Ученые в некотором отношении напоминают маленьких детей: им никогда не надоедает без конца расспрашивать природу. Поверхностному наблюдателю уже давно все кажется ясным, а они все еще что-то выпытывают. Каждый новый эксперимент — это вопрос природе, и рано или поздно ей приходится раскрывать кое-какие секреты.
Явление годичной аберрации показало, что движение среды, в которой распространяется свет, не влияет на его скорость (т. е. среда при своем движении не увлекает распространяющийся в ней свет), но физики не удовлетворились этим. А что если увлечение света земной атмосферой почему-либо так мало, что его невозможно измерить? Нужно исследовать, как увлекается свет более плотными средами. Целью опыта Физо и было выяснить, увлекает ли текущая вода световой луч.
Скорость света в спокойной воде равна с/n где п — показатель преломления воды. Если теперь заставить воду течь со скоростью v, останется ли скорость светового луча относительно земной поверхности прежней или нет? На этот вопрос должен был ответить опыт, поставленный Физо в 1850 г. Если вода увлекает распространяющийся в ней свет, то скорость света относительно земной поверхности, которую обозначим через должна быть
w = с/п + ѵ .
Если вода не увлекает световые волны, ее движение не будет оказывать влияния на скорость света, и
w = с/п.
Явление годичной аберрации показало, что движение среды, в которой распространяется свет, не влияет на его скорость (т. е. среда при своем движении не увлекает распространяющийся в ней свет), но физики не удовлетворились этим. А что если увлечение света земной атмосферой почему-либо так мало, что его невозможно измерить? Нужно исследовать, как увлекается свет более плотными средами. Целью опыта Физо и было выяснить, увлекает ли текущая вода световой луч.
Скорость света в спокойной воде равна с/n где п — показатель преломления воды. Если теперь заставить воду течь со скоростью v, останется ли скорость светового луча относительно земной поверхности прежней или нет? На этот вопрос должен был ответить опыт, поставленный Физо в 1850 г. Если вода увлекает распространяющийся в ней свет, то скорость света относительно земной поверхности, которую обозначим через должна быть
w = с/п + ѵ .
Если вода не увлекает световые волны, ее движение не будет оказывать влияния на скорость света, и
w = с/п.
Ученые в некотором отношении напоминают маленьких детей: им никогда не надоедает без конца расспрашивать природу. Поверхностному наблюдателю уже давно все кажется ясным, а они все еще что-то выпытывают. Каждый новый эксперимент — это вопрос природе, и рано или поздно ей приходится раскрывать кое-какие секреты.
Явление годичной аберрации показало, что движение среды, в которой распространяется свет, не влияет на его скорость (т. е. среда при своем движении не увлекает распространяющийся в ней свет), но физики не удовлетворились этим. А что если увлечение света земной атмосферой почему-либо так мало, что его невозможно измерить? Нужно исследовать, как увлекается свет более плотными средами. Целью опыта Физо и было выяснить, увлекает ли текущая вода световой луч.
Скорость света в спокойной воде равна с/n где п — показатель преломления воды. Если теперь заставить воду течь со скоростью v, останется ли скорость светового луча относительно земной поверхности прежней или нет? На этот вопрос должен был ответить опыт, поставленный Физо в 1850 г. Если вода увлекает распространяющийся в ней свет, то скорость света относительно земной поверхности, которую обозначим через должна быть
w = с/п + ѵ .
Если вода не увлекает световые волны, ее движение не будет оказывать влияния на скорость света, и
w = с/п.
Какую же из этих двух формул подтверждает опыт?
Физо направлял световой луч как по течению воды, так и против течения и применял чрезвычайно точные методы измерения. Результат получился следующий:
w = c/n + v(1—1/n2).
Из опыта Физо следует, что текущая вода увлекает свет лишь частично.
С точки зрения гипотезы о мировом эфире результат опыта Физо нетрудно объяснить, точнее говоря, такой результат был уже раньше предсказан Френелем. Френель предполагал, что в материальных телах плотность эфира больше, чем в пустоте. Когда тело движется в эфире, эфир втекает в него через переднюю поверхность и вытекает через заднюю. Происходит течение эфира в теле. При этом скорость эфира в теле меньше скорости движения тела относительно внешнего эфира.
Изложим вкратце ход рассуждений Френеля.
Пусть плотность эфира в воде будет р\’, в пустоте — р. Если
предполагать, что свет представляет собой поперечные колебания эфира, то показатель преломления воды относительно вакуума п должен выражаться через плотность эфира так:
(а)
Явление годичной аберрации показало, что движение среды, в которой распространяется свет, не влияет на его скорость (т. е. среда при своем движении не увлекает распространяющийся в ней свет), но физики не удовлетворились этим. А что если увлечение света земной атмосферой почему-либо так мало, что его невозможно измерить? Нужно исследовать, как увлекается свет более плотными средами. Целью опыта Физо и было выяснить, увлекает ли текущая вода световой луч.
Скорость света в спокойной воде равна с/n где п — показатель преломления воды. Если теперь заставить воду течь со скоростью v, останется ли скорость светового луча относительно земной поверхности прежней или нет? На этот вопрос должен был ответить опыт, поставленный Физо в 1850 г. Если вода увлекает распространяющийся в ней свет, то скорость света относительно земной поверхности, которую обозначим через должна быть
w = с/п + ѵ .
Если вода не увлекает световые волны, ее движение не будет оказывать влияния на скорость света, и
w = с/п.
Какую же из этих двух формул подтверждает опыт?
Физо направлял световой луч как по течению воды, так и против течения и применял чрезвычайно точные методы измерения. Результат получился следующий:
w = c/n + v(1—1/n2).
Из опыта Физо следует, что текущая вода увлекает свет лишь частично.
С точки зрения гипотезы о мировом эфире результат опыта Физо нетрудно объяснить, точнее говоря, такой результат был уже раньше предсказан Френелем. Френель предполагал, что в материальных телах плотность эфира больше, чем в пустоте. Когда тело движется в эфире, эфир втекает в него через переднюю поверхность и вытекает через заднюю. Происходит течение эфира в теле. При этом скорость эфира в теле меньше скорости движения тела относительно внешнего эфира.
Изложим вкратце ход рассуждений Френеля.
Пусть плотность эфира в воде будет р\’, в пустоте — р. Если
предполагать, что свет представляет собой поперечные колебания эфира, то показатель преломления воды относительно вакуума п должен выражаться через плотность эфира так:
(а)Представим теперь, что куб с длиной ребра в 1 см наполнен водой и движется со скоростью ѵ относительно эфира. Тогда количество эфира, проходящего за одну секунду через переднюю грань куба, будет vр.
Скорость эфира в кубе, наполненном водой, обозначим через V. Это значит, что в течение 1 сек через поперечное сечение куба будет проходить количество Ѵр\’ эфира, где р\’ — плотность эфира в кубе, наполненном водой. Ясно, что количество втекающего за 1 сек эфира должно равняться количеству вытекающего за это жо время, т. е.
Ѵр\’ = ѵр
Отсюда получаем, что
которое с помощью формулы (а) можем записать в следующем виде:
Получим выражение, определяющее скорость эфира относительно воды, заключенной в кубе. Скорость эфира в воде относительно окружающего эфира будет
С помощью этой формулы нетрудно объяснить результаты опытов Физо.
Относительно эфира свет движется со скоростью c/n. Если вода начинает течь по направлению распространения света со
скоростью v, то она увлекает эфир со скоростью ѵ(1 — 1/n2) . Тем самым скорость света в текущей воде должна быть
Скорость эфира в кубе, наполненном водой, обозначим через V. Это значит, что в течение 1 сек через поперечное сечение куба будет проходить количество Ѵр\’ эфира, где р\’ — плотность эфира в кубе, наполненном водой. Ясно, что количество втекающего за 1 сек эфира должно равняться количеству вытекающего за это жо время, т. е.
Ѵр\’ = ѵр
Отсюда получаем, что
которое с помощью формулы (а) можем записать в следующем виде:
Получим выражение, определяющее скорость эфира относительно воды, заключенной в кубе. Скорость эфира в воде относительно окружающего эфира будет
С помощью этой формулы нетрудно объяснить результаты опытов Физо.
Относительно эфира свет движется со скоростью c/n. Если вода начинает течь по направлению распространения света со
скоростью v, то она увлекает эфир со скоростью ѵ(1 — 1/n2) . Тем самым скорость света в текущей воде должна быть
что и показал опыт Физо.
Согласно теории Френеля, движущаяся среда увлекает частично эфир, а тем самым и распространяющийся в ней свет. Насколько интенсивно это происходит, определяется величиной коэффициента увлечения 1 — 1/n2 В плотной среде, где показатель преломления п велик, значителен и коэффициент увлечения. Плотная среда заметно увлекает эфир. Напротив, чем ближе показатель преломления среды к единице (т. е. чем разреженнее среда), тем ничтожнее увлечение эфира движущейся средой.
С помощью гипотезы частичного увлечения эфира легко разрешить парадокс, который возникает при разреживании двух движущихся относительно друг друга сред. Чем разреженнее становятся среды, тем слабее увлекают они эфир; в пустоте эфир не увлекается. Эфир везде покоится, никакого скачка скоростей у распространяющегося света там не может быть.
На первый взгляд казалось, что гипотеза эфира вместе с предположением Френеля о частичном увлечении эфира движущимися телами разрешала все трудности. Таким образом, искомой системой отсчета, в которой скорость света не зависит от направления распространения, можно было считать мировой эфир. Однако сама теория мирового эфира встретилась с непреодолимыми трудностями. Чтобы описать распространение света в эфире, нужно было эфир в некотором отношении считать твердым телом. В то же время совершенно невероятно, чтобы, например, обращающиеся вокруг Солнца планеты двигались в твердом теле. Было много попыток найти выход из этого затруднительного положения. Так, например, предполагали, что мировой эфир представляет собой среду, аналогичную смоле. Известно, что смола может медленно течь. Если на кусок смолы положить дробинку, то через некоторое время дробинка погрузится в смолу (в этом случае смола ведет себя как жидкость). При резком же ударе кусок смолы дробится как твердое тело. Поэтому можно было предполагать, что эфир относительно медленных движений (например, обращение Земли вокруг Солнца) ведет себя как жидкость, а относительно быстрых (например, распространение света) имеет свойства твердого тела. Но не помогло ни это, ни другие остроумные предположения. Гипотеза эфира уводила физиков от правильного пути. Кроме того, эта гипотеза, как мы скоро увидим, противоречила классическому принципу относительности.
С помощью гипотезы частичного увлечения эфира легко разрешить парадокс, который возникает при разреживании двух движущихся относительно друг друга сред. Чем разреженнее становятся среды, тем слабее увлекают они эфир; в пустоте эфир не увлекается. Эфир везде покоится, никакого скачка скоростей у распространяющегося света там не может быть.
На первый взгляд казалось, что гипотеза эфира вместе с предположением Френеля о частичном увлечении эфира движущимися телами разрешала все трудности. Таким образом, искомой системой отсчета, в которой скорость света не зависит от направления распространения, можно было считать мировой эфир. Однако сама теория мирового эфира встретилась с непреодолимыми трудностями. Чтобы описать распространение света в эфире, нужно было эфир в некотором отношении считать твердым телом. В то же время совершенно невероятно, чтобы, например, обращающиеся вокруг Солнца планеты двигались в твердом теле. Было много попыток найти выход из этого затруднительного положения. Так, например, предполагали, что мировой эфир представляет собой среду, аналогичную смоле. Известно, что смола может медленно течь. Если на кусок смолы положить дробинку, то через некоторое время дробинка погрузится в смолу (в этом случае смола ведет себя как жидкость). При резком же ударе кусок смолы дробится как твердое тело. Поэтому можно было предполагать, что эфир относительно медленных движений (например, обращение Земли вокруг Солнца) ведет себя как жидкость, а относительно быстрых (например, распространение света) имеет свойства твердого тела. Но не помогло ни это, ни другие остроумные предположения. Гипотеза эфира уводила физиков от правильного пути. Кроме того, эта гипотеза, как мы скоро увидим, противоречила классическому принципу относительности.