1644 1710 Проанализировав результаты многолетних наблюдений, датский астроном в сентябре 1676 г

Вид материала

Доклад

Содержание Брадлей (Брэдли - Bradley) Джеймс Араго Доминик Франсуа Огюст-Жан Френель Арман Ипполит Луи Физо Жан Бернард Леон Фуко Доплер (Doppler) Кристиан Роуланд Генри Рентген Вильгельм Конрад Герц Генрих Рудольф Фойгт Вольдемар Эйхенвальд Александр Александрович Лодж Оливер Джозеф Альберт Абрахам Майкельсон Эдвард Уильямс Морли Лоренц Хендрик Антон Фитцджеральд Джордж Френсис Лармор Джозеф Леопольдом Нобили Пуанкаре Жуль Анри Эйнштейн Альберт ... Полное содержание

Подобный материал:

• «Общее земледелие», 472.74kb.
• Из истории административно-территориального деления Омской области, 154.77kb.
• Создание многолетних фитоценозов на основе многолетних злаковых культур в условиях, 316.41kb.
• Деловая игра №1 "Менеджер как субъект управления", 248.4kb.
• При составлении комментариев были использованы некоторые материалы цикла лекций, 11314.15kb.
• Приемы повышения продуктивности многолетних трав и их влияние на плодородие почв, 983.35kb.
• Положение о всероссийском детском математическом конкурсе «Юный астроном, математик, 207.25kb.
• Родился Ганс Христиан Андерсен, датский писатель-сказочник. Андерсен Ганс Христиан, 113.53kb.
• Вопросы к экзамену по дисциплине «Мониторинг и контроль окружающей среды и экологическая, 28.4kb.
• Федеральное агентство по образованию, 990.54kb.

ЧТО

Олаф Ремер (1644 – 1710) Проанализировав результаты многолетних наблюдений, датский астроном в сентябре 1676 г. выступил перед членами Парижской Академии наук с докладом, в котором предсказал, что затмение первого спутника Юпитера, которое должно было по расчетам произойти 9 ноября того же года в 5 ч. 25 мин. 45 с., в действительности будет наблюдаться на десять минут позже. Это запаздывание он объяснил конечностью скорости распространения света: по мнению Ремера, свету необходимо около 22 минут, чтобы пройти расстояние, равное диаметру земной орбиты. Наблюдение ноябрьского затмения блестяще подтвердило предсказание ученого. Это дало ему возможность выступить 21 ноября того же года с докладом о своих наблюдениях и выводах из них. В декабре изложение доклада было напечатано в <Журнале ученых> - первом в истории периодическом научном издании, выходившем в Париже. (С ~ 222000 км/с)


Брадлей (Брэдли - Bradley) Джеймс (1693-1762) - Открыл аберрацию света (1725-1726) С ~ 303000 км/с 1729 г.


Томас Юнг (1773-1829) - Дал объяснение явлению аберрации света. Сформулировал концепцию эфира.

I. Малая плотность, но высокая упругость

II. Светящееся тело возбуждает волны в эфире

Гипотеза 1. "Вселенную наполняет светоносный эфир малой плотности и в высшей степени упругий".

Гипотеза 2."Волнообразные движения возбуждаются в этом эфире всякий раз, как тело становится светящимся".

Высказал идею, что свет и лучистая теплота отличаются только длиной волны. В 1817г. выдвинул идею поперечности световых волн.


Вопрос о влиянии движения источников и приемников света на оптические явления для волновой теории света был значительно более сложным, чем для теории, основанной на представлении о корпускулярной природе света. Решение этого вопроса требовало введения ряда допущений. Эти гипотетические допущения касались явлений, которые было очень сложно выяснить в опыте: как взаимодействуют весомые тела и эфир (полагали, что эфир проникает в тела); отличается ли эфир внутри тел от эфира, находящегося вне их, и если отличается, то чем; как ведет себя внутри эфир тел при их движении, и т. д. Возрождавший волновую теорию света в начале XIX в. Т. Юнг, касаясь вопросов оптики движущихся тел, уже обратил на это внимание. Он отметил, что явление аберрации света может быть объяснено волновой теорией света, если предположить, что эфир повсюду, в том числе и внутри движущихся тел, остается неподвижным. В этом случае явление аберрации объясняется, как и в корпускулярной теории света.

В 1846 г. английский ученый Стокс разработал новую теорию аберрации на основе аналогий с гидродинамикой. Он исходил из предположения, что Земля при своем движении полностью увлекает окружающий ее эфир, так что скорость эфира на поверхности Земли в точности равна ее скорости. Но последующие слои эфира движутся все медленнее и медленнее, и это обстоятельство и вызывает искривление волнового фронта, что и воспринимается как аберрация. Из этой теории следует, что в любых оптических опытах, проведенных на Земле, не может быть обнаружена скорость ее движения.


Араго Доминик Франсуа (1786 – 1853) Много работал с Френелем. По его предложению Физо и Фуко экспериментально определили скорость света. Пытался по изменению фокуса линзы определить степень увлекаемости эфира.


Огюст-Жан Френель (1788 – 1827) - по просьбе Араго дает объяснение эффекта «частичного увлечения эфира».

Объяснения Френеля. (По Мандельштаму, С. 92-93.).

Плотность эфира в стекле ρ₁ неизменная упругость эфира N Скорость поперечных колебаний (N/ρ)^1/2 Коэффициент преломления неподвижного стекла

n = c/c₁ ,

c/c₁ = (N/ ρ)^1/2 /(N/ ρ₁ )^1/2 = (ρ₁ / ρ)^1/2

Стекло движется по отношению к эфиру со скоростью u, а поток эфира втекающего и поток эфира вытекающего равны, следовательно,

ρu = ρ₁ u₁

Тогда u₁ = u(ρ/ ρ₁ ) = u/n²

u – u₁ = u(1 – 1/ n² ). Отношение 1 – 1/ n² и есть знаменитый френелевский коэффициент увлечения.

Арман Ипполит Луи Физо (1819-1896) В 1849г. измерил скорость света с помощью зубчатого колеса. В 1851г. Физо провел серию опытов по исследованию распространения света в движущейся воде.


Жан Бернард Леон Фуко (1819-1868) В постановке опыта с вращающимся зеркалом был предшественник - Ф.Араго. 1853, затем в 1862 - Отношение скорости света в воде к скорости света в воздухе = 3/4; скорость света в воздухе = 298000  500 км/сек.


Доплер (Doppler) Кристиан (1804-1854) - В 1842 сформулировал принцип акустики и оптики (Т.Н. принцип Доплера), которым обосновал существование эффекта Доплера.

Первые экспериментальные подтверждения в акустике относятся к 1845г., а.Физо ввел (1848г.) понятие о "доплеровском" смещении (вывод был сделан Физо независимо от работы Доплера) спектральных линий. Указанное смещение было обнаружено в 1867г. в спектрах некоторых звезд.


Роуланд Генри (1848-1901) - В 1876г. доказал, что конвекционный ток свободных электронов в движущемся проводнике по своему магнитному воздействию тождественен току проводимости в неподвижном проводнике. Опыт Ролланда. (Вращающийся заряженный металлический диск порождает магнитное поле).


Рентген Вильгельм Конрад (1845 – 1923) –В 1885 г. открыл магнитное поле диэлектрика, движущегося в электрическом поле. (Поляризованный диэлектрик, двигающийся в поле плоского конденсатора, порождает магнитное поле).


Герц Генрих Рудольф (1857-1894) В 1888г. экспериментально доказал существование электромагнитных волн в свободном пространстве. Экспериментируя с электромагнитными волнами, наблюдал их отражение, преломление, интерференцию, поляризацию. Установил, что скорость распространения электромагнитных волн равна скорости света. Эфир увлекается движущимся телом.


Фойгт Вольдемар (1850-1919) - В 1887г. использовал преобразования близкие к Лоренцовским.

В 1887г. Фойгт опубликовал работу, в которой эффект Доплера рассматривался как результат преобразования системы координат, точнее как преобразование переменных, входящих в волновое уравнение, включая время. Преобразование переменных должно оставлять вид уравнения неизменным.


Эйхенвальд Александр Александрович (1864-1944) В 1903г. установил существование магнитного поля при движении наэлектризованных тел и точными измерениями доказал эквивалентность конвекционных токов и проводимости. Результат эксперимента хорошо соответствует гипотезе частичного увлечения эфира. Эффект  (u/c)² Первый на опыте обнаружил существование магнитного поля тока смещения (опыт Эйхенвальда).


Вильсон¹ Чарлз Томсон Рис (1869 – 1959) – английский физик, член Лондонского королевского общества. Окончил Кембриджский университет (1892). В 1900 – 1934 работал в Кембриджском университете, с 1925 – профессор. Суть эксперимента – диэлектрик, движущийся между обкладками конденсатора в магнитном поле перпендикулярном движению, параллельном обкладкам конденсатора. Результат эксперимента хорошо соответствует гипотезе частичного увлечения эфира. Эффект  (u/c)²

Более всего известен созданием в 1912 г. камеры Вильсона, за что и получил Нобелевскую премию в 1927 г.


Лодж Оливер Джозеф (1851-1940) - Показал, что движущаяся материя не увлекает эфир. Эксперимент состоял в том, что исследовалась интерференционная картина. При этом один из лучей проходил между обкладками быстро вращающегося конденсатора.

Альберт Абрахам Майкельсон (1852-1931) - американский физик, член Национальной АН (1888г.). Измерения скорости света (1878-82г.г.) и (1924-26г.г.); 299796 +- 4 км/сек. Изобрел интерферометр Майкельсона. Первый интерферометр был построен Берлинскими мастерами на деньги А. Белла. В это время Майкельсон работал в лаборатории Гельмгольца (1880-1882г.г.).

Опыт Майкельсона и Морли в 1887г. (Скорость света изотропна с точностью до 1/6 скорости Земли)

Сконструированный ими прибор оказался весьма массивным сооружением. Он состоял из каменной плиты толщиной около 30см. На плите были установлены четыре зеркала, линзы, зрительная труба и прочее оборудование. Чтобы обеспечить строго горизонтальное положение каменной плиты и избежать погрешностей за счет вибрации плита плавала в ртути, очищенной Морли.

Сопротивление движению тяжелого аппарата было сведено до минимума, и, приложив незначительную силу по его окружности, можно было придать ему медленное, плавное и непрерывное вращение. Наблюдатель ходил вокруг аппарата и периодически останавливался, заглядывая в маленькую зрительную трубу, чтобы проверить, не произошло ли смещение интерференционных полос. Такое смещение означало бы изменение скорости света в этом направлении.

На регулировку этого уникального прибора ушло несколько месяцев. В конце концов, Майкельсон добился, что он регистрировал малейшее смещение интерференционных полос. Морли и Майкельсон поочередно ходили вокруг прибора и поочередно глядели в зрительную трубу. Они проводили наблюдения ежедневно в двенадцать часов дня и в шесть часов вечера в шестнадцати различных направлениях.

Опыты были закончены в июле 1887 года. Когда все результаты были сведены воедино и проанализированы, все подсчеты сделаны и неоднократно проверены. Исследователи оказались перед лицом упрямого факта, разрушавшего всю стройную теорию. Против всякого ожидания, смещения того порядка, которого требовала гипотеза неподвижного эфира, обнаружено не было. Это было похоже на смертный приговор представлению о неподвижном эфирном океане. Майкельсон довольно благосклонно относился к теории неподвижного эфира и надеялся, что опыт позволит его обнаружить. Как же иначе могли распространяться электромагнитные колебания, в том числе световые волны? Опять результат тонко задуманного и блестяще выполненного эксперимента привел Майкельсона в полное недоумение.

Майкельсон и Морли послали свое сообщение в «Америкэн джорнал оф сайнс". Оно было озаглавлено: "Об относительном движении Земли и светоносного эфира". В том же году оно было также напечатано в английском журнале "Философикал мэгэзин". Вывод Майкельсона стал известен ученым всего мира. В каком бы направлении не двигался наблюдатель, уловимой разницы в скорости света не обнаруживалось.

В этом же 1887 г. Майкельсон отправляет в тот же журнал статью под названием: «О методе использования длины волны света натрия в качестве естественного и практического эталона длины». В 1893 году Майкельсон объявил, что 1 553 163,5 длины волны красной линии кадмия равны по длине севрскому платино-иридиевому бруску, принятому в то время за эталон метра. Возможная ошибка в измерении не могла превышать одной десятимиллионной! Величина, обратная найденному Майкельсоном числу, была принята Седьмой генеральной международной конференцией по мерам и весам в качестве нового первичного эталона длины.

В 1907 году шведская Академия присудила Майкельсону Нобелевскую премию за труды в области физики. Он был первым американским ученым, на долю которого выпала подобная честь. Шведская Академия отметила его не за знаменитый опыт с эфиром, ибо теория относительности, созданная Эйнштейном и опубликованная лишь за два года до этого, все еще подвергалась сомнениям. В решении Нобелевского комитета говорилось о "методах осуществления точных измерений", разработанных Майкельсоном и проведенных им "исследованиях в области спектроскопии".

С 1924 по 1928 год в Пасадене под его руководством было проведено несколько серий экспериментов по измерению скорости света и новый результат оказался равен 299 798 км/сек.

В течение 1930 г. и начала 1931г. были проведены сотни наблюдений. Майкельсон руководил работами, лежа в постели. Измерения длились еще более трех лет и было получено значение 299 774 км/сек. Из трубы длиной более 1,5 км был выкачан воздух, так что давление в ней опустилось до 0,5 мм рт. ст. (нормальное давление равно 760 мм рт.ст.). Впервые в истории измерение скорости света производилось в почти абсолютном вакууме.

Но Майкельсону не суждено было его узнать. 1 марта 1931 года он не смог встать с постели. Начался постепенный паралич, и он стал быстро слабеть. Но Майкельсон отказывался признать, что серьезно болен. "Мое здоровье налаживается", - оптимистически писал он за сорок восемь часов до того, как впал в бессознательное состояние. В двенадцать часов пятьдесят пять минут 9 мая 1931 года Майкельсон тихо скончался, не приходя в себя.

В 1890г. высказал мысль о возможности использования в астрономии интерференционных эффектов. В 1920г. с Ф. Пизом с помощью интерферометра впервые определил диаметр звезды-гиганта Бетельгейзе.

Эдвард Уильямс Морли (1838-1923) - США. Родился в семье священника. Получил теологическое образование и некоторое время был священником. Занимался химией. Был страстным поборником точности.


Лоренц Хендрик Антон (1853-1928) В 1892г. (независимо от Фитцджеральда) выдвинул гипотезу о сокращении размеров тел в направлении их движения. Обосновал сокращение стержня в направлении движения исходя представления о деформируемом элементарном заряде. В 1895г. статья "Электромагнитные явления в системах, движущихся с произвольной скоростью, несколько меньшей скорости света". Сторонник гипотезы покоящегося эфира. В 1904г. ввел преобразование координат и времени при переходе к движущейся системе координат (преобразования Лоренца). (Подробнее, см. электродинамику 2)


Фитцджеральд Джордж Френсис (1851-1901) В 1892г. для объяснения отрицательного результата опыта Майкельсона -Морли независимо от Лоренца выдвинул гипотезу о сокращении размеров движущихся тел в направлении движения (сокращения Лоренца- Фитцджеральда).


Лармор Джозеф (1857-1942) [Хр.155] - Независимо от Х. Лоренца получил (1900) преобразования координат и времени и формулу сложения скоростей.


Троутон Фредерик Томас (1863 – 1922) –был ассистентом Дж. Фитцджерельда. В 1903 году (совместно с Леопольдом Нобили) выполнил эксперимент по обнаружению абсолютной скорости тела (подвешенный на нити легкоподвижный конденсатор) относительно неподвижного эфира (по теории Лоренца Х.). Отрицательный результат – экспериментальный факт, ставящий под сомнение теорию неподвижного эфира.


Пуанкаре Жуль Анри (1854-1912) [Хр., С. 225] - французский математик, физик, астроном, философ. Родился в Нанси. Учился в политехнической школе, окончил Горную школу. С 1881г. - в Парижском университете, в 1904-1918 - профессор Политехнической школы, с 1902 – зав.кафедрой Высшей школы ведомства связи.

Как математик он обогатил почти все области этой науки результатами первостепенного значения. Применяя ее в астрономии и физике, своими трудами открыл новые страницы...

Физические исследования Пуанкаре относятся к теории относительности, термодинамике, электричеству, оптике, теории упругости, молекулярной физике.

5.06.1905г. отправил статью "О динамике электрона". (Опубликована в 1906г. А.Эйнштейн 30.06.1905)

В 1904-1905г.г. ввел термины: "преобразования Лоренца", "группа Лоренца". Высказал принцип относительности в качестве всеобщего и строгого положения; показал, что невозможно обнаружить абсолютное движение, исходя из представлений об эфире и уравнений Максвелла-Лоренца. Независимо от Эйнштейна построил первый вариант релятивистской теории гравитации.


Эйнштейн Альберт (1879-1955) [Хр.,с.309] - немецкий физик-теоретик. Родился в Ульме (ФРГ). Четырнадцати лет переехал в Швейцарию, где окончил Цюрихский политехникум. Работал в Берне экспертом в патентном бюро, профессором Цюрихского политехникума, профессором Немецкого университета в Праге, (1914-1933) профессором Берлинского университета и директором Института физики. В 1933г. после прихода к власти фашистов переехал в США, где работал в Принстонском университете.

В 1905г. в статье "К электродинамике движущихся сред" - специальная (частная) теория относительности.

В 1905г. - фотонная теория света (фото-эффект) - Нобелевская премия в 1921г.

В 1907г. - теория теплоемкости твердого тела.

В 1909г. - корпускулярно-волновой дуализм для излучения, флуктуации энергии.

В 1915г. - завершил создание ОТО; предсказал и совместно с де Гаазом экспериментально обнаружил эффект изменения механического момента при намагничивании ферромагнетиков.

В 1924-25г.г. - создал квантовую статистику частиц с целым спином.


Методологические аспекты ЧТО. (по идеям Л. И. Мандельштама Мандельштам Л. И. Лекции по оптике, теории относительности и квантовой механике – М.: изд-во Наука, 1972, в двух книгах; Кн.1. Лекции по физическим основам теории относительности – С.83 – 324).


С. 158 «Как первый постулат Эйнштейн выставляет положение: неускоренное движение системы как целого не влияет на законы любых явлений, происходящих в этой системе (ни механических, ни электрических, ни оптических)».

И уточняя, «Не в двух любых, а именно во всем этом классе систем, включающем систему неподвижных звезд. Мы говорим: есть некоторая система, отнесенная к центру масс неподвижных звезд, и все системы, движущиеся по отношению к ней неускоренно, полностью с ней равноправны». …

«Если есть две неускоренно движущиеся друг относительно друга системы и в обеих пустота, то явления будут одинаковы. Но ведь имеется эфир? «Я эфира не знаю, - говорит Эйнштейн, - я могу решить, движутся ли тела друг относительно друга; движется ли эфир, такого вопроса решить нельзя». Это он выставляет как постулат».

С. 160. «Громадный опыт подтверждал правильность концепции Максвелла, которая вообще противоположна концепции механики, где есть лишь отдельные конечные тела. Вопрос о поле был посторонним в классической механике, понятие поля было чисто математическим. Но в электромагнитных явлениях понятие поля, близкодействие, передача сил от точки к точке – эта концепция основная, и она подтверждалась всем опытом. Точное определение понятия поля заключается в том, что процессы описываются при помощи некоторых величин, удовлетворяющих дифференциальным уравнениям в частных производных. Уравнения Максвелла для неподвижной (или для медленно движущейся) среды правильны, а из них следует конечная скорость распространения электромагнитных возмущений в пустоте независимо от формы возмущения и независимо от движения источника. Именно в близкодействии и заложена эта независимость. И вот этот простой факт, подтвержденный всем материалом, Эйнштейн берет в качестве постулата. Он не знает пока никаких уравнений Максвелла, никакой электродинамики, а только положение, что скорость света и вообще всякого электромагнитного возмущения не зависит от скорости источника. Это второй постулат Эйнштейна».

Независимость скорости распространения электромагнитных волн от скорости источника – основа электронной теории отражения и преломления света, поскольку двигающиеся с различными скоростями электроны – источники вторичных волн – ни излучали бы когерентных волн, сложение которых дает результирующие отраженную и преломленную волны.

С. 165. «Что значит для физика измерить длину? Во-первых, надо иметь единицу. Что такое единица длины? Это расстояние между штрихами на стержне, находящемся в Париже, которое называется метром. Можно ли спросить, действительно ли это метр или нет? Нет, нельзя это по определению – метр.

… Если есть единица, то надо уметь измерять. Я хочу измерить длину стержня. Я укладываю метр. Пусть он уложится 5 раз, тогда я говорю: длина стержня 5 метров. Верно это или нет? Вопрос лишен смысла: это по определению так».

С. 167. «Теперь перейдем к времени. Понятие времени t также опирается на определение, базирующееся на предъявлении какого-либо реального процесса. Обычно в качестве часов предъявляется вращение Земли, т.е. считаются равными времена, соответствующие равным углам поворота Земли. Это определение. Нельзя спросить: действительно ли Земля за равные времена поворачивается на равные углы? … Целый ряд понятий не познается, а определяется для познания природы».

С. 173. «Таким образом, в выяснении того, что понятие одновременности есть такое же понятие, как длина, как время в данном месте, что это третье понятие, которое должно быть определено, - в этом громадная заслуга Эйнштейна. Знали о пространстве, знали о времени, знали в течении многих сотен лет, и никому не пришло в голову, что это так».

С. 178 – 179. «Как же Эйнштейн определяет, что называется одновременностью? Эйнштейн дает вполне четкое определение, Которое обладает всеми характерными чертами, необходимыми для определения … Он указывает реальный физический процесс, который ведет к такому определению. Он говорит следующее. Если имеются часы в одной точке и в другой, то мы посылаем точечный (т.е. весьма короткий) световой сигнал в вакууме по прямой линии. Пусть часы в точке А при отправлении сигнала показывают время t₁ Пусть время на часах В, когда сигнал приходит в точку В и отражается в ней обратно, есть t^’. Наконец, когда сигнал приходит обратно, пусть часы в точке А показывают t₂. По определению часы А и В идут синхронно, если

t^’ = (t₁ + t₂) /2».

Требования обратимости и транзитивности. Важнейшее требование – определение не должно нарушать принципа причинно-следственной связи!

Не будет нарушать, если отказаться от возможности существования сигнала, распространяющегося быстрее скорости света. Таким образом, появляется суждение, связывающее ЧТО с утверждением: скорость света является максимально возможной скоростью распространения взаимодействия. Обратное утверждение приведет к тому, что скорость света не может зависеть от движения источника.




Схематический рисунок фотонных часов Р. Феймана.

Фотон в движущихся часах двигается от А к зеркалу В и, отражаясь от него, вновь к А, где и фиксируется как период T₀ BD = L.; AD = ut₁ Следовательно, AB = (L² + (ut₁ )² )^1/2

T₀ = 2L/c T = 2AB/c T= 2(L² + (ut₁ )² )^1/2/c = (2L/c)×[1 + (u/c)² 4t₁²c²/4L² c²]^1/2

4t₁²c² = T² T = T₀×[1 + (u/c)² (T/T₀)²]^1/2

(T/T₀)² = 1 + (u/c)² (T/T₀)² (T/T₀)² (1 – (u/c)²) = 1 T₀ = T(1 – (u/c)²)^1/2

T₀ = T[1 – (u/c)²]^1/2 или

T = T₀/ T[1 – (u/c)²]^1/2 В любом случае, T₀ < T, поскольку

[1 – (u/c)²]^1/2 < 1. Следовательно, движущиеся часы отстают по отношению к покоящимся часам.

Рассмотрим две системы, движущиеся относительно друг друга с постоянной скоростью u, направленной по оси ох.

Связь между координатами и временем систем К и К^*, которые двигаются друг относительно друга по оси ОХ (ось ОХ можно всегда выбрать по направлению скорости) можно получить поворачивая оси ОХ и ict на угол φ



x = x*cosφ + ict*cos(φ – π/2);

ict = ict*cosφ + x*cos(π/2 + φ); если x* = 0, то

x = ict*cos(φ – π/2) или x = ict*sin φ;

ict = ict*cosφ; x/ict = tg φ; откуда – (u/c)² + 1 = tg² φ или cos² φ = 1/(1 - (u/c)²),

тогда sin² φ = - (u/c)² /(1 - (u/c)²); Для удобства вводят обозначения: u²/c² = β²; 1/(1 – u²/c²)^1/2= γ. Откуда следует: cosφ = γ; а sin φ =- iβγ; (в нашем случае φ = -φ)

Запишем, используя полученные значения, преобразование координат

x = γ (x^* + ut^*);

t = γ (t^* + сβx^*);

В трехмерном случае к этим преобразованиям нужно добавить преобразования y = y^* z = z^* В целом:

x = γ (x^* + ut^*); x = γ (x^* + ut^*);

y = y^*

z = z^*

t = (t^* + ux^*/c²)/(1 – u²/c²)^1/2 t = γ (t^* + сβx^*);

Эти преобразования координат, связывающие координаты и время в системах, движущиеся относительно друг друга с постоянной скоростью u, направленной по оси ох называют преобразования Лоренца.

Очень существенно, что при скоростях u «c, т.е. при u²/c² = β² « 1 преобразования Лоренца будут иметь вид:

x ≈ x^* + ut^*;

y = y^*

z = z^*

t ≈ t^* т.е. превратятся в преобразования Галилея.

Таким образом, при скоростях много меньших скорости света мы переходим к нерелятивисткой, ньютоновской физике.

Это замечательное свойство фундаментальной физики – новые законы не отрицают старые, а переходят в прежние законы, когда новые свойства модели физического Мира становятся несущественными!


Записывая действие в виде S = - α∫ds, где ds – дифференциал интервала, получим функцию Лагранжа в виде L = - mc²(1 – v²/c²)^1/2 (1).

Тогда p = ∂L/∂v. т.е.

p = m₀ v/(1 – v²/c²)^1/2 а E = pv – L E = m₀ c²/(1 – v²/c²)^1/2(2) – знаменитое релятивисткое соотношение между массой покоя m₀ и энергией.

Именно отношение 2, записанное для реакций распада и синтеза ядер атомов дает обоснование ядерной энергии, выделяющейся при ядерных взрывах.


При радиоактивном распаде ядра массой М возникают частицы распада. Будем считать, что таких частиц две. Тогда закон сохранения энергии будет иметь вид:

Mc² = m₁c²/(1 – v₁²/c²)^1/2 + m₂c²/(1 – v₂²/c²)^1/2

Поскольку (1 – v₁²/c²)^1/2 <1 и (1 – v₂²/c²)^1/2<1, то

Mc² > m₁c² + m₂c² или [M – (m₁ + m₂)]c² > 0 следовательно, при распаде ядра выделяется энергия. Это, по существу, кинетическая энергия, которую мы отбросили, заменив m₁c²/(1 – v₁²/c²)^1/2 на m₁c² (аналогично и с другой частицей). Энергия, выделяющаяся при распаде одного ядра невелика, но если распадутся ядра в одном кубическом сантиметре, то, с учетом того, что атомы «уложены» плотно, а размер атома 10^-8 см., эта энергия увеличится в 10²⁴ раз!

В 1938 г. О. Ганн и Ф. Штрасман обнаружили, что при делении ядра урана выделяется нейтрон, который в свою очередь приводит к делению другого ядра урана. Это открытие стало основанием для оправдавшегося предположения, что при определенной массе урана 235 может начаться цепная реакция стимулированного распада ядер урана. Так родилась реализованная в 1945 году идея создания атомной бомбы. Нужно только иметь в виду, еще 1942 г. группе Э. Ферми удалось запустить атомный реактор, основным предназначением которого было, правда, не получение «мирной» атомной энергии, а наработка плутония 239. Плутоний 239 так же может стать и стал ядерным зарядом атомной бомбы, сброшенной на Нагасаки.

Термоядерный синтез. Термоядерная энергия – ближайшая перспектива энергетики Земли.


Электродинамика, являясь по сути релятивисткой теорией, представляется в релятивистком виде в записи уравнений Максвелла через четырех-потенциал A_i(A,iφ), который при переходе системы координат преобразуется

A_i = α_ik A*_k где α_ik – матрица с элементами α₁₁ = 1/(1 – v²/c²)^1/2 α₁₄ = - (iv/c)(1 – v²/c²)^1/2 α₄₁ = (iv/c)(1 – v²/c²)^1/2 α₄₁ = 1/(1 – v²/c²)^1/2 α₂₂ = α₃₃ = 1.

Через четырех-потенциал поля вводится тензор поля F_ik = ∂A_k/∂x_i,- ∂A_i/∂x_k,который при переходе к подвижной системе преобразуется по закону

F_ik = α_im α_kl F*_ml а уравнения Максвелла будут иметь вид:

∂F_ik /∂x_l + ∂F_kl /∂x_i + ∂F_il /∂x_k = 0;

∂F_ik /∂x_k = 4π/c J_i где J_i – четырехмерный вектор тока J_i(J, icρ)


В 1908 г. Вальтер Ритц (22.11 1878—7.12 1909) Швейцарский физик и математик. Родился 22 ноября 1878 года в Сионе (Швейцария). Учился в Цюрихском (1899 — 1900) и Гёттингенском (1900 — 1902) унивеситетах. Работал в Лейдене под руководством X. А. Лоренца, а также в Тюбингене и Гёттингене (1908 — 1909). опубликовал свою главную работу – баллистическую теорию, давшую, в противоположность теории относительности А. Эйнштейна, наглядное и согласное со здравым смыслом объяснение опыту Майкельсона-Морли и другим опытам, исключавшим существование эфира, а также экспериментам, выявившим релятивистское изменение массы. Однако, эта замечательная теория, как и имя её создателя, долгое время замалчивалась. И это не удивительно, ведь именно Баллистическая Теория Ритца (БТР), а отнюдь не теория эфира, составляла реальную оппозицию специальной и общей теории относительности (СТО и ОТО). Основное расхождение с принципами А. Эйнштейна – скорость света зависит от скорости движения источника.

(Мандельштам И. Лекции по оптике, теории относительности и квантовой механике – М.: изд-во Наука, 1972, в двух книгах; Кн.1. Лекции по физическим основам теории относительности – С.83 – 324) Ритц объяснял отрицательный результат опыта Майкельсона - Морли тем, что источник света двигается вместе с Землей. Если же в качестве источника света взять звезду, то результат будет положительный.

С.163. «На них в 1913 г. указал де-Ситтер. Речь идет о двойных звездах. По эффекту Доплера астрономы могут судить об орбитах двойных звезд. Если бы зависимость скорости света от скорости звезды существовала, то это сразу сказалось бы на наблюдаемых явлениях. Конечно, u «c, но расстояния огромны и времена прихода света к нам будут очень сильно различаться: звезда послала нам свет из А, потом пришла в В (см. Рис 1), и хотя в В она позже, но из В свет идет скорее, и мы могли бы увидеть В и А сразу или даже В раньше А. Во всяком случае, мы бы увидели не так, как это происходит на орбите.


H

Рис. 1

Однако все орбиты получаются правильные, и расчет дает, что, если и есть зависимость, то, во всяком случае, меньше 0,002 (т.е. если скорость света равна с + ku, то k <0,002; отрицательное утверждение, конечно, никогда нельзя доказать полностью)».

Томашек в 1926 г. использовал на интерферометре Майкельсона свет звезды и получил отрицательный результат!


Кауфман Вальтер (1871 – 1947).

Окончил Мюнхенский университет в 1894 г. Работал в институте физики в Берлине (1896 – 1898), в 1899 – 1902 в Геттингене, в 1903 – 1907 в Боннском университете, в 1908 – 1935 – профессор, директор Института физики Кенигсбергского университета.

Работы относятся к механике, аэродинамике, атомной физике. Исследовал отклонение катодных лучей в магнитном поле (1899 – 1898) и бета-лучей в электрическом и магнитном полях (1899 – 1902), определял для них отношение е/m.

Первый экспериментально обнаружил и доказал (1902 г.) зависимость массы электрона от скорости.


Для того чтобы первоначально покоившийся электрон привести в движение, тоже нужно совершить некоторую работу, но не только механическую. Ведь если покоящийся электрон создает лишь электростатическое поле, то движущийся, кроме того, создает еще и магнитное поле, и тем большей величины, чем больше его скорость. Для того чтобы создать это магнитное поле, тоже нужно совершить некоторую работу. Величина этой работы тоже пропорциональна квадрату скорости электрона.

Таким образом, заряженное тело, когда изменяют его скорость, проявляет добавочную инертность, т. е. ведет себя как тело с добавочной массой.

А может быть, инертность электрона целиком обязана электрическим силам и, таким образом, вся его масса электромагнитного происхождения? Такую гипотезу в 1881 г. выдвинул Джозеф Томсон. Макс Абрагам (1875— 1922 гг.) и Гендрик Лоренц (1853—1928 гг.) развили эту идею дальше и, в частности, вывели формулы зависимости массы электрона от его скорости. Однако строение электрона они представляли по-разному: Абрагам — в виде абсолютно твердого шарика, а Лоренц — в виде шарика упругого, который при перемещении сжимается в направлении движения, и притом тем больше, чем больше его скорость. Поэтому и их формулы получились различными.

Для проверки правильности теории Абрагама или Лоренца, Кауфман в 1906 г. вновь провел измерение е/m для β-лучей в электрическом и магнитном полях и пришел к заключению, что его измерения подтверждают теорию Абрагама и противоречат(!) теории Лоренца, а также появившейся уже в то время теории относительности Эйнштейна. Кауфман писал, что «полученные результаты говорят против правильности теории Лоренца и, следовательно, также теории Эйнштейна»², и подчеркивал между прочим, что поэтому общие положения Эйнштейна необходимо признать негодными.

Однако Кауфман переоценил точность своих измерений и его результаты были опровергнуты. Уже в 1908 г. Бухерер, проделав более точные измерения зависимости е/m от скорости и использовав при этом β-частицы, имеющие скорости 0,7 скорости света, показал, что правильное значение зависимости е/m от скорости дает теория Лоренца, а также, следовательно и теория Эйнштейна.


Бухерер Альфред Генрих (9.07.1863 – 16.04.1927) – немецкий физик – экспериментатор. Родился в Кельне. Учился в Высшей технической школе в Ганновере (1884), в университетах: Дж. Гопкинса в Балтиморе, Корнельском и Страсбургском (1895), в котором получил степень доктора. Работал в Лепцигском, Боннском университетах.

Исследования посвящены электронной теории, теории относительности, электрохимии, гравитации. Провел измерения заряда электрона, исследовал зависимость массы электрона о скорости (1908), подтвердив релятивистскую формулу Лоренца. Эксперименты Бухерера подтверждали правильность выводов теории относительности и способствовали ее признанию.


ВЗГЛЯД деловая газета

/news/2010/10/22/441679.php

Ученые опровергли постоянство скорости света

Незыблемые до сих пор основы физики могут быть подвержены пересмотру, а теория относительности отвергнута после того, как в ходе исследований с использованием новейших сверхточных инструментов выяснилось, что одна из основных констант – скорость света – не является постоянной величиной, пишет New Scientist.

Как отмечается в опубликованной в нем статье, проведенный известным австралийским астрофизиком Джоном Уэббом и его учениками анализ прохождения света удаленных галактик через образованные соединениями металлов космические облака показал, что считающаяся в современной науке константа – число альфа – не является таковой. Она может быть больше или меньше в зависимости от того, из какой точки пространства производится ее исчисление.

Постоянная тонкой структуры (альфа) определяет электромагнитное взаимодействие и считается современной физикой неизменяемой и незыблемой, лежащей в основе научного понимания мироздания. Однако работы Джона Уэбба показали, что это не так, отмечает New Scientist. Он подчеркивает, что обнаруженные австралийским ученым факты свидетельствуют о том, что законы физики носят относительный характер и зависят в том числе от местонахождения во Вселенной объекта, который подвергается изучению и измерению.

Превращение константы альфа в переменную величину лишает современную науку еще одного казавшегося незыблемым положения – симметрии Лоренца. Гласящее о том, что законы физики идентичны на всем пространстве Веселенной, положение лежит в основе специальной теории относительности Эйнштейна и постулата о неизменности скорости света. Сейчас, отмечает еженедельник, и эти краеугольные положения современной физики, включая постоянную величину скорости света, поставлены под сомнение.

Еще одно возможное следствие открытия Уэбба – подтверждение так называемой струнной теории мироздания, которая предполагает наличие параллельных миров, заключает New Scientist, передает ссылка скрыта.


Тонкой структуры постоянная (α) определяет тонкое расщепление уровня энергии в атоме, следовательно, расщепление атомного спектра излучения, которое пропорционально α² α = 1/137 = e²/ћc – в квантовой электродинамике параметр, определяющий величину электромагнитного взаимодействия. α^-1 = 1/137,035987(29).


Саньяк Жорж Марк Мари (1869 – 1928) – французский физик – экспериментатор. Окончил Парижский университет (1894), где работал до 1900 г. ассистентом. С 1900 г. – профессор Лилльского университета, с 1911 – Парижского.

Исследования посвящены оптике движущихся сред, интерференции света, рентгеновским лучам, радиоактивности. Открыл вторичное излучение, вызываемое катодными и рентгеновскими лучами при их падении на металлы. Определял заряд бета-частиц. В 1913 г. экспериментально доказал возможность определения скорости вращения системы для наблюдателя, находящегося в ней (опыт Саньяка).