Среда в качестве системы отсчета

Основываясь на опыте классической физики, иссле­дователи ожидали найти ту единственную инерциальную систему, в которой скорость данного светового сигнала была бы равна с, тогда как во всех других инерциальных системах она должна была бы отличаться от с. В преды­дущем параграфе мы предположили, что такой системой должна быть система отсчета, связанная с источником света. В этом случае мы ожидали, что скорость света бу­дет зависеть от скорости движения источника. Однако наблюдения за двойными звездами не подтвердили этого предположения. Может быть, такой системой отсчета яв­ляется среда, в которой распространяется свет?
В различных материальных средах свет распростра­няется со скоростью, меньшей с. Например, в воде ско­рость света равна 225 тыс. км) сек, в стекле — 200 тыс. км/сек и т. д. Число, которое показывает, во сколько раз скорость света в дайной среде меньше ско­рости света в пустоте, называется показателем прелом­ления этой среды и обозначается буквой п. Так, у воды показатель преломления п — 4/3, у стекла п = 3/2 и т. д. Показатель преломления для пустоты следует принять равным единице; показатель преломления воздуха прак­тически такой же (точнее 1,00029). Это значит, что в пустоте и в воздухе свет практически распространяется со скоростью с.
Если системой отсчета, в которой измеряется ско­рость света, служит среда, то, конечно, нельзя ожидать, что в результате измерений мы получим скорость света, равную с. Естественно ожидать, что она получится в п раз меньше, т. е. скорость распространения света в сре­де с\’ = с/п. При помощи такого предположения физики надеялись выйти из затруднительного положения. Сле­дует заметить, что само это предположение, в свою очередь, привело к целому ряду трудностей.

Основываясь на опыте классической физики, иссле­дователи ожидали найти ту единственную инерциальную систему, в которой скорость данного светового сигнала была бы равна с, тогда как во всех других инерциальных системах она должна была бы отличаться от с. В преды­дущем параграфе мы предположили, что такой системой должна быть система отсчета, связанная с источником света. В этом случае мы ожидали, что скорость света бу­дет зависеть от скорости движения источника. Однако наблюдения за двойными звездами не подтвердили этого предположения. Может быть, такой системой отсчета яв­ляется среда, в которой распространяется свет?
В различных материальных средах свет распростра­няется со скоростью, меньшей с. Например, в воде ско­рость света равна 225 тыс. км) сек, в стекле — 200 тыс. км/сек и т. д. Число, которое показывает, во сколько раз скорость света в дайной среде меньше ско­рости света в пустоте, называется показателем прелом­ления этой среды и обозначается буквой п. Так, у воды показатель преломления п — 4/3, у стекла п = 3/2 и т. д. Показатель преломления для пустоты следует принять равным единице; показатель преломления воздуха прак­тически такой же (точнее 1,00029). Это значит, что в пустоте и в воздухе свет практически распространяется со скоростью с.
Если системой отсчета, в которой измеряется ско­рость света, служит среда, то, конечно, нельзя ожидать, что в результате измерений мы получим скорость света, равную с. Естественно ожидать, что она получится в п раз меньше, т. е. скорость распространения света в сре­де с\’ = с/п. При помощи такого предположения физики надеялись выйти из затруднительного положения. Сле­дует заметить, что само это предположение, в свою очередь, привело к целому ряду трудностей.
Как объясняли распространение света в вакууме, где отсутствует всякая среда? На этот вопрос ответить было еще нетрудно. До начала настоящего столетия физики верили, что и пустое пространство заполнено особой сре­дой с показателем преломления, равным единице. Эту гипотетическую среду называли мировым эфиром. Види­мый свет, а также и другие электромагнитные волны4 считали просто колебаниями эфира. Для объяснения экс­периментальных фактов физики ввели понятие о миро­вом эфире. Без пего никак не могли обойтись, но в то же время его использование для объяснения явлений приро­ды приводило все к новым трудностям. Вернемся к поис­кам системы отсчета для света. Просто и естественно бы­ло бы предположить, что системой отсчета,  в которой свет распространяется во всех направлениях со скоро­стью с\’ = с/п, является среда (это значит, что системой
отсчета, в которой свет распространяется в вакууме со скоростью с, служит мировой эфир). Однако это предпо­ложение приводило к странным выводам.
Представим две одинаковых движущихся друг относи­тельно друга газовых среды. Согласно сделанному пред­положению, скорость света  должна быть относительно
обеих сред одной и той же с (среды ведь одинаковы). Предположим теперь, что световой луч переходит из од­ной среды в другую. Что при этом увидит наблюдатель, находящийся вне этих сред?
Представьте себе, что Вы плывете на моторной лодке по озеру, причем скорость лодки относительно воды все время остается неизменной. Лодка приближается к устью реки, впадающей в озеро. Как только течение воды из ре­ки подхватит лодку, наблюдатель на берегу увидит, что скорость лодки вдруг изменилась. То же самое должно
произойти и при переходе светового луча из одной среды в другую. Вторая среда, которая движется относительно первой, захватит световой луч с собой. Наблюдатель дол­жен заметить изменение скорости света на поверхности раздела сред. При этом изменение это должно быть свя­зано с тем, что произошел скачок скорости света, вели­чина которого не зависит от плотности сред (от показа­теля преломления п), а зависит только от относительной скорости сред.
Начнем теперь разрежать среды, движущиеся отно­сительно друг друга. Скачок скорости света на поверхно­сти раздела при этом не меняется. В конце концов мы придем к положению, когда вместо обеих сред будет пустота, а скачок скорости останется прежним. Свет, рас­пространяющийся в пустом пространстве, без всяких при­чин изменяет скорость, т. е. результат окажется абсурд­ным. Наше предположение не верно. Системой отсчета, где свет распространяется по всем направлениям с оди­наковой скоростью, не может быть среда. Может быть, мы где-нибудь в рассуждении сделали ошибку? Оконча­тельный ответ, будет ли искомой системой отсчета среда или нет, может дать только сама природа. Рассмотрим некоторые конкретные опыты, которые были проделаны для решения этого вопроса.