Специальная теория относительности. Преобразование Галилея. Опыт Майкельсона и Морли, страница 2

.

При заданных  базах прибора разность времен составит:

.                                              (4)

Майкельсону и Морли принадлежала идея померить разность времен в приборе, повернутом на !, через четверть оборота Земли по орбите, тогда, когда базы приборов поменяются местами – продольная станет поперечной и наоборот.

            Повернем прибор. Очевидно, при сохранившихся базах – продольной , ставшей поперечной и поперечной , ставшей продольной равенство (4) должно нарушится.

,

.

И новая разность времен:

                                   (5)

Найдем насколько изменилась разность(4) по сравнению с разностью (5).

                       (6)

Упростим это выражение в пределе малых скоростей эфира, полагая . Используя разложение по малости: ,   находим:

                                               (7)

Можно выполнить оценки разностей времен (7). Предполагая    - скорость орбитального движения Земли вокруг Солнца, ,  разница составит . Частота видимого света в зеленой части спектра  - . Гребни световых волн проходят через заданную точку каждые . Разница времен (7) составляет почти половину периода светового колебания, (половину длины световой волны), что вполне измеримо интерферометром Майкельсона и Морли.

 Однако тщательнейшим образом поставленный опыт не обнаружил разницы (7).   в пределах погрешности эксперимента выполняется независимо от пространственной ориентации прибора! Отрицательный результат опыта стал одной из глобальных загадок физики конца XIX века.

            В результате этих опытов показано, что скорость движения Земли относительно эфира равна нулю. Скорости движения света в направлении движения Земли и против него одинаковы. Скорость света – константа абсолютная, не зависит от скорости источника.

            Итак, необходимо пересмотреть основные представления о пространстве- времени.  В основу специальной  теории относительности, в которой рассматриваются только инерциальные системы отсчета положены два постулата:

1)  принцип относительности: законы природы имеют одинаковый вид во всех инерциальных системах отсчета. Все инерциальные системы отсчета равноправны, никаким экспериментом невозможно выделить покоящуюся относительно движущейся.

2)  Существует конечная предельная скорость передачи сигналов , одинаковая во всех инерциальных системах отсчета.

Одновременность, синхронизация часов, измерение расстояний.

            Из одинаковости  во всех системах отсчета следует, что правило сложения скоростей по Галилею несправедливо и следует отказаться от абсолютного времени.

            Рассматриваем две инерциальные системы отсчета . Для простоты предполагаем, что  движется поступательно относительно со скоростью вдоль оси .

Пример. В середине движущегося вагона (система отсчета - ) происходит вспышка света. В системе вагона оба события достижения световым сигналом начала и конца вагона произойдут одновременно. Для наблюдателя, находящегося в лабораторной системе отсчета, связанной с платформой (система отсчета ) события достижения сигналом головы и хвоста вагона не являются одновременными, т.к. голова вагона удаляется от точки, где произошла вспышка, а хвост вагона приближается к этой точке. Вывод: одновременность – понятие относительное. События одновременные в одной системе отсчета неодновременны в другой.

            Последовательность событий также зависит от выбора системы отсчета.

Наиболее просто установить последовательность, если события происходят в одной точке пространства. В этом случае достаточно зафиксировать показания часов, помещенных в этой точке, когда происходят события.