О движении перпендикулярного луча в эксперименте Майкельсона – Морли

Валерий Петров

Согласно современной теории относительности никакими экспериментами невозможно обнаружить абсолютное движение Земли. Однако в эксперименте Майкельсона – Морли имеет место движение интерферометра относительно центра Солнца. Так почему же такое относительное движение, вопреки теории относительности, не сопровождается никакими наблюдаемыми явлениями?

Исследование траектории движения перпендикулярного луча

Как известно, основной постулат своей теории относительности Эйнштейн изложил следующим образом:

«...не только в механике, но и в электродинамике никакие свойства явлений не соответствуют понятию абсолютного покоя... для всех координатных систем, для которых справедливы уравнения механики, справедливы те же электродинамические и оптические законы... Это предположение (содержание которого в дальнейшем будет называться «принципом относительности») мы намерены превратить в предпосылку...».

Очевидно, что понятие «абсолютный покой» есть нечто противоположное понятию «абсолютное движение». Тогда постулат Эйнштейна можно сформулировать следующим образом:

«...не только в механике, но и в электродинамике никакие свойства явлений не соответствуют понятию абсолютного движения...».

Во времена Эйнштейна, как и до сегодняшнего дня, под абсолютным движением понимают движение относительно эфира, который Эйнштейн «отменил» своей теорией относительности. Тогда приведенный выше постулат Эйнштейна нужно понимать как невозможность обнаружения движения относительно этого самого эфира. Ну, нельзя, так нельзя. Однако возникает вопрос, а какое именно отношение имеет данный постулат к известному эксперименту Майкельсона – Морли, в котором, как полагают, вопрос о движении Земли относительно эфира был поставлен в наиболее прямой форме. В действительности, однако, это не так: поскольку в данном эксперименте, безусловно, имеет место движение интерферометра относительно центра Солнца, и, следовательно, в наиболее прямой форме был поставлен вопрос именно о том, не сопровождается ли движение интерферометра относительно Солнца, т.е. относительное движение, какими-либо эффектами. Эксперимент подтверждает: не сопровождается. Тогда возникает вопрос, а почему нет, коль скоро появление каких-либо эффектов в результате относительного движения интерферометра не противоречит теории относительности Эйнштейна?

Возникает и еще один вопрос, связанный с движением перпендикулярного луча в этом эксперименте: почему именно этот луч отклоняется в направлении движения интерферометра, в результате чего он всегда попадает в одну и ту же точку на отражателе, независимо от положения интерферометра относительно направления орбитального движения Земли? Попробуем с этим разобраться.

В работе в [1] было показано, что ход лучей в эксперименте Майкельсона – Морли можно рассматривать в двух системах координат, одна из которых связана с Землей (назовем ее движущейся), а другая – с Солнцем (назовем ее неподвижной), относительно которой интерферометр, установленный на Земле, движется с орбитальной скоростью. И хотя наблюдатель в данном эксперименте находится на Земле, сам Майкельсон, как это можно установить из его отчетов, рассматривает ход лучей в интерферометре с точки зрения неподвижного наблюдателя, относительно которого интерферометр движется с орбитальной скоростью Земли. Как же, по мнению Майкельсона движется перпендикулярный луч в его эксперименте? «Луч sa отражается по аb (рис. 1), причем угол bab1 равен углу аберрации α, возвращается по ba1 (aba1 = 2α) θ попадает в фокус зрительной трубы, направление которой не меняется» [2].

Рис. 1. Траектория движения перпендикулярного луча в эксперименте Майкельсона – Морли

Таким образом, по мнению Майкельсона, перпендикулярный луч отклоняется вслед за смещением интерферометра вследствие аберрации. В действительности, аберрация здесь совершенно не при чем! Как известно, это явление возникает в результате движения приемника света относительно источника. В эксперименте же Майкельсона приемник света и источник неподвижны относительно друг друга. Так почему же, в таком случае, перпендикулярный луч отклоняется вслед за смещением интерферометра, движущегося, напомним, относительно неподвижного наблюдателя?

Итак, предположим для начала, что строго вдоль меридиана Земли со скоростью, скажем, u, движется современный сверхзвуковой самолет. Как выглядит траектория движения этого самолета с точки зрения наблюдателя, неподвижного относительно Солнца? Как и в движущейся системе координат, самолет летит строго вдоль меридиана, но сам меридиан движется перпендикулярно движению самолета с орбитальной скоростью Земли v. В этом случае, согласно законам механики Галилея – Ньютона траектория движения самолета представляет собой гипотенузу прямоугольного треугольника со сторонами u и v, как это изображено на рис. 2:

Рис. 2. Треугольник скоростей и треугольник расстояний

За время t, в течение которого в движущейся системе координат самолет пролетит расстояние L между двумя точками a и b, лежащими на меридиане, в неподвижной системе за это же время самолет пролетит путь ab, равный √u2 + v2t. Как следует из треугольника расстояний, в неподвижной системе координат длина пути ab равна √L2 + (vt)2, откуда следует:

√L2 + (vt)2 = √u2 + v2t

L2 + v2t2 = u2t2 + v2t2

L = ut

t = L / u

Таким образом, время, в течение которого самолет пролетит путь L между точками a и b, лежащими на меридиане, оказывается одинаковым и равным t = L / u как в движущейся, так и в неподвижной системах координат.

Предположим, далее, что строго вдоль меридиана проложен линейный ускоритель элементарных частиц, в котором частицы движутся с некоторой скоростью u. Как и в предыдущем случае частицы движутся строго вдоль ускорителя, однако в неподвижной системе координат сам ускоритель смещается с орбитальной скоростью перпендикулярно направлению движению частиц. В этом случае, как было показано выше, траектория движения частиц представляет собой гипотенузу прямоугольного треугольника со сторонами u и v, как это изображено на рис. 1.

За время t, в течение которого в движущейся системе координат движущаяся в ускорителе частица пролетит расстояние L, в неподвижной системе за это же время та же частица пролетит путь ab, равный √u2 + v2t. Как следует из треугольника расстояний, в неподвижной системе координат длина пути ab равна √u2 + v2t, откуда следует:

t = L / u

Таким образом, время, в течение которого частица пролетит путь L в ускорителе, оказывается одинаковым и равным t = L / u как в движущейся, так и в неподвижной системах координат.

Поделитесь этой записью или добавьте в закладки