эфирный ветер, дующий навстречу Земле в промежутках между ее атомами со скоростью 30 км/сек. Чтобы измерить абсолютное движение Земли (ее движение относительно неподвижного эфира), необходимо лишь измерить скорость, с которой свет проходит некоторое определенное расстояние на земной поверхности туда и обратно. Из-за эфирного ветра свет будет двигаться быстрее в одном направлении, чем в другом. Сравнив скорости света, испущенного по разным направлениям, можно было бы вычислить абсолютное направление и скорость движения Земли в любой заданный момент. Этот эксперимент был впервые предложен в 1875 г., за 4 года до рождения Эйнштейна, великим шотландским физиком Джемсом Кларком Максвеллом.

В 1881 г. Альберт Абрагам Майкельсон, в те времена молодой офицер Военно-Морского Флота Соединенных Штатов, сделал именно такой эксперимент.

Майкельсон родился в Германии, его родители - поляки. Отец его переехал в Америку, когда Майкельсон у было два года. После окончания Военно-Морской Академии в Аннаполисе и двухлетней морской службы Майкельсон начинает преподавать физику и химию в этой же Академии. Взяв длительный отпуск, он едет учиться в Европу. В Берлинском университете, в лаборатории известного немецкого физика Германа Гельмгольца, молодой Майкельсон впервые попытался обнаружить эфирный ветер. К его великому удивлению ни в одном направлении компаса он не обнаружил разницы в скорости, с которой свет проходил путь туда и обратно. Это было похоже на то, как если бы рыба открыла, что она может плыть в любом направлении в море, не замечая движения воды относительно ее тела; как если бы пилот, летящий с открытым колпаком кабины самолета, не заметил ветра, дующего ему в лицо.

Выдающийся австрийский физик Эрнст Мах (мы еще поговорим о нем в гл. 7) уже тогда критически относился к представлению об абсолютном движении через эфир. Прочитав опубликованный отчет Майкельсона об опыте, он немедленно заключил, что представление об эфире надо отбросить. Однако большинство физиков отказались сделать такой смелый шаг. Прибор Майкельсона был груб, было достаточно оснований думать, что эксперимент, поставленный с более чувствительной аппаратурой, даст положительный результат. Так думал и сам Майкельсон. Не найдя ошибок в своем опыте, он стремился повторить его.

Майкельсон отказался от военно-морской службы и стал профессором в Кэйсовской школе прикладных наук (теперь Кэйсовский университет) в Кливленде, штат Огайо. Поблизости, в университете Западной Территории преподавал химию Эдвард Вильям Морли. Эти два человека стали добрыми друзьями.

«Внешне, - пишет Бернард Яффе о книге «Майкельсон и скорость света», - эти двое ученых являли образец контраста… Майкельсон был красивый, нарядный, всегда безупречно выбритый. Морли, мягко говоря, был небрежен в одежде и служил примером рассеянного профессора… Он позволял волосам отрастать до тех пор, пока они не начинали завиваться на плечах, и был обладателем беспорядочной рыжей щетины, доходившей почти до ушей».

В 1887 г. в подвале лаборатории Морли оба ученых сделали вторую, более точную попытку найти неуловимый эфирный ветер. Их опыт, известный как эксперимент Майкельсона - Морли, - одна из великих поворотных точек современной физики.

Прибор был установлен на квадратной каменной плите со сторонами около полутора метров и толщиной более 30 см. Плита плавала в жидкой ртути. Это исключало вибрации, поддерживало горизонтальность плиты и позволяло легко поворачивать ее вокруг центральной оси. Система зеркал направляла пучок света в определенном направлении, зеркала отражали пучок туда и обратно по одному направлению так, что он делал восемь пробегов. (Это было сделано для того, чтобы максимально удлинить путь, сохранив размеры прибора такими, при которых он еще мог легко вращаться.) В то же время другая система зеркал посылала пучок на восемь пробегов по направлению, составлявшему прямой угол с первым пучком.

Предполагалось, что когда плита будет повернута так, что один из пучков будет пробегать туда и обратно параллельно эфирному ветру, то пучок будет делать рейс за большее время, чем другой пучок, проходящий такое же расстояние перпендикулярно ветру. Сначала кажется, что должно быть справедливо обратное. Рассмотрим свет, распространяющийся по ветру и против ветра. Не будет ли ветер увеличивать скорость на одном пути настолько же, насколько уменьшает ее на другом? Если так, то ускорение и торможение компенсировали бы друг друга и время, затраченное на весь путь, было бы точно таким же, как если бы никакого ветра не было вовсе.

Действительно, ветер будет увеличивать скорость в одном направлении на точно такую же величину, как уменьшать ее в другом, но - и это самое важное - ветер будет уменьшать скорость в течение большего промежутка времени. Вычисления показывают, что на преодоление полного пути против ветра затрачивается больше времени, чем при отсутствии ветра. Ветер будет оказывать замедляющее действие и на пучок, распространяющийся под прямым углом к нему. В этом также легко убедиться.

Оказывается, что замедляющее действие меньше, чем в том случае, когда пучок распространяется параллельно ветру. Если Земля движется через море неподвижного эфира, то должен возникать эфирный ветер и прибор Майкельсона - Морли должен его зарегистрировать. И действительно, оба ученых были уверены, что они смогут не только обнаружить такой ветер, но и определить (вращая плиту до тех пор, пока не найдут то положение, в котором разность времени прохождения света в обоих направлениях максимальна) в любой заданный момент точное направление движения Земли через эфир.

Надо отметить, что прибор Майкельсона - Морли не измерял истинной скорости света каждого из пучков. Оба пучка после того, как они совершали нужное количество пробегов туда и обратно, объединялись в единый пучок, который можно было наблюдать в небольшой телескоп. Прибор медленно поворачивался. Любое изменение относительных скоростей обоих пучков вызвало бы сдвиг интерференционной картины чередующихся светлых и темных полос.

И снова Майкельсон был поражен и разочарован.

Удивлены были и все физики во всем мире. Несмотря на то что Майкельсон и Морли поворачивали свой прибор, они не заметили и следа эфирного ветра!

Никогда раньше в истории науки отрицательный результат опыта не был столь разрушительным и столь плодотворным. Майкельсон снова решил, что его эксперимент не удался. Он никогда не думал, что эта «неудача» сделает его опыт одним из наиболее значительных, революционных экспериментов в истории науки.

Позже Майкельсон и Морли повторили свой опыт с еще более совершенным прибором. Другие физики сделали то же. Наиболее точные опыты выполнил в 1960 г. Чарльз Таунс в Колумбийском университете.

Его прибор, использующий мазер («атомные часы», основанные на колебаниях молекул), был настолько чувствителен, что мог бы заметить эфирный ветер, даже если бы Земля двигалась со скоростью, составляющей всего лишь одну тысячную истинной. Но и следа такого ветра не было обнаружено.

Физики вначале были настолько изумлены отрицательным результатом опыта Майкельсона-Морли, что начали придумывать всевозможные объяснения для спасения теории эфирного ветра. Конечно, если бы этот эксперимент был выполнен несколькими столетиями раньше, то, как отмечает Г. Дж. Уитроу в книге «Строение и развитие Вселенной», очень простое объяснение о неподвижности Земли быстро пришло бы на ум каждому. Но это объяснение опыта казалось неправдоподобным. Наилучшим объяснением была теория (значительно более старая, чем опыт Майкельсона - Морли), утверждающая, что эфир увлекается Землей, подобно воздуху внутри закрытого вагона. Также думал и Майкельсон. Но другие опыты, один из которых Майкельсон выполнил собственноручно, исключали и это объяснение.

Наиболее необычное объяснение дал ирландский физик Джордж Фрэнсис Фитцджеральд. Возможно, говорил он, эфирный ветер давит на движущийся предмет, заставляя его сокращаться в направлении движения.

Чтобы определить длину движущегося предмета, надо его длину в состоянии покоя умножить на величину, даваемую формулой

где v 2 - квадрат скорости движущегося тела, а с 2 - квадрат скорости света.

Из этой формулы можно видеть, что величина сокращения пренебрежимо мала при малых скоростях тела, возрастает с ростом скорости и становится большой при приближении скорости тела к скорости света. Так, космический корабль, по форме напоминающий длинную сигару, при движении с большой скоростью приобретает форму короткой сигары.

Скорость света - недостижимый предел; для тела, движущегося с этой скоростью, формула имела бы вид

а это выражение равно нулю. Умножив длину предмета на нуль, мы получили бы в ответе нуль. Другими словами, если какой-либо предмет сможет достичь скорости света, то он не будет иметь никакой длины в направлении своего движения!

Элегантную математическую форму теории Фитцджеральда придал голландский физик Хендрик Лоренц, который независимо пришел к такому же объяснению. (Позже Лоренц стал одним из ближайших друзей Эйнштейна, но в то время они еще не были знакомы.) Эта теория получила известность как теория сокращения Лоренца - Фитцджеральда (или Фитцджеральда - Лоренца).

Легко понять, как теория сокращения объяснила неудачу опыта Майкельсона - Морли. Если бы квадратная плита и все приборы на ней немного сокращались в том направлении, в котором дул эфирный ветер, то свет проходил бы более короткий полный путь.

И хотя ветер оказывал бы в целом тормозящее действие на движение пучка в прямом и обратном направлениях, более короткий путь позволил бы пучку закончить это путешествие за точно такое же время, как если бы не было ни ветра, ни сокращения. Иначе говоря, сокращение было точно таким, чтобы сохранить постоянство скорости света независимо от направления поворота прибора Майкельсона - Морли.

Почему, можете спросить вы, нельзя было просто измерить длину прибора и посмотреть, происходило ли в действительности укорачивание в направлении движения Земли? Но ведь линейка тоже сокращается и в той же самой пропорции. Измерение дало бы такой же результат, как и при отсутствии сокращения.

На движущейся Земле все подвержено сокращению.

Положение такое же, как и в мысленном опыте Пуанкаре, в котором Вселенная внезапно становится в тысячу раз больше, но только в теории Лоренца - Фитцджеральда изменения происходят в одном-единственном направлении. Так как этому изменению подвержено все, то нет способа его обнаружить. Внутри определенных пределов (пределы устанавливаются топологией - наукой о свойствах, сохраняющихся при деформации предмета) форма столь же относительна, как и размер. Сокращение прибора, как и сокращение всего на Земле, мог бы заметить лишь тот, кто находится вне Земли и не движется вместе с нею.

Многие писатели, говоря о теории отностельности, считали гипотезу сокращения Лоренца - Фитцджеральда гипотезой ad hoc (латинское выражение, означающее «только для данного случая»), не поддающейся проверке какими-либо другими экспериментами. Адольф Грюнбаум считал, что это не вполне справедливо. Гипотеза сокращения была ad hoc только в том смысле, что в то время не было пути проверить ее. В принципе она вовсе не ad hoc . И это было доказано в 1932 г., когда Кеннеди и Торндайк экспериментально опровергли эту гипотезу.

Рой Дж. Кеннеди и Эдвард М. Торндайк, два американских физика, повторили опыт Майкельсона - Морли. Но вместо того, чтобы стремиться сделать оба плеча по возможности равными, они постарались сделать их длины максимально различными. Для того чтобы обнаружить разницу во времени, затрачиваемом светом на прохождение в двух направлениях, прибор поворачивали. В соответствии с теорией сокращения разность времен должна была изменяться при повороте. Ее можно было бы заметить (как и в опыте Майкельсона) по изменению интерференционной картины, возникающей при смешении двух пучков. Но такого изменения не обнаружили.

Наиболее просто проверить теорию сокращения можно было бы, выполнив измерения скорости пучков света, распространяющихся в противоположных направлениях: вдоль направления движения Земли и против него. Очевидно, сокращение пути не делает невозможным обнаружение эфирного ветра, если он существует. До недавнего открытия эффекта Мёссбауэра (о нем будет говориться в гл. 8) гигантские технические трудности мешали провести этот опыт.

В феврале 1962 г. на собрании Королевского общества в Лондоне профессор Христиан Мёллер из Копенгагенского университета рассказал о том, как легко можно выполнить этот эксперимент при использовании эффекта Мёсебауэра. Для этого источник и поглотитель электромагнитных колебаний устанавливают на противоположных концах вращающегося стола. Мёллер указал, что такой эксперимент мог бы опровергнуть первоначальную теорию сокращения.

Возможно, что за время печатания этой книги такой эксперимент будет выполнен.

Хотя эксперименты такого рода и не могли быть выполнены во времена Лоренца, он предусматривал принципиальную возможность их и считал вполне обоснованными предположения о том, что эти опыты, подобно опыту Майкельсона, дадут отрицательный результат. Чтобы объяснить такой вероятный результат, Лоренц сделал важное добавление к первоначальной теории сокращения. Он ввел изменение времени. Он говорил, что часы замедлялись бы под действием эфирного ветра, причем таким образом, что измеренная скорость света всегда составляла 300 000 км/сек.

Рассмотрим конкретный пример. Допустим, что у нас есть часы, достаточно точные, чтобы сделать опыт по измерению скорости света. Пошлем свет из точки А в точку Б по прямой вдоль направления движения Земли. Синхронизируем двое часов в точке А и затем передвинем одни из них в точку Б. Отметим время, когда пучок света покинул пункт А и (по другим часам) момент прибытия его в пункт Б. Так как свет двигался бы при этом против эфирного ветра, его скорость несколько уменьшилась бы, а время пробега возросло по сравнению со случаем покоящейся Земли. Вы заметили изъян в этом рассуждении? Часы, двигавшиеся из точки А в Б, также двигались против эфирного ветра. Это замедлило часы в точке Б, они несколько отстали от часов в точке А. В результате измеренная скорость света остается неизменной - 300 000 км/сек.

То же самое произойдет (утверждает Лоренц), если измерять скорость света, распространяющегося в противоположном направлении, из точки Б в А. Двое часов синхронизируются в точке Б и затем одни из них переносятся в точку А. Пучок света, распространяясь из пункта Б в А, движется вдоль эфирного ветра. Скорость пучка увеличивается, и, следовательно, время прохождения несколько уменьшается по сравнению со случаем покоящейся Земли. Однако при перенесении часов из точки Б в А их тоже «подгоните ветер. Уменьшение давления эфирного ветра разрешит часам увеличить скорость, и, следовательно, к моменту окончания эксперимента часы в точке А убегут вперед по сравнению с часами в точке Б.

И в результате скорость света опять 300 000 км/сек.

Новая теория Лоренца не только объяснила отрицательный результат опыта Майкельсона - Морли; из нее следовала принципиальная невозможность опытным путем обнаружить влияние эфирного ветра на скорость света. Ее уравнения для изменения длины и времени действуют так, что при любом возможном методе измерения скорости света в любой системе отсчета будет получаться одинаковый результат. Ясно, что физики были неудовлетворены этой теорией. Она была теорией ad hoc в полном смысле этого слова. Оказались обреченными усилия залатать дыры, возникшие в теории эфира. Нельзя представить себе пути ее подтверждения или опровержения. Физикам было трудно поверить, что, создав эфирный ветер, природа устроила все так, что обнаружить этот ветер невозможно. Английский философ-математик Бартран Рассел позднее очень удачно цитировал песенку Белого Рыцаря из книги Льюиса Кэррола «Алиса в стране чудес».

Из книги Атомная энергия для военных целей автора Смит Генри Деволф

ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ ЗАПАЗДЫВАЮЩИЕ НЕЙТРОНЫ6.23. Мы не будем упоминать множества различных вспомогательных экспериментов, выполненных за этот период. Однако, один такой эксперимент изучение запаздывания нейтронов мы рассмотрим, так как он представляет собою

Из книги Гиперпространство автора Каку Мичио

Десятимерность и эксперимент В приливе воодушевления и суматохе, которыми сопровождается рождение любой значительной теории, легко забыть о том, что в конечном счете любая теория должна опираться на фундамент эксперимента. Какой бы элегантной и прекрасной ни казалась

ЭКСПЕРИМЕНТ С КЮВЕТОЙ CO ЛЬДОМ Работы по статическому электричеству и изолирующему эффекту клетки Фарадея были подтверждены в эксперименте 1843 года с использованием кюветы со льдом. Схема аппарата, использованного Фарадеем для эксперимента с кюветой льда. Для изоляции

Во второй половине XIX века физические воззрения на характер распространения света, действие гравитации и некоторые другие феномены все более явственно стали наталкиваться на трудности. Связаны они были с господствовавшей в науке эфирной концепцией. Идея проведения опыта, который разрешил бы накопившиеся противоречия, что называется, носилась в воздухе.

В 1880-х годах была поставлена серия экспериментов, весьма сложных и тонких по тем временам, - опыты Майкельсона по исследованию зависимости скорости света от направления движения наблюдателя. Прежде чем более подробно остановиться на описании и результатах этих знаменитых опытов, необходимо вспомнить, что представляла собой концепция эфира и как понималась физика света.

Взгляды XIX столетия на природу света

В начале века восторжествовала волновая теория света, получившая блестящие экспериментальные подтверждения в работах Юнга и Френеля, а позднее - и теоретическое обоснование в труде Максвелла. Свет совершенно бесспорно проявлял волновые свойства, и корпускулярная теория оказалась похоронена под грудой фактов, которые не могла объяснить (возродится она только в начале XX века на совершенно новой основе).

Однако физика той эпохи не могла представить себе распространение волны иначе, чем через механические колебания какой-либо среды. Если свет - волна, и он способен распространяться в вакууме, то ученым не оставалось ничего иного, как предположить, что вакуум заполнен некой субстанцией, благодаря своим колебаниям проводящей световые волны.

Светоносный эфир

Загадочная субстанция, невесомая, невидимая, не регистрируемая никакими приборами, именовалась эфиром. Опыт Майкельсона как раз и призван был подтвердить факт ее взаимодействия с другими физическими объектами.

Гипотезы о существовании эфирной материи высказывали еще Декарт и Гюйгенс в XVII столетии, но она стала необходима как воздух именно в XIX веке, и тогда же привела к неразрешимым парадоксам. Дело в том, что для того, чтобы, вообще, существовать, эфир должен был обладать взаимоисключающими либо, вообще, физически нереальными качествами.

Противоречия эфирной концепции

Чтобы соответствовать картине наблюдаемого мира, светоносный эфир должен быть абсолютно неподвижным - иначе эта картина постоянно искажалась бы. Но неподвижность его входила в непримиримый конфликт с уравнениями Максвелла и принципом относительности Галилея. Ради их сохранения приходилось признавать, что эфир увлекается движущимися телами.

Помимо того, эфирная материя мыслилась абсолютно твердой, непрерывной и одновременно никоим образом не препятствующей движению тел сквозь нее, несжимаемой и притом обладающей поперечной упругостью, иначе она не проводила бы электромагнитные волны. Кроме того, эфир мыслился как всепроникающая субстанция, что, опять-таки, плохо вяжется с идеей о его увлечении.

Идея и первая постановка опыта Майкельсона

Американский физик Альберт Майкельсон заинтересовался проблемой эфира после того, как прочел в журнале Nature письмо Максвелла, опубликованное после смерти последнего в 1879 году, с описанием неудачной попытки обнаружить движение Земли по отношению к эфиру.

В 1881 году состоялся первый опыт Майкельсона по определению скорости света, распространяющегося в различных направлениях относительно эфира, движущимся вместе с Землей наблюдателем.

Земля, перемещаясь по орбите, должна подвергаться действию так называемого эфирного ветра - явления, аналогичного потоку воздуха, набегающего на движущееся тело. Монохроматический световой луч, направленный параллельно этому «ветру», навстречу ему будет двигаться, несколько теряя в скорости, а обратно (отразившись от зеркала) - наоборот. Изменение скорости в том и в другом случае одинаково, но достигается оно за разное время: замедленный «встречный» луч будет дольше находиться в пути. Таким образом, световой сигнал, испущенный параллельно «эфирному ветру», обязательно задержится относительно сигнала, преодолевающего то же расстояние, также с отражением от зеркала, но в перпендикулярном направлении.

Для регистрации этой задержки использовался изобретенный самим Майкельсоном прибор - интерферометр, работа которого основана на явлении наложения когерентных световых волн. При запаздывании одной из волн интерференционная картина смещалась бы из-за возникающей разности фаз.

Первый опыт Майкельсона с зеркалами и интерферометром не дал однозначного результата вследствие недостаточной чувствительности прибора и недоучета многочисленных помех (вибраций) и вызвал критику. Требовалось существенное повышение точности.

Повторный опыт

В 1887 году ученый повторил эксперимент совместно со своим соотечественником Эдвардом Морли. Они использовали усовершенствованную установку и особенно позаботились об исключении влияния побочных факторов.

Суть опыта не изменилась. Световой пучок, собранный при помощи линзы, падал на полупрозрачное зеркало, установленное под углом 45°. Здесь он делился: один луч проникал сквозь делитель, второй уходил в перпендикулярном направлении. Каждый из лучей затем отражался обычным плоским зеркалом, возвращался на светоделитель, после чего частично попадал на интерферометр. Экспериментаторы были уверены в существовании «эфирного ветра» и рассчитывали получить вполне измеряемый сдвиг более чем на треть интерференционной полосы.

Нельзя было пренебрегать движением Солнечной системы в пространстве, поэтому идея опыта предусматривала возможность поворачивать установку с целью точной настройки на направление «эфирного ветра».

Чтобы избежать вибрационных помех и искажений картины при поворотах прибора, вся конструкция была размещена на массивной каменной плите с деревянным тороидальным поплавком, плавающей в чистой ртути. Фундамент под установкой был заглублен до скальной породы.

Результаты опытов

Ученые проводили тщательные наблюдения в течение года, вращая плиту с прибором по часовой стрелке и против. фиксировалась по 16 направлениям. И, несмотря на беспрецедентную для своей эпохи точность, опыт Майкельсона, проведенный в сотрудничестве с Морли, дал отрицательный результат.

Синфазные световые волны, уходящие со светоделителя, достигали финиша без сдвига фаз. Это повторялось всякий раз, при любом положении интерферометра и означало, что скорость света в опыте Майкельсона ни при каких обстоятельствах не менялась.

Проверка результатов эксперимента проводилась неоднократно, в том числе и в XX веке с применением лазерных интерферометров и микроволновых резонаторов, достигающих точности в одну десятимиллиардную скорости света. Итог опыта остается незыблемым: эта величина неизменна.

Значение эксперимента

Из опытов Майкельсона и Морли следует, что «эфирный ветер», а, следовательно, и сама эта неуловимая материя просто не существует. Если какой-либо физический объект принципиально не обнаруживается ни в каких процессах, это равнозначно его отсутствию. Физики, включая и самих авторов блестяще поставленного эксперимента, далеко не сразу осознали крушение концепции эфира, а вместе с ним - и абсолютной системы отсчета.

Непротиворечивое и при этом революционно новое объяснение результатов опыта удалось представить только Альберту Эйнштейну в 1905 году. Рассмотрев эти результаты как есть, без попыток притянуть к ним умозрительный эфир, Эйнштейн получил два вывода:

Никаким оптическим экспериментом нельзя обнаружить прямолинейное и равномерное движение Земли (право считать его таковым дает кратковременность акта наблюдения).
Относительно любой инерциальной системы отсчета скорость света в вакууме неизменна.

Эти выводы (первый - в сочетании с галилеевским принципом относительности) послужили Эйнштейну основой для формулировки его знаменитых постулатов. Так что опыт Майкельсона - Морли послужил прочной эмпирической базой специальной теории относительности.

Анализ опыта Майкельсона – Морли

Российский ученый В.А. Ацюковский скрупулезно проанализировал экспериментальные основы эйнштейновских теорий относительности и пришел к такому выводу: "Анализ результатов экспериментов, проведенных различными исследователями в целях проверки положений СТО и ОТО, показал, что экспериментов, в которых получены положительные и однозначно интерпретируемые результаты, подтверждающие положения и выводы теорий относительности А. Эйнштейна, не существует".

Это заключение распространяется и на самый знаменитый опыт – опыт Майкельсона-Морли. Обратите внимание, интерферометр Майкельсона-Морли был неподвижен относительно Земли, двигался только свет. Авторы полагали, что им удастся зафиксировать влияние скорости движения Земли V = 30км/с относительно Солнца на отклонение интерференционной полосы света. Расчет производился по формуле

Ожидаемое смещение 0,04 интерференционной полосы не было зафиксировано. И авторы почему-то не стали искать причину расхождений между теорией и экспериментом. Давайте сделаем это за них.

Так как фотоны имеют массу, то Земля для них – инерциальная система отсчёта и их поведение в поле силы её тяжести не должно отличаться от поведения в этом поле других тел, имеющих массу, поэтому мы обязаны подставить в вышеприведенную формулу не скорость движения Земли относительно Солнца (V = 30 км/с), а скорость поверхности Земли (V = 0,5 км/c), формируемую ее вращением относительно своей оси. Тогда ожидаемое смещение интерференционной полосы в опыте Майкельсона-Морли составит не 0,04, а значительно меньше

. (423)

Неудивительно поэтому, что прибор Майкельсона-Морли показывал отсутствие смещения интерференционной полосы. И мы теперь знаем причину этого: у него не хватало необходимой чувствительности (точности).

Тем не менее, Нобелевский комитет выдал в 1907 г. А. Майкельсону Нобелевскую премию «За создание прецизионных оптических инструментов и выполнение с их помощью спектроскопических и метрологических исследований». Добавим, что ошибочная интерпретация эксперимента Майкельсона явилась экспериментальной базой ошибочных теорий относительности А. Эйнштейна.

А что если поставить такой опыт, чтобы в нем источник света и прибор, фиксирующий смещение интерференционной полосы, перемещались (вращались) бы в поле тяготения Земли? В этом случае сравниваются показания приборов при отсутствии вращения всей установки и при ее вращении. Сразу видно, что при отсутствии вращения установки принцип измерений не будет отличаться от принципа измерений в опыте Майкельсона-Морли и прибор не покажет никакого смещения интерференционной полосы. Но как только установка начнет вращаться в поле силы тяжести Земли, так сразу должно появиться смещение указанной полосы. Объясняется это тем, что пока свет идет от источника к приемнику, положение последнего меняется в поле силы тяжести Земли относительно источника, и прибор должен зафиксировать смещение указанной полосы.

Подчеркнем еще раз: положение источника и приемника сигналов в опыте Майкельсона-Морли не меняется друг относительно друга в поле силы тяжести Земли, а в описанном нами примере - меняется. Это главное отличие указанных опытов. Описанная элементарная логика убедительно подтверждена опытом Саньяка. Результаты его опыта противоречат показаниям интерферометра Майкельсона-Морли и этот факт релятивисты замалчивают и упорно игнорируют, ярко демонстрируя этим, что научная истина их не интересует.

Мы привели достаточно веские доказательства ошибочности эйнштейновских теорий относительности, поэтому невольно возникает вопрос: а как же теперь воспринимать тот факт, что теории относительности А. Эйнштейна лежат в фундаменте, как считают релятивисты, всех достижений физики в XX веке? Очень просто! Все эти достижения - результат усилий главным образом физиков-экспериментаторов, которые проводили эксперименты не с целью проверки физических теорий, а с целью получения такого результата, который бы можно было использовать в военных целях или в конкурентной борьбе при завоевании рынков сбыта своей продукции.

Теоретики, конечно, пытались найти объяснение этим достижениям, как-то их обосновать, но эти объяснения оказались приближенными и поверхностными. Главным тормозом в объяснении глубинных основ материи и мироздания был стереотип мышления, сформированный ошибочными теориями Эйнштейна, и настойчивость его сторонников в защите этих теорий от критики.

12.5. Как родились планеты Солнечной системы

Проанализируем лишь ту гипотезу о формировании планет Солнечной системы, согласно которой они образовались из звезды, пролетавшей вблизи Солнца, которое захватило её своим гравитационным полем (рис. 228, а).

Рис. 228. a) - схема движения планет вокруг Солнца; схема

вовлечения звезды А гравитационной силой Солнца (С)

в орбитальное движение

Эта гипотеза позволяет найти ответы на большую часть главных вопросов, связанных с рождением планет.

Анализ процесса рождения планет Солнечной системы начнём с формулировки главных вопросов, ответы на которые должны следовать из этого анализа.

1. Почему орбиты всех планет почти круговые?

2. Почему орбиты всех планет лежат почти в одной плоскости?

3. Почему все планеты вращаются вокруг Солнца в одном и том же направлении?

4. Почему направления вращения планет (за исключением Урана) вокруг своих осей совпадают с направлениями их вращения вокруг Солнца?

5. Почему плоскости орбит большинства спутников планет близки к их экваториальным плоскостям?

6. Почему орбиты большинства спутников почти круговые?

7. Почему большинство спутников и кольцо Сатурна обращаются вокруг своих планет в том же направлении, что и планеты вокруг Солнца?

8. Почему существует градиент плотности планет?

9. Можно ли предполагать, что закономерность изменяющейся плотности планет, по мере удаления их от Солнца, аналогична изменению плотности существующего Солнца, начиная от его ядра до её поверхности?

10. Почему с удалением планет от Солнца их плотности вначале уменьшаются, а потом незначительно увеличиваются?

Мы уже показали, что формированием основных элементарных частиц: фотонов, электронов, протонов и нейтронов управляет закон сохранения кинетического момента (момента импульса), математической моделью которого является константа Планка (219). Мы назвали этот закон главным законом, управляющим формированием материального мира. Из этого следует, что этот же закон должен был управлять процессом рождения планет Солнечной системы. Сейчас мы убедимся в большой вероятности связи этой гипотезы с реальностью.

Поскольку планеты не имеют прямолинейных движений, а вращаются относительно Солнца и относительно своих осей, то для описания этих вращений мы будем пользоваться математической моделью закона сохранения кинетического момента .

А теперь формулируем гипотезу. Планеты Солнечной системы сформировались из звезды , пролетавшей мимо Солнца и захваченной её гравитационным полем (рис. 228, b, позиции: 1, 2, 3, 4, 5…). Когда звезда была далека от Солнца, то, двигаясь в пространстве, она вращалась только относительно своей оси, которая была параллельна (в основном) оси вращения Солнца. Вполне естественно, что звезда обладала собственным кинетическим моментом, величина которого нам не известна. Однако нам известно, что отсутствие внешних сил оставляло этот момент постоянным. По мере приближения к Солнцу на звезду начинала действовать сила гравитации Солнца.

Предположим, что эта звезда пролетала мимо Солнца на расстоянии равном расстоянию от Солнца до самой первой планеты Меркурий. Вполне естественно, что сила гравитации Солнца (рис. 228, b, позиции: 2, 3, 4…) вовлекла эту звезду в круговое движение вокруг Солнца. Следующее предположение заключается в том, что направление вращения звезды вокруг своей оси совпадало с направлением вращения звезды вокруг Солнца. В результате к кинетическому моменту вращения звезды относительно своей оси добавился кинетической момент вращения вокруг Солнца.

Поскольку звезда была в плазменном состоянии, как и Солнце, только меньше Солнца по массе и размеру, то она смогла бы удержаться на орбите только при условии равенства между центробежной силой инерции и силой гравитации Солнца (рис. 228, b, позиция 5). Если этого равенства не было, то на образовавшейся первой орбите могла удержаться лишь та часть прочно связанной плазмы звезды (рис. 228, позиция 6), которая обеспечивала равенство между центробежной силой инерции и силой гравитации Солнца. Оставшаяся часть плазмы звезды начинала удаляться от Солнца под действием большей центробежной силы инерции (рис. 228, позиция 7). В процессе удаления от Солнца из удаляющейся части звезды начинала формироваться следующая порция устойчивой структуры, которую гравитационная сила Солнца вновь выделила из плазмы звезды и образовала вторую планету – Венеру. Последовательность описанных событий и сформировала планеты вокруг Солнца.

Теперь надо доказать достоверность описанного гипотетического сценария рождения Солнечной системы. Для этого соберём информацию о современном состоянии планет Солнечной системы. В эту информацию, необходимо включить массы всех планет и их больших спутников, плотности всех планет, их радиусы, а также радиусы орбит, орбитальные скорости, и угловые скорости вращения планет относительно своих осей. Эта информация позволит нам найти орбитальный кинетический момент звезды в момент начала её вращения вокруг Солнца. Звезда, удаляющаяся от Солнца за счёт того, что центробежная сила инерции больше силы гравитации Солнца, будет оставлять на орбитах существующих планет столько плазменной массы, сколько они сейчас имеют её в твёрдом состоянии вместе со своими спутниками.

Вполне естественно, что суммарный кинетический момент всех современных планет будет равен кинетическому моменту звезды в момент начала её орбитального движения вокруг Солнца (рис. 228, b, позиция 5).

Итак, приведём основную информацию о Солнце и её планетах. Солнце имеет массу . Её радиус равен , а плотность . Угловая скорость вращения Солнца относительно своей оси равна . Известно, что сумма масс всех планет и их спутников почти в 1000 раз меньше массы Солнца. Ниже, в табл. 61 приводятся массы планет Солнечной системы и их плотности.

Таблица 61. Массы планет и их спутников, и плотности планет

Планеты	Массы, , кг	Плотности,
1. Меркурий
2.Венера
3. Земля
4. Марс
5. Юпитер
6. Сатурн
7. Уран
8. Нептун
9. Плутон
Итого

Основную информацию о параметрах планет мы брали в Интернете: Астрономия + Астрономия для любителей + Солнечная система + наименования планет + планета в цифрах. Оказалось, что составители этой справочной информации допустили ряд ошибок. Например, согласно их данным, радиусы орбит у Юпитера и Сатурна одинаковые, а у Нептуна радиус орбиты, выраженный в астрономических единицах, отличается от его величины, выраженной в километрах. Нам представляется, что публикуемая гипотеза заинтересует астрономов - профессионалов и они, владея более точной информацией, уточнят результаты наших расчётов.

Обратим внимание на последовательность изменения плотности планет. Те из них, что ближе расположены к Солнцу, имеют большую плотность. По мере удаления планет от Солнца их плотность вначале уменьшается, а потом вновь растёт. Самая маленькая плотность у Сатурна, а самая большая – у Земли. Удивительным является то, что Солнце, находясь в плазменном состоянии, имеет плотность () большую, чем у Юпитера, Сатурна и Урана, пребывающих в твёрдом состоянии.

Считается, что Сатурн состоит в основном из твёрдого водорода и гелия. В составе Нептуна и Плутона кроме водорода и гелия есть и другие химические элементы.

Если предположить, что все планеты образовались из звезды, то она должна была иметь градиент плотности, примерно, такой, какой сформировался у последовательно образовавшихся планет. Ядро звезды состояло из более тяжёлых химических элементов, которые рождались в процессе её жизни и эволюции и опускались её силами гравитации к центру. Тот факт, что Сатурн, имея самую низкую плотность, состоит в основном из водорода, провоцирует предположение о том, что водород, как главный источник термоядерных реакций, занимал среднюю область звезды, в которой и происходят термоядерные взрывы. Большая часть тяжёлых химических элементов, которые рождаются при этом, устремляется силой гравитации звезды к её ядру, а меньшая часть выбрасывается взрывами в направлении к поверхности звезды.

Описанное провоцирует нас также предположить, что современное Солнце тоже имеет градиент плотности с последовательностью, которую имеет градиент плотности последовательности планет (табл. 40). Из этого следует, что термоядерные реакции протекают, примерно, в средней сферической области Солнца, а протуберанцы на её поверхности - следствия этих взрывов.

Если описанная гипотеза изменения плотности звезды, пребывающей в плазменном состоянии, близка к реальности, то разность между центробежной силой и силой гравитации Солнца, действовавшая на пролетающую мимо звезду, должна была задержать, прежде всего, ту часть её плазмы, которая имеет наибольшую плотность, а значит наиболее прочную связь между молекулами химических элементов. Более легкая часть плазмы, с меньшей связью между молекулами химических элементов, должна быть удалена от Солнца центробежной силой инерции, большей чем гравитационная сила Солнца. Вероятность такого сценария подтверждают приливы и отливы в океанах Земли, формируемые гравитационной силой Луны, эквивалентной по действию силе инерции.

Конечно, вода - это не плазма, но её текучесть оказывается достаточной, чтобы реагировать на изменение величины силы гравитации Луны при изменении расстояния между поверхностью океана и Луной всего на 3,3%.

Радиусы планет и радиусы их орбит, а также угловые скорости вращения планет относительно своих осей и относительно Солнца и орбитальные скорости планет. Они представлены в таблицах 62, 63.

Таблица 62. Радиусы планет и радиусы их орбит

Планеты	Радиусы планет, , м	Радиусы орбит, , м
1. Меркурий
2. Венера
3. Земля
4. Марс
5. Юпитер
6. Сатурн
7. Уран
8. Нептун
9. Плутон

Орбитальные центробежные силы инерции и гравитационные силы Солнца , действующие на современные планеты, представлены в табл. 64. Их равенство – доказательство устойчивости орбит (табл. 64).

Таблица 64. Скорости планет

Планеты	Собственные угло- вые скорости, , рад/с	Орбитальные угловые скорости, , рад/с	Орбитальные скорости, , м/с
1.Меркурий
2. Венера
3. Земля
4. Марс
5. Юпитер
6. Сатурн
7. Уран
8. Нептун
9. Плутон

Вполне естественно, что на первой орбите, которую начинала формировать звезда, пришедшая из космоса к Солнцу, осталась лишь та часть её плазмы, которая обеспечила равенство между силой гравитации Солнца и центробежной силой инерции (табл. 65). Очевидно также и то, что такое разделение плазмы звезды начиналось в самом начале её вращения относительно Солнца, поэтому у плазмы, оставшейся на первой орбите, орбитальная скорость могла уменьшиться.

Таблица 65. Центробежные силы инерции и гравитационные силы

современных планет

Планеты
1. Меркурий
2. Венера
3. Земля
4. Марс
5. Юпитер
6. Сатурн
7. Уран
8. Нептун
9. Плутон

Естественно также, что силы гравитации той части плазмы, которая осталась на первой орбите, сформировали из неё сферическое образование, подобное форме современной планеты Меркурий (рис. 228, b, позиция 6).

Таким образом, на первой орбите осталось сферическое образование с достаточно большой плотностью, а оставшаяся часть плазмы звезды удалилась от Солнца центробежной силой инерции. В результате из удалявшейся плазмы силы гравитации сформировали вторую порцию плазмы с массой, обеспечивающей равенство между силой гравитации Солнца и силой инерции. Из этой порции образовалась вторая планета - Венера, а оставшаяся плазма бывшей звезды продолжила удаление от Солнца. Из неё потом и образовалась наша планета, а от удаляющейся части остатка звезды отделился ещё один объект, который мы теперь называем Луна. Так постепенно из плазмы бывшей звезды выделились порции с большей плотностью.

Настал момент, когда отделилась часть сферы с максимальным количеством водорода, обеспечивавшим термоядерные реакции звезды, и образовался вначале Юпитер, а потом Сатурн.

У оставшейся плазмы было меньше водорода и больше более тяжёлых химических элементов, которые были выброшены ядерными взрывами на поверхность звезды в период её нормальной активности. В результате, у самых дальних планет плотность увеличилась.

Конечно, процесс отделения каждой порции плазмы звезды очень сложен. Тут действуют силы связи между молекулами химических элементов и их кластерами, внутренние силы гравитации звезды, центробежные силы инерции вращения звезды относительно своей оси, орбитальные центробежные силы инерции и силы гравитации Солнца. Однако, плазменное состояние вещества звезды приводит к тому, что гравитационная сила Солнца задерживает на орбите, прежде всего, ту её часть, которая имеет наибольшую плотность, так как силы, объединяющие эту часть, больше сил, которые действуют в менее плотных слоях звезды. У удаляющейся части звезды силы гравитации вновь сформируют ядро из тех химических элементов, которые оказались ближе к её центру.

Из описанной схемы формирования планет мы сразу получаем ответ на вопрос о причинах движения их в одной плоскости и совпадения их вращений (исключая Уран) относительно своих осей и относительно Солнца с направлением вращения Солнца относительно своей оси.

Вполне естественно, что формирование спутников планет - следствие плазменного состояния частей звезды, удалявшихся от Солнца. Некоторые из этих частей отделялись от той части плазмы звезды, которая, выделив из себя порцию для формирования планеты, удаляясь от Солнца, потеряла ещё некоторую часть своей плазмы. Тот факт, что плотность Луны меньше плотности Земли подтверждает это предположение.

Что касается обратного вращения Урана относительно своей оси, то причин этого может быть несколько и их надо анализировать.

Итак, описанный процесс образования планет возможен, если на каждую орбиту будет приходить порция плазмы звезды, центробежная сила которой будет больше силы гравитации Солнца. Как это проверить?

Мы уже отметили, роль закона сохранения кинетического момента. Прежде всего, суммарная величина масс всех планет и их спутников должна быть равна массе звезды, из которой они образовались. Далее, суммарная величина кинетических моментов всех существующих планет и их спутников должна быть равна кинетическому моменту звезды в момент начала её вращения относительно Солнца (рис. 228, b, позиция 5). Обе эти величины легко рассчитываются. Результаты этих расчётов представлены в таблицах 65-66. Нам остаётся лишь дать пояснения по методике этих расчётов.

Таблица 65. Кинетические моменты современных планет

Планеты	Собственные кинет. моменты,	Орбитальные кинет. моменты,
1. Меркурий
2. Венера
3. Земля
4. Марс
5. Юпитер
6. Сатурн
7. Уран
8. Нептун
9. Плутон

Информация, представленная в табл. 40, получена из справочных данных о планетах Солнечной системы. Величины угловых скоростей вращения планет вокруг собственных осей и вокруг Солнца (табл. 63), необходимые для вычисления кинетических моментов вращения планет относительно своих осей и относительно Солнца, взяты из Интернета.

Таблица 66. Кинетические моменты современных планет

Планеты	Орбитальные кинет. моменты,	Общие кинет. моменты,
1. Меркурий
2. Венера
3. Земля
4. Марс
5. Юпитер
6. Сатурн
7. Уран
8. Нептун
9. Плутон
Итого

Обратим внимание на то, что планеты имеют формы, близкие к шаровым, поэтому их моменты инерции относительно своих осей вращения определяются по формуле . Следующая важная информация (табл. 65): орбитальные кинетические моменты всех планет на несколько порядков больше кинетических моментов вращения их относительно своих осей. В результате для приближённых расчётов достаточно взять суммарные кинетические моменты всех планет, равные их орбитальным значениям.

УДК 53.01; 530.1; 530.11; 530.12:

ЭКСПЕРИМЕНТ МАЙКЕЛЬСОНА – МОРЛИ, ОШИБКИ И ПРИЧИНЫ НЕСОСТОЯТЕЛЬНОСТИ

Орлов Евгений Федорович
научно-производственная фирма Ltd "Sinuar"

Аннотация
Данная статья посвящена поискам причин неудачно выполненных физических экспериментов Майкельсона – Морли и их последователей. Проведенные исследования выявили конкретные причины не позволявшие получить положительные результаты указанных экспериментов. Устранение выявленных ошибок путем изменения конструкции интерферометров позволит установить фактические скорости и фактические направления движения небесных тел, что послужит основанием для открытия новой страницы в познании физической картины мира.

THE MICHELSON - MORLEY, ERRORS AND CAUSES OF FAILURE

Orlov Evgeny Fedorovich
Scientific and Production Company Ltd "Sinuar"

Abstract
This article is dedicated to finding the causes of failure of the physical experiments of Michelson - Morley and their followers. Our studies have revealed specific reasons do not provide positive results of these experiments. Eliminating the errors identified by changing the design of interferometers will set the actual speed and the actual direction of the heavenly bodies, which will serve as the basis for opening a new page in the knowledge of the physical picture of the world.

Уникальный физический эксперимент Майкельсона,

Являясь робкой попыткой науки заглянуть в глубины

Физической картины мира, показал истинный уровень

Интеллектуального развития человечества.

ВВЕДЕНИЕ.

В 1881году после продолжительных попыток измерить абсолютную скорость Земли в пространстве, А.Майкельсон опубликовал результаты, как ему казалось, «неудачного» физического эксперимента, в последствии поставившие всю современную науку в ступор, доведя ее к настоящему времени до бредового состояния.

В работе «Логический и физический аспекты в основе критики теории относительности» была указана конкретная причина принципиальной невозможности применения математических преобразований Х.Лоренца, а значит и теории относительности, при рассмотрении физических явлений. Одновременно, был приведен пример с двумя инерциальными системами отсчета, в котором автор настоящей работы уже высказал одну из главных идей о том, что в принципе, распространение электромагнитных сигналов в каждой из инерциальных систем отсчета, имеют место в реальной действительности .

ПОСТАНОВКА ВОПРОСА.

Распространение электромагнитных сигналов в каждой из инерциальных систем отсчета означает, что каждая инерциальная система отсчета (ИСО) является абсолютной для локального пространства в непосредственной близости от основного объема массы материальных частиц, являющихся основой инерциальной системы отсчета. А распространение действия по объемным координатам на огромные расстояния, ИСО осуществляет посредством эфирных частиц, «принадлежащих» конкретной инерциальной системе отсчета.

Таким образом, распространение действия компонентов каждой системы отсчета определяют параметры конкретной системы отсчета, которые напрямую зависят от концентрации объема массы материальных частиц в локальном пространстве. Из этого следует, что визуально определяются размеры любой инерциальной системы отсчета состоящие из основных агрегатных состояний материи – твердой, жидкой, газообразной и плазменной. При этом, широкий спектр электромагнитных излучений, исходящий от перечисленных агрегатных состояний материи, позволяющий осуществлять визуальное наблюдение с помощью телескопов и иных устройств на большом расстоянии от концентрации агрегатных состояний, свидетельствует о том, что конкретные инерциальные системы отсчета распространяют свое действие с помощью эфирного состояния материи, а эфирное состояние материи наблюдается в виде электромагнитных волн, распространяющихся с определенной скоростью в эфирной материи.

Следовательно, пространство нашей Вселенной является конечным, а его размеры находятся в прямой пропорциональной зависимости от суммы объемов масс материальных частиц, включая эфирные частицы.

Границы Вселенной определяются исключительно по отсутствию эфирной материи в пространстве, я называю его Общим Пространством (Пространство-О или, для простоты идентификации, Пространство-Орлова), которое определяется по отсутствию каких-либо электромагнитных колебаний. Таким образом, удаляясь от пространства нашей Вселенной и наблюдая её в мощный телескоп в виде единственной очень маленькой светящейся точки, можно говорить о том, что наблюдатель покидает пространство нашей Вселенной. Дальнейшее удаление наблюдателя от Вселенной и полное исчезновение свечения будет свидетельствовать о том, что наблюдатель покинул пространство нашей Вселенной и находится в Общем Пространстве. Общее Пространство бесконечно по любым направлениям и может включать в себя бесконечное число любых иных Вселенных. Отсутствие эфирной материи в Общем Пространстве означает, что распространение любых видов известных фундаментальных взаимодействий невозможно принципиально.

Таким образом, А.Майкельсон и его последователи, могли и должны были получать две составляющие скоростей перемещения интерферометра, а следовательно и Земли в пространстве. Первая из них, это нулевая скорость относительно поверхности Земли, при условии неподвижности интерферометра, доказывающая, что Земля является инерциальной системой отсчета, со своими компонентами параметров действия в пространстве. Вторая составляющая – это скорость перемещения Земли относительно любой иной выбранной инерциальной системы отсчета, при условии, если интерферометр будет направлен исключительно на выбранную систему отсчета. Но в таком случае оказывается, что во Вселенной находится огромное количество инерциальных систем отсчета, перемещающихся в пространстве в различных направлениях. Следовательно, значения скоростей взаимного перемещения Земли и указанных систем отсчета, будет представлять собой широкий спектр скоростей, начиная от нулевых значений и кончая скоростями сравнимыми со скоростями распространения гравитационного взаимодействия.

Указанная постановка вопроса требует, чтобы интерферометр был ориентирован на выбранную звезду, а значит, был смонтирован либо на тубе телескопа, с помощью которого можно установить точное направление на выбранную звезду. Либо необходимо смонтировать телескоп на монтажном столе интерферометра, но в любом случае интерферометр должен иметь возможность вращаться в двух плоскостях – в горизонтальной и в вертикальной.

Как известно, интерферометры А.Майкельсона и его последователей, вращались лишь в горизонтальной плоскости, означая тем самым, что интерферометры хаотично направлялись на различные инерциальные системы отсчета, в результате чего регистрировались хаотичные показания.

Следующим важным моментом для успешного выполнения эксперимента по измерению скорости перемещения Земли относительно выбранной удаленной инерциальной системы отсчета (звезды) является учет ослабления действия компонентов параметров удаленной ИСО в пространстве. Предположительно, подобное ослабление происходит пропорционально квадрату расстояния, измеренного от Земли до удаленной выбранной звезды. Указанная постановка вопроса требует ослабления светового луча интерферометра до состояния, когда компоненты параметров удаленной ИСО будут способны взаимодействовать со световым лучом интерферометра.

Известно, что в современных интерферометрах используются лазерные источники света, обладающие большими мощностями светового потока. Мощность светового потока подобных источников когерентного излучения несоизмеримо больше светового потока удаленной звезды и соответственно взаимодействие двух разновеликих излучений просто не замечается человеческим глазом и тем более современной аппаратурой.

Сравнительно слабый источник света в интерферометре Майкельсона позволял ему получать хаотичные значения скоростей тех или иных удаленных систем отсчета, на которые интерферометр хаотично направлялся во время проведения эксперимента, при вращении интерферометра вокруг собственной оси.

Таким образом, для измерения абсолютной скорости перемещения Земли в локальной абсолютной системе отсчета удаленной звезды или галактики необходимо выполнить как минимум два важных дополнительных условия. Первое условие: – при выполнении измерений интерферометр должен быть строго ориентирован на выбранную удаленную звезду или галактику. Второе условие: – световой поток интерферометра должен быть соизмеримым со световым потоком удаленной звезды или галактики.

Следовательно, реконструкция интерферометра состоит в том, чтобы он был смонтирован на телескопе, с помощью которого должно отслеживаться направление на выбранную звезду или галактику, а соизмеримость световых потоков удаленной звезды и источника света интерферометра следует подбирать опытным путем, устанавливая поглощающие фильтры.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В заключении необходимо отметить, что выполнение эксперимента Майкельсона – Морли с учетом выявленных ошибок, позволит определить фактические скорости и фактические направления движения звезд и галактик в пространстве нашей Вселенной. Это крайне необходимо сделать, поскольку применяемая современная методика определения скоростей взаимного перемещения небесных тел основывается исключительно на «красном смещении» спектров, тем самым, внося большие искажения в понимание физической картины мира.

Библиографический список

Орлов Е.Ф. Логический и физический аспекты в основании критики теории относительности. // Исследования в области естественных наук. – Март, 2013 [Электронный ресурс]. URL: