Валерій Петров
Відповідно до сучасної теорії відносності ніякими експериментами неможливо виявити абсолютний рух Землі. Проте в експерименті Майкельсона - Морлі має місце рух інтерферометра щодо центра Сонця. Так чому ж таке відносний рух, всупереч теорії відносності, не супроводжується жодними спостережуваними явищами?
Дослідження траєкторії руху перпендикулярного променя
Як відомо, основний постулат своєї теорії відносності Ейнштейн виклав наступним чином:
«... Не тільки в механіці, але і в електродинаміці ніякі властивості явищ не відповідають поняттю абсолютного спокою ... для всіх координатних систем, для яких справедливі рівняння механіки, справедливі ті ж електродинамічні та оптичні закони ... Це припущення (вміст якого в подальшому буде називатися «принципом відносності») ми маємо намір перетворити на передумову ...».
Очевидно, що поняття «абсолютний спокій» є щось протилежне поняттю «абсолютний рух». Тоді постулат Ейнштейна можна сформулювати наступним чином:
«... Не тільки в механіці, але і в електродинаміці ніякі властивості явищ не відповідають поняттю абсолютного руху ...».
За часів Ейнштейна, як і до сьогоднішнього дня, під абсолютним рухом розуміють рух щодо ефіру, що Ейнштейн «скасував» своєю теорією відносності. Тоді наведений вище постулат Ейнштейна потрібно розуміти як неможливість виявлення руху щодо цього самого ефіру. Ну, не можна, так не можна. Однак виникає питання, а яке саме відношення має цей постулат до відомого експерименту Майкельсона - Морлі, в якому, як вважають, питання про рух Землі відносно ефіру був поставлений в найбільш прямій формі. У дійсності, однак, це не так: оскільки в даному експерименті, безумовно, має місце рух інтерферометра щодо центру Сонця, і, отже, в найбільш прямій формі було поставлено питання саме про те, чи не супроводжується чи рух інтерферометра щодо Сонця, тобто . відносний рух, будь-якими ефектами. Експеримент підтверджує: не супроводжується. Тоді виникає питання, а чому ні, оскільки поява будь-яких ефектів в результаті відносного руху інтерферометра не суперечить теорії відносності Ейнштейна?
Виникає і ще одне питання, пов'язане з рухом перпендикулярного променя в цьому експерименті: чому саме цей промінь відхиляється у напрямку руху інтерферометра, в результаті чого він завжди потрапляє в одну і ту ж точку на відбивачі, незалежно від положення інтерферометра щодо направлення орбітального руху Землі? Спробуємо з цим розібратися.
У роботі в [1] було показано, що хід променів в експерименті Майкельсона - Морлі можна розглядати в двох системах координат, одна з яких пов'язана з Землею (назвемо її рухається), а інша - з Сонцем (назвемо її нерухомою), щодо якої інтерферометр , встановлений на Землі, рухається з орбітальною швидкістю. І хоча спостерігач в даному експерименті знаходиться на Землі, сам Майкельсон, як це можна встановити з його звітів, розглядає хід променів у інтерферометрі з точки зору нерухомого спостерігача, щодо якого інтерферометр рухається з орбітальною швидкістю Землі. Як же, на думку Майкельсона рухається перпендикулярний промінь у його експерименті? «Промінь sa відображається за аb (рис. 1), причому кут bab1 дорівнює куту аберації α, повертається по ba1 (aba1 = 2α) θ потрапляє у фокус зорової труби, напрямок якої не змінюється» [2].
Рис. 1. Траєкторія руху перпендикулярного променя в експерименті Майкельсона - Морлі
Таким чином, на думку Майкельсона, перпендикулярний промінь відхиляється слідом за зміщенням інтерферометра внаслідок аберації. У дійсності, аберація тут абсолютно ні при чому! Як відомо, це явище виникає в результаті руху приймача світла відносно джерела. В експерименті ж Майкельсона приймач світла і джерело нерухомі відносно один одного. Так чому ж, у такому випадку, перпендикулярний промінь відхиляється слідом за зміщенням інтерферометра, що рухається, нагадаємо, щодо нерухомого спостерігача?
Отже, припустимо для початку, що строго уздовж меридіана Землі зі швидкістю, скажімо, u, рухається сучасний надзвуковий літак. Як виглядає траєкторія руху цього літака з точки зору спостерігача, нерухомого щодо Сонця? Як і в рухомій системі координат, літак летить строго уздовж меридіана, але сам меридіан рухається перпендикулярно руху літака з орбітальною швидкістю Землі v. У цьому випадку, згідно із законами механіки Галілея - Ньютона траєкторія руху літака являє собою гіпотенузу прямокутного трикутника зі сторонами u і v, як це зображено на рис. 2:
Рис. 2. Трикутник швидкостей і трикутник відстаней
За час t, протягом якого в рухомій системі координат літак пролетить відстань L між двома точками a і b, що лежать на меридіані, в нерухомій системі за цей же час літак пролетить шлях ab, рівний √ u2 + v2t. Як випливає з трикутника відстаней, в нерухомій системі координат довжина шляху ab дорівнює √ L2 + (vt) 2, звідки випливає:
√ L2 + (vt) 2 = √ u2 + v2t
L2 + v2t2 = u2t2 + v2t2
L = ut
t = L / u
Таким чином, час, протягом якого літак пролетить шлях L між точками a і b, що лежать на меридіані, виявляється однаковим і рівним t = L / u як у рухомої, так і в нерухомій системах координат.
Припустимо, далі, що строго уздовж меридіана прокладений лінійний прискорювач елементарних частинок, в якому частинки рухаються з деякою швидкістю u. Як і в попередньому випадку частинки рухаються строго уздовж прискорювача, проте в нерухомій системі координат сам прискорювач зміщується з орбітальною швидкістю перпендикулярно напрямку руху частинок. У цьому випадку, як було показано вище, траєкторія руху часток представляє собою гіпотенузу прямокутного трикутника зі сторонами u і v, як це зображено на рис. 1.
За час t, протягом якого в рухомій системі координат рухається в прискорювачі частка пролетить відстань L, в нерухомій системі за цей же час та ж частка пролетить шлях ab, рівний √ u2 + v2t. Як випливає з трикутника відстаней, в нерухомій системі координат довжина шляху ab дорівнює √ u2 + v2t, звідки слід:
t = L / u
Таким чином, час, протягом якого частка пролетить шлях L в прискорювачі, виявляється однаковим і рівним t = L / u як у рухомої, так і в нерухомій системах координат.
Припустимо тепер, що строго уздовж меридіана прокладений скляний стрижень довжиною L, всередині якого зі швидкістю u рухаються світлові імпульси, як це було в експерименті Шаміра і Фокса [3]. Як і в рухомій системі координат в нерухомій системі світлові імпульси рухаються строго уздовж скляного стрижня, проте сам скляний стрижень зміщується з орбітальною швидкістю перпендикулярно напрямку руху світлових імпульсів. У цьому випадку, як було показано вище, траєкторія кожного з світлових імпульсів представляє собою гіпотенузу прямокутного трикутника зі сторонами u і v, як це зображено на рис. 1.
За час t, протягом якого в рухомій системі координат рухомий в стрижні імпульс пролетить відстань L, в нерухомій системі за цей же час той же імпульс пролетить шлях ab, рівний √ u2 + v2t. Як випливає з трикутника відстаней, в нерухомій системі координат довжина шляху ab дорівнює √ L2 + (vt) 2, звідки випливає:
t = L / u
Таким чином, час, протягом якого імпульс світла пролетить шлях L в стержні, виявляється однаковим і рівним t = L / u як у рухомої, так і в нерухомій системах координат.
Припустимо, нарешті, що світлові промені рухаються у повітрі зі швидкістю c строго уздовж меридіана, як це було в експерименті Майкельсона - Морлі. Як показали результати експерименту, в рухомій системі координат перпендикулярні промені рухаються строго між точками a і b, одна з яких (a) лежить на напівпрозорому дзеркалі, а інша (b) - на відбивачі. Очевидно, і в рухомій системі координат перпендикулярний промінь світла також повинен рухатися між тими ж двома крапками: a і b. Таким чином, спостерігається наступна картина: перпендикулярний промінь світла рухається строго уздовж лінії між двома точками a і b, однак сама ця лінія зміщується щодо нерухомого спостерігача зі швидкістю орбітального руху Землі. Тоді, якщо перпендикулярний промінь дійсно відхиляється у напрямку орбітального руху Землі - а так воно і було насправді - то причиною такого відхилення, як і у всіх розглянутих вище випадках, є складання швидкості руху перпендикулярного променя з орбітальною швидкістю Землі. У цьому випадку, згідно із законами механіки Галілея-Ньютона, траєкторія руху перпендикулярного променя світла є гіпотенузу прямокутного трикутника зі сторонами u і v, як це зображено на рис. 1 (у даному випадку u = c). Тоді за час t, протягом якого в рухомій системі координат перпендикулярний промінь пройде відстань L між точками a і b, в нерухомій системі за цей же час той же імпульс пролетить шлях ab, рівний √ c2 + v2t. Як випливає з трикутника відстаней, в нерухомій системі координат довжина шляху ab дорівнює √ L2 + (vt) 2, звідки випливає:
t = L / с
Таким чином, час, протягом якого імпульс світла пролетить шлях L, виявляється однаковим і рівним t = L / с як у рухомої, так і в нерухомій системі координат, що і підтверджують результати експерименту.
В експерименті Шаміра і Фокса відхилення перпендикулярного променя фактично обумовлено складанням швидкості руху цього променя зі швидкістю руху середовища - скляного стрижня, в якій рухається промінь. Але це означає, всупереч загальноприйнятій думці, що ефір всередині скляного стрижня повністю, а не за Френелю, захоплюється рухом цього стрижня. Іншими словами, ефір, що знаходиться між молекулами скла, і самі ці молекули представляють суцільну оптичну середу, рухому щодо тієї чи іншої системи координат як щось єдине ціле.
Точно так само і в експерименті Майкельсона - Морлі: відхилення перпендикулярного променя фактично обумовлено складанням швидкості руху цього променя зі швидкістю руху середовища - атмосфери Землі, в якій розповсюджується промінь у даному випадку. Це означає, всупереч загальноприйнятій думці, що ефір всередині атмосфери Землі повністю, а не за Френелю, захоплюється рухом її (атмосфери). Іншими словами, ефір, що знаходиться між молекулами газів, що входять до складу атмосфери, і самі молекули цих газів представляють суцільну оптичну середу, рухому щодо тієї чи іншої системи координат як щось єдине ціле. Так як двіжееніе інтерферометра щодо цього середовища відсутній, результати експерименту будуть нульовими, що і відбувається насправді.
Висновок
Таким чином, викладені вище міркування дозволяють укласти наступне:
Відхилення перпендикулярного променя слідом за зміщенням інтерферометра, які спостерігаються в нерухомій системі координат, обумовлено складанням швидкості руху перпендикулярного променя світла зі швидкістю руху атмосфери, що рухається з орбітальною швидкістю Землі.
У свою чергу, нульовий результат експерименту Майкельсона - Морлі обумовлений відсутністю руху інтерферометра щодо того середовища, в якому розповсюджуються промені світла в даному експерименті, тобто атмосфери Землі, що є єдино правильним і несуперечливим поясненням нульового результату даного експерименту. Отже, не дивлячись на нульовий результат, експеримент Майкельсона - Морлі є не підтвердженням, а, навпаки, повним спростуванням і ТО Лоренца, і СТО Ейнштейна.
Список літератури
Петров В.В. Досвід Майкельсона - Морлі і гіпотеза Френеля. Життєпис, 2001.
Albert A. Michelson, Edward W. Morley. On the Relative Motion of the Earth and the Luminiferous Ether. The American Journal of Science. III series. Vol. XXII, No. 128, p. 120 ... 129 (є переклад цієї статті в книзі «Ефірний вітер» під редакцією доктора технічних наук В. А. Ацюковскій. М. Вища школа, 1992).
Shamir J., Fox R. A new experimental test of special relativity. Nuov. Cim., 1969, 62B, p. 258 ... 264.