Свет — волновое явление. На рис. 36 схематически изображен спектрограф, при помощи которого свет разла­гается на различные составные части, имеющие разные частоты. Световой луч определенной частоты идет на предназначенное ему место, на фотопластинку, где он оставляет свой след. Проявив пластинку и измерив поло­жение следов от световых лучей, можем установить часто­ты исследуемого света. Изменению частоты света соответ­ствует перемещение его следа на фотопластинке спектро­графа.

Предпочтение теории относительности Эйнштейна гипотезе Лоренца о сокращении размеров движущихся тел основывается не только на общих доводах, изложенных в предыдущем параграфе. В пользу теории относительности говорит и целый ряд как прямых, так и косвенных экспериментов. Ознакомившись с основными свойствами света, рассмотрим опыт, который в 1938 г. поставил аме­риканский физик Айве.

 

 

Рис. 36. Схема спектрографа

Свет — волновое явление. На рис. 36 схематически изображен спектрограф, при помощи которого свет разла­гается на различные составные части, имеющие разные частоты. Световой луч определенной частоты идет на предназначенное ему место, на фотопластинку, где он оставляет свой след. Проявив пластинку и измерив поло­жение следов от световых лучей, можем установить часто­ты исследуемого света. Изменению частоты света соответ­ствует перемещение его следа на фотопластинке спектро­графа.
Чтобы лучше выяснить одно из основных свойств све­та (и вообще всех периодических процессов), приведем простой пример.
Пусть в автопробег из Таллина в Тарту каждый 10 мин отправляется автомашина. Если предположить, что ско­рость машин все время одинакова, то контрольный пункт на границе Тарту отметит в течение часа прибытие шести машин. А сколько автомашин зарегистрирует за час тот, кто едет навстречу этим автомашинам, т. е. в направлении от Тарту в Таллин? Очевидно, больше шести: он встретит те шесть автомашин, которые в течение часа прибывают в неподвижный контрольный пункт, и дополнительно еще автомашины, которые прибудут в Тарту уже в последу­ющие часы. Двигаясь навстречу потоку машин, наблюда­тель зарегистрирует в течение часа больше автомашин, чем наблюдатель, находящийся в покое. Рассуждая ана­логично, придем к выводу, что, двигаясь медленно в на­правлении движения потока автомашин, наблюдатель в течение часа зарегистрирует меньше автомашин, чем неподвижный наблюдатель.
Луч света является периодическим процессом и имеет свойства, аналогичные свойствам непрерывного потока ав­томашин: наблюдатель, движущийся навстречу световому лучу, зарегистрирует в течение секунды больше световых колебаний, чем покоящийся наблюдатель, т. е. частота све­та повышается. Это явление называется эффектом Доп-плера. Собственно говоря, здесь не существенно, кто движет­ся — наблюдатель или источник света, существенно только их относительное движение.
Пусть вначале источник света и наблюдатель непод­вижны друг относительно друга и наблюдатель определяет частоту света. Допустим, что он нашел, что частота света равна ѵ. Пусть теперь наблюдатель начнет двигаться к источнику света (или источник света — к наблюдателю). В этом случае наблюдатель обнаружит, что частота света больше ѵ. В случае, когда наблюдатель и источник света удаляются друг от друга, наблюдатель обнаружит, что ча­стота света меньше ѵ. Увеличение (или уменьшение) ча­стоты света при этом будет зависеть от скорости относи­тельного движения источника света и наблюдателя20. В этом смысл эффекта Допплера. Эффект Допплера ис­пользуется для определения скорости движения удаленных источников света: чем больше изменение частоты света, тем больше скорость движения источника света относи­тельно наблюдателя. Этим методом, например, определяет­ся скорость, с которой приближаются или удаляются от нашей солнечной системы звезды и звездные системы. Об эффекте  Допплера известен  любопытный  анекдот.
Однажды знаменитый физик Роберт Вуд, управляя автомашиной, по рассеянности не заметил красного сиг­нала светофора. Пытаясь оправдаться перед регулиров­щиком движения, он объяснил, что при движении к свето­фору, благодаря эффекту Допплера, красный свет пока­зался ему зеленым. Но и регулировщик проявил смекалку. Он быстро подсчитал, что для того, чтобы красный свет показался зеленым, машина должна приближаться к све­тофору со скоростью около 60 000 км/сек, и оштрафовал физика за превышение дозволенной скорости.
Рассмотрим следующий вопрос: мог ли бы водитель автомашины заметить изменение цвета светофора в том случае, если бы он ехал в поперечном направлении? На этот вопрос классическая физика дает совершенно определенный отрицательный ответ, так как частота света, излученного перпендикулярно направлению движения, не должна изменяться. Как же обстоит дело в действи­тельности? Именно для решения этого вопроса Айве поставил свои знаменитый опыт.
Айве наблюдал излучаемый атомами водорода сине-зеленый свет, частота которого равна 6*10¹⁴ гц (600 млн. Мгц). В ходе опыта он измерял частоту света, излучаемого атомами, которые пролетали со скоростью 1800 км/сек мимо спектрографа. Оказалось, что частота света, излучаемого движущимися атомами, была прибли­зительно на 0,0018% меньше частоты света от покоящих­ся атомов. Образно говоря, это означает, что если автома­шина пройдет мимо светофора в поперечном направлении, двигаясь с очень большой скоростью, то для пассажира автомашины сигнал света должен становиться «краснее». Однако необходимая для значительного изменения цвета сигнала скорость автомашины должна быть фантастиче­ской. Так, например, чтобы зеленый цвет светофора ка­зался красным, автомашина должна пройти мимо свето­фора в поперечном направлении со скоростью около 200 000 км/сек. Сам Айве был противником теории отно­сительности. В статье, где он теоретически обосновал ре­зультаты своего опыта, он ни разу не делает ссылку на теорию относительности. В статье Айве говорит, однако, о мировом эфире как о среде, в которой распространяется свет. Нужно сказать, что с помощью сложных рассужде­ний Айвсу действительно удалось объяснить результат своего опыта в рамках классической физики. Правда, ему пришлось использовать некоторые искусственные гипоте­зы, такие, как, например, гипотеза Лоренца о сокращении продольных размеров движущихся тел.
Однако сразу же после опубликования результатов опыта Айвса, физики заметили, что этот опыт является прекрасным   подтверждением   теории   относительности.
Опыт Айвса непосредственно показывает замедление хода времени в системе отсчета, движущейся относительности наблюдателя.
Проследим мысленно за атомами, движущимися со скоростью 1800 км/сек мимо спектрографа. Из теории от­носительности следует, что для находящегося у спектрог­рафа наблюдателя время на движущихся атомах будет протекать медленнее, чем на покоящихся. Все процессы, в том числе и излучение световых колебаний, на движу­щихся атомах должны происходить медленнее. За то вре­мя, когда у спектрографа пройдет одна секунда, движущи­еся атомы еще не успеют совершить 6*10¹⁴ колебаний. Проходящие мимо спектрографа атомы будут излучать свет меньшей частоты, чем другие точно такие же атомы, но неподвижные относительно спектрографа. Вычисления показывают, что атомы, движущиеся со скоростью 1800 км/сек, действительно должны излучать в направле­нии, перпендикулярном движению, свет, частота которого должна быть на 0,0018% меньше частоты света, излучае­мого покоящимся атомом. Результаты опыта Айвса оказа­лись в полном согласии с теорией относительности и полу­чили в этой теории естественное объяснение.