Опыты Рэлея и Брейса

Опыты Рэлея и Брейса — опыты, проведённые в 1902 и 1904 годах, направленные на то, чтобы показать, приводит ли сокращение длины к двулучепреломлению или нет. Это были одни из первых оптических экспериментов по измерению относительного движения Земли и светоносного эфира, которые были достаточно точными, чтобы обнаруживать величины второго порядка по v/c. Результаты были отрицательными, что имело большое значение для развития преобразований Лоренца и, следовательно, теории относительности. См. также Экспериментальная проверка специальной теории относительности.

Опыты

Для объяснения отрицательного рещультата опыта Майкельсона — Морли Джордж Фитцджеральд (1889) и Хендрик Лоренц (1892) ввели гипотезу сокращения длины, согласно которой тело сжимается во время своего движения через неподвижный эфир.

Лорд Рэлей (1902) интерпретировал это сжатие как механическое сжатие, которое должно приводить к оптической анизотропии материалов, поэтому разные показатели преломления должны вызывать двойное лучепреломление. Для измерения этого эффекта он установил трубку длиной 76 см на поворотном столе. Трубка закрывалась на концах стеклом и заполнялась сероуглеродом или водой, а жидкость находилась между двумя призмами Николя. Через жидкость свет (излучаемый электрической лампой и, что более важно, светом прожекторов) направлялся туда и обратно. Эксперимент был достаточно точным, чтобы измерить запаздывание 16000 от половины длины волны, то есть порядка 1,2⋅10-10. В зависимости от направления относительно движения Земли ожидаемое замедление из-за двойного лучепреломления составляло порядка 10−8, что вполне соответствовало точности эксперимента. Таким образом, помимо опытов Майкельсона — Морли и Троутона — Нобла, это был один из немногих экспериментов, с помощью которых можно было обнаружить величины второго порядка по v/c. Однако результат оказался полностью отрицательным. Рэлей повторил опыты со слоями стеклянных пластин (хотя и с уменьшенной в 100 раз точностью) и снова получил отрицательный результат[1].

Однако эти эксперименты подверглись критике со стороны ДеВитта Бристола Брейса (1904 г.). Он утверждал, что Рэлей не учёл должным образом последствия сжатия (0,5⋅10-8 вместо 10−8), а также показателя преломления, так что результаты не были окончательными. Поэтому Брейс проводил эксперименты с гораздо большей точностью. Он использовал аппарат, который был 4,13 м длиной, 15 см в ширину и 27 см глубиной, который заполнялся водой и мог вращаться (в зависимости от типа опыта) вокруг вертикальной или горизонтальной оси. Солнечный свет направлялся в воду через систему линз, зеркал и отражательных призм и отражался 7 раз так, что проходил в итоге 28,5 м. Таким образом, наблюдалось запаздывание порядка 7,8⋅10-13. Однако и Брейс получил отрицательный результат. Другая экспериментальная установка со стеклом вместо воды с точностью 4,5⋅10-11 также не дала признаков двойного лучепреломления[2].

Отсутствие двойного лучепреломления было первоначально интерпретировано Брейсом как опровержение сокращения длины. Однако Лоренц (1904) и Джозеф Лармор (1904) показали, что, когда поддерживается гипотеза сжатия и используется полное преобразование Лоренца (то есть включая временное преобразование), отрицательный результат можно объяснить. Кроме того, если принцип относительности с самого начала считать верным, как в специальной теории относительности Альберта Эйнштейна (1905 г.), то результат вполне ясен, поскольку наблюдатель, находящийся в равномерном поступательном движении, может считать себя покоящимся, а следовательно, не будет испытывать никакого эффекта от собственного движения. Таким образом, сокращение длины не может быть измерено сопутствующим наблюдателем и должно быть дополнено замедлением времени для несопутствующих наблюдателей, что впоследствии также было подтверждено опытами Троутона — Рэнкина (1908 г.) и опытом Кеннеди — Торндайка (1932 г.)[3][4][A 1][A 2].

Примечания
Вторичные источники
  1. Lord Rayleigh (1902). “Does Motion through the Aether cause Double Refraction?”. Philosophical Magazine. 4: 678—683. DOI:10.1080/14786440209462891.
  2. Brace, DeWitt Bristol (1904). “On Double Refraction in Matter moving through the Aether”. Philosophical Magazine. 7 (40): 317—329. DOI:10.1080/14786440409463122.
  3. Lorentz, Hendrik Antoon (1904), Electromagnetic phenomena in a system moving with any velocity smaller than that of light, Proceedings of the Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences Т. 6: 809–831
  4. Larmor, Joseph (1904). “On the ascertained Absence of Effects of Motion through the Aether, in relation to the Constitution of Matter, and on the FitzGerald–Lorentz Hypothesis” (PDF). Philosophical Magazine. 7 (42): 621—625. DOI:10.1080/14786440409463156.
Первичные источники
  1. Laub, Jakob (1910). “Über die experimentellen Grundlagen des Relativitätsprinzips”. Jahrbuch der Radioaktivität und Elektronik. 7: 405—463.
  2. Whittaker, Edmund Taylor. A History of the Theories of Aether and Electricity. — 1. Ausgabe. — Dublin : Longman, Green and Co., 1910.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.