Опыты Саньяка, Майкельсона тАУ Гаэля, Миллера

Анализ результатов опытов Эйхенвальда и Вильсона дает основания утверждать, что, по крайней мере, в электродинамике движение относительно эфира всегда сопровождается вполне наблюдаемыми явлениями, соответствующими скорости такого движения. Не лишенным смысла поэтому оказывается вопрос о том, не сопровождается ли, вопреки общепринятому мнению, движение относительно эфира также какими-либо оптическими явлениями, соответствующими скорости такого движения? Вместе с тем, из опытов Эйхенвальда следует, на наш взгляд, вполне обоснованный вывод, что твердые тела, жидкости, а также газы при ненулевой их вязкости непроницаемы для внешнего по отношению к ним эфира, следовательно, Влэфирный ветерВ», обусловленный движением Земли относительно мирового эфира, в атмосфере Земли не возникает, а потому не может быть обнаружен никакими опытами, что противоречит, согласно общепринятому мнению, результатам опытов Майкельсона тАУ Гаэля и Миллера. Посмотрим, насколько общепринятые мнения соответствуют истине.

Опыты Саньяка

В 1912г. Гаррес, а затем Саньяк выполнили так называемый ВлвихревойВ» опыт, идея которого заключалась в том, что луч света разделяется на два, один из которых движется в направлении вращения установки, другой тАУ в противоположном направлении. В опыте Гарреса лучи света движутся внутри кольца, составленного из прозрачных кристаллов; в опыте Саньяка тАУ в воздухе. Схема опыта Саньяка приведена на рис.1.

Рис. 1. Схема опыта Саньяка

Луч света попадает на полупрозрачное зеркало A, где расщепляется на два луча. Один луч движется по контуру ABCD, другой тАУ в противоположном направлении.

Когда прибор неподвижен, время, затрачиваемое на обход замкнутого пути ABCD, обратно пропорционально v. Когда прибор вращается, время, затрачиваемое на обход того же контура, обратно пропорционально величине (c+v) для луча света, движущегося в одном направлении, и величине (cтАУv) для луча света, движущегося в противоположном направлении. Опыт Саньяка был повторен Погани в 1925..1926гг. Как считает С.И.Вавилов ВлМаленький интерферометр Саньяка обнаруживает.. оптический вихрьВ», следовательно, он не увлекает эфира. Таково единственно возможное объяснение этого опыта на основе представления об эфире.. Если бы явление Саньяка было открыто раньше, чем выяснились результаты опытов второго порядка, оно, конечно, рассматривалось бы как блестящее экспериментальное доказательство наличия эфира. Но в ситуации, создавшейся.. после опыта Майкельсона, опыт Саньяка разъяснил немногоеВ» [1], главным образом потому, что эти опыты не были доведены до своего логического завершения. По крайней мере, остался невыясненным главный вопрос: что такое прибор движущийся и прибор неподвижный? Относительно чего измеряется скорость вращения интерферометра в этих опытах?

Можно сказать, что скорость измеряется относительно неподвижного воздуха в лаборатории, где выполнялись эти опыты. Предположим, однако, что опыты выполнятся в вакуумной камере, заполненной воздухом. Предположим, что прибор вращается вместе с вакуумной камерой. Есть основания утверждать, что в этом случае вращение прибора вместе с вакуумной камерой относительно стен лаборатории не будет сопровождаться изменением интерференционной картины, с какой бы скоростью не вращалась вакуумная камера вместе с прибором, поскольку в этом случае отсутствует движение прибора относительно окружающего этот прибор воздуха. Значит, причиной изменения интерференционной картины является движение прибора относительно окружающего прибор воздуха? И действительно, вращение прибора относительно воздуха внутри неподвижной вакуумной камеры приведет к изменению интерференционной картины, соответствующей скорости вращения прибора. Предположим, однако, что в вакуумной камере создан глубокий вакуум. И в этом случае есть основания утверждать, что вращение интерферометра относительно неподвижной вакуумной камеры приведет к изменению интерференционной картины. Очевидно, что вращение прибора относительно стен вакуумной камеры есть одновременно вращение относительно вакуума или эфира, находящегося внутри вакуумной камеры. Следовательно, причиной изменения интерференционной картины является вращение интерферометра относительно вакуума или эфира, неподвижного внутри неподвижной вакуумной камеры. Если бы Саньяк выполнил такой опыт, сегодня ни у кого не было бы сомнений в том, что и в оптике движение относительно эфира всегда сопровождается вполне наблюдаемыми явлениями, соответствующими скорости этого движения.

Предположим, далее, что Саньяк несколько изменил схему своего опыта так, как это изображено на рис.2. Как и прежде, луч света, проходя через полупрозрачное зеркало, расщепляется на два луча, движущихся во взаимно противоположных направлениях к непрозрачным зеркалам S₁ и S₂, отражаются от этих зеркал и, снова проходя через полупрозрачное зеркало, попадают на экран или в зрительную трубу, где наблюдается интерференционная картина. Прибор вращается относительно оси, проходящей через точку A.

Рис. 2. Измененная схема опыта Саньяка

Есть основания утверждать, что вращение прибора будет сопровождаться изменением интерференционной картины, соответствующим скорости его вращения. Нетрудно увидеть, что схема этого опыта соответствует схеме известного опыта Майкельсона тАУ Морли с той лишь разницей, что в опыте Майкельсона тАУ Морли прибор вращается вместе с Землей относительно Солнца. Скорость движения прибора в опытах Саньяка составляет величину порядка нескольких метров в секунду, и при этом изменения интерференционной картины оказываются вполне наблюдаемыми. Скорость движения прибора в опытах Майкельсона тАУ Морли составляет величину порядка 30 километров в секунду, и при этом никакого изменения интерференционной картины не наблюдается.

Есть и еще одно немаловажное обстоятельство: в опытах Саньяка имеет место движение прибора относительно воздуха, тогда как в опытах Майкельсона тАУ Морли такого движения нет. Таким образом, имеются основания утверждать, что отсутствие движения прибора относительно воздуха означает то же самое, что и отсутствие движения прибора относительно вакуума или эфира. Следовательно, Влэфирный ветерВ», обусловленный движением Земли, в атмосфере Земли не возникает, а потому и не может быть обнаружен никакими опытами.

Опыты Майкельсона тАУ Гаэля и Миллера

В 1925г. Майкельсоном совместно с Гаэлем был выполнен опыт, целью которого было обнаружение Влэфирного ветраВ», обусловленного суточным вращением Земли. Схема опыта Майкельсона тАУ Гаэля приведена на рис.3. Луч света, попадая на полупрозрачное зеркало D, разделяется на два луча, движущихся во взаимно противоположных направлениях в трубах, проложенных по земле. Так как изменять скорость вращения установки в этом опыте невозможно, Вл..Майкельсон сделал два контура тАУ большой DABCD.. и малый DAB'C'D" [2]. Один из лучей света движется по контуру DABCD, второй тАУ по контуру DAB'C'D. Поскольку BC равно B'C', то разность времен хода лучей в установке обусловлена разностью длин l=AB+CD и l'=AB'+C'D.

Рис 3. Схема опыта Майкельсона тАУ Гаэля

Как отмечает С.И.Вавилов, Вл..площадь малого контура.. настолько мала, что смещением, вызываемым вращением Земли., можно пренебречьВ» [1]. В действительности, однако, это не так: разность времен хода лучей обусловлена именно разностью длин l и l'. При l'=0 никакой разности времен не возникает.

При выполнении этого опыта наблюдалась интерференционная картина, соответствующая скорости суточного вращения Земли. Как считает Л.И.Мандельштам, опыт Майкельсона тАУ Гаэля ВлЭто повторение опыта Саньяка, но вращение установки обусловлено вращением ЗемлиВ» [2]. В действительности, опыт Майкельсона тАУ Гаэля тАУ это повторение опыта Майкельсона тАУ Морли. Известно, что прибор в опыте Майкельсона тАУ Морли можно было установить так, чтобы положение одного из плеч прибора соответствовало направлению суточного вращения Земли. Чувствительность прибора и точность измерений в опыте Майкельсона тАУ Морли были не ниже, чем в опыте Майкельсона тАУ Гаэля. Однако ни при каком положении прибора в опыте Майкельсона тАУ Морли Влэфирный ветерВ», в том числе и обусловленный суточным вращением Земли, обнаружен не был. Точно так же и в опыте Майкельсона тАУ Гаэля Влэфирный ветерВ», обусловленный орбитальным движением Земли, не был обнаружен, хотя направление суточного движения Земли почти параллельно направлению ее орбитального движения. Это дает основания утверждать, что и в опыте Майкельсона тАУ Гаэля Влэфирный ветерВ», обусловленный суточным вращением Земли, также не был обнаружен.

В опыте Майкельсона тАУ Морли лучи света движутся в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Очевидно, что, изменяя длину одного из плеч прибора, можно получить интерференционную картину, соответствующую ожидаемой скорости Влэфирного ветраВ».

В опыте Майкельсона тАУ Гаэля, где наблюдаемая интерференционная картина обусловлена именно разностью длин l и l', всегда можно подобрать такие размеры AB' и C'D, чтобы наблюдаемая при этом интерференционная картина соответствовала ожидаемой скорости Влэфирного ветраВ». Не имеет значения, является ли совпадение размеров большого и малого контуров в опыте Майкельсона тАУ Гаэля случайным, или же оно было преднамеренным, важно другое тАУ Влэфирный ветерВ», обусловленный суточным вращением Земли, который не был обнаружен в опытах Майкельсона тАУ Морли, не мог быть обнаружен и в опытах Майкельсона тАУ Гаэля.

В 1921г. Вл..Миллер установил интерферометр.. на горе Маунт тАУ Вильсон на высоте 6000 футов. Был обнаружен дрейф эфира около 10км/с в направлении на северо-запад. Возникло подозрение о том, что наблюдаемый эффект обязан происхождением магнитострикции. Стальная основа, несущая зеркала, была заменена алюминиевой и деревянной. Результат был тот же, что и раньше. Миллер истолковал результаты опытов так: обнаружен дрейф Земли относительно эфира.. по направлению к созвездию Дракона. В 1926г. Кеннеди построил интерферометр.. Оптическая часть прибора помещалась в герметический металлический корпус.. Скорости 10км/с соответствовал сдвиг 0,008 полосы. В действительности сдвиг обнаружить не удалось. Последним из серии контрольных опытов был опыт, поставленный Иосом в 1930г. в Иене. Интерферометр, смонтированный на кварцевом основании, помещался в герметический металлический кожух, из которого откачивался воздух. Верхняя граница регистрируемого эфирного дрейфа составляла 1,5км/с.. в 1933г. в.. статье об итогах своих работ Миллер отказался признать, что эксперименты последних лет отвергают его результаты. По его мнению, во всех.. опытах, где интерферометр был заключен в металлический корпус или помещался в комнатах с массивными стенами, ниже уровня Земли и т.д. были нарушены условия для свободного движения эфираВ» [3]. Так был ли обнаружен Влэфирный ветерВ» в опытах Миллера или нет?

Схема опыта Майкельсона тАУ Морли ничем принципиально не отличается от опыта Миллера. В опыте Майкельсона тАУ Морли прибор можно было ориентировать в каком угодно направлении, однако ни при каком положении прибора Влэфирный ветерВ» не наблюдался. Можно предположить, что чувствительность прибора в опыте Миллера значительно выше, чем в опыте Майкельсона тАУ Морли. В действительности, чувствительность прибора в опытах Майкельсона тАУ Морли оказывается вполне достаточной, если мы учтем следующее обстоятельство.

Как следует из правильного анализа теории этого опыта, луч света, движущийся от полупрозрачного зеркала к зеркалу С перпендикулярно направлению движения прибора, отклоняется в направлении, обратном предполагаемому движению прибора, т.е. в направлении движения Влэфирного ветраВ», обусловленного движением прибора, как это изображено на рис.4.

Рис. 4. Движущийся прибор

Величина смещения точки С относительно точки C' определяется следующим соотношением:

СС'=Lv/c.

где L тАУ длина каждого из плеч прибора.

Известно, что в опытах Майкельсона тАУ Морли, выполненных в 1887г., величина L была равна 30 метрам. Тогда величина отклонения точки С от точки С' оказывается равной 3 миллиметрам (!) и могла бы быть обнаружена даже невооруженным глазом, однако ничего подобного не наблюдалось. Следовательно, не наблюдалось никакого Влэфирного ветраВ» вследствие полного увлечения эфира атмосферой Земли при ненулевой ее вязкости, поэтому никакого Влэфирного ветраВ» не могло наблюдаться и в опытах Миллера. Наблюдаемый в опытах Миллера эффект никак не связан с движением Земли относительно мирового эфира.

В опытах Миллера обращают на себя внимание следующие обстоятельства:

направление на созвездие Дракона, в котором наблюдается наибольший эффект, совпадает с направлением на северный магнитный полюс Земли тАУ отсюда и возникло подозрение, что причиной обнаруживаемого в опытах Миллера эффекта является магнитострикция;

эффект уменьшается или исчезает вовсе, когда интерферометр помещается в металлический ящик, в комнатах с массивными стенами, ниже уровня Земли и т.д., тАУ во всех этих случаях магнитное поле Земли ослабляется; ослабляется также и эффект, обнаруживаемый в опытах Миллера.

Перечисленные обстоятельства дают достаточные основания полагать, что эффект Миллера связан именно с магнитным полем Земли и означает, что скорость света в опытах Миллера в направлении вдоль линий магнитного поля Земли и в направлении, перпендикулярном этим линиям, оказывается различной. Не имеет значения, обусловлено ли это различие изменением коэффициента преломления газов, входящих в состав атмосферы, под воздействием магнитного поля Земли или же это различие обусловлено взаимодействием света, имеющего электромагнитную природу, с магнитным полем Земли, важно то, что эффект Миллера никак не связан с движением Земли тАУ Влэфирный ветерВ», обусловленный движением Земли, не обнаруживается никакими опытами, что вполне соответствует опытам Саньяка тАУ отсутствие движения относительно воздуха означает то же самое, что и отсутствие движения относительно эфира.

Заключение

Анализ опытов Саньяка, Погани, Гарреса, Физо, Майкельсона тАУ Гаэля, Миллера позволяет заключить следующее:

1. В оптике, как и в электродинамике, внешний по отношению к движущимся твердым телам эфир совершенно не увлекается движением этих тел, поэтому объяснить нулевой результат опытов Майкельсона тАУ Морли увлечением внешнего по отношению к поверхности Земли эфира не представляется возможным.

2. В опыте Саньяка имеет место движение установки относительно эфира, неподвижного относительно атмосферы Земли. Таким образом, и в оптике, как ив электродинамике, движение относительно эфира всегда сопровождается вполне наблюдаемыми эффектами: изменением интерференционной картины; появлением магнитного поля как следствия движения зарядов относительно эфира (опыты Эйхенвальда); появлением зарядов на пластинах конденсатора, движущегося в магнитном поле относительно эфира (опыты Вильсона). В свою очередь, отсутствие каких-либо эффектов означает отсутствие движения относительно эфира.

3. Неподвижность приборов относительно воздуха означает то же самое, что и неподвижность приборов относительно эфира: опыты Траутона и Набла, Томашека, Чейза в электродинамике; опыты Эйри, Майкельсона тАУ Морли и многих других в оптике.

4. ВлЭфирный ветерВ», обусловленный движением Земли, в атмосфере Земли не возникает при ненулевой ее вязкости, а потому не может быть обнаружен никакими опытами тАУ эффект, обнаруживаемый в опытах Майкельсона тАУ Гаэля обусловлен разностью длин большого и малого контуров и не зависит от скорости суточного вращения Земли; эффект, обнаруживаемый в опытах Миллера есть результат изменения скорости света в направлении силовых линий магнитного поля Земли и в перпендикулярном к этим линиям направлении; как и в опыте Майкельсона тАУ Гаэля величина эффекта, обнаруживаемого в опытах Миллера, не зависит от движения Земли относительно мирового эфира.

5. Полное увлечение эфира атмосферой Земли при ненулевой ее вязкости является единственным объяснением результатов всех известных опытов, целью которых являлось обнаружение движения Земли относительно мирового эфира, т.е. эфира, находящегося вне атмосферы Земли; можно показать, что полное увлечение эфира атмосферой Земли при ненулевой ее вязкости и полное неувлечение эфира атмосферой при нулевой ее вязкости в точности соответствует наблюдаемой картине звездной аберрации, которая и может только возникнуть при указанных свойствах атмосферы Земли.

6. Объяснение как нулевых, так и не нулевых результатов известных опытов, предлагаемых специальной теорией относительности (СТО), основано на многочисленных ошибках как при постановке, так и при анализе этих опытов, устранение которых делает почти очевидным фактом полную научную несостоятельность СТО.

С.И.Вавилов. Экспериментальные основания теории относительности. Москва тАУ Ленинград: Государственное издательство., 1928.

Л.И.Мандельштам. Лекции по оптике, теории относительности и квантовой механике. тАУ М.: Наука, 1972.

У.И.Франкфурт. Специальная и общая теория относительности. тАУ М.: Наука, 1968.

Вместе с этим смотрят:

"Инкарнация" кватернионов

* Алгебры и их применение

*-Алгебры и их применение

10 способов решения квадратных уравнений

Bilet