Опыт Троутона — Рэнкина

Опыт Троутона — Рэнкина предназначен для подтверждения и измерения сокращения длины Лоренца — Фитцджеральда объекта в соответствии с одной системой отсчёта (как определено светоносным эфиром) и получения измеримого эффекта в системе покоя объекта, такого что эфир будет действовать как «выделенная система отсчёта». Эксперимент был впервые проведён Фредериком Томасом Троутоном и Александром Оливером Рэнкином в 1908 году.

Результат эксперимента был отрицательным, что согласуется с принципом относительности (а значит, и специальной относительности), согласно которому наблюдатели, покоящиеся в некоторой инерциальной системе отсчёта, не могут измерять собственное поступательное движение приборами, покоящимися в этой самой системе отсчёта. Следовательно, сокращение длины также не может быть измерено движущимися наблюдателями. См. также Тесты специальной теории относительности.

Описание

Знаменитый опыт Майкельсона — Морли 1887 года показал, что принятая тогда теория эфира нуждается в модификации. Фитцджеральд и Лоренц, независимо друг от друга, предложили сокращение длины экспериментального аппарата в направлении движения (относительно светоносного эфира), которое объяснило бы почти нулевой результат опыта Майкельсона — Морли. Первые попытки измерить некоторые последствия этого сокращения в лабораторной системе отсчета (инерциальной системе отсчёта наблюдателя, движущегося вместе с экспериментальной установкой) были сделаны в опытах Рэлея и Брейса (1902, 1904), хотя результат был отрицательный. К 1908 году, однако, современные теории электродинамики, теория эфира Лоренца (теперь вытесненная) и специальная теория относительности (теперь общепринятая и вообще лишённая эфира) предсказывали, что сокращение длины Лоренца — Фитцджеральда не поддаётся измерению в сопутствующей системе отсчёта, потому что эти теории были основаны на преобразовании Лоренца.

В эксперименте Троутона — Рэнкина ожидалось, что изменения длины из-за сокращения длины Лоренца — Фитцджеральда приведут к обнаруживаемым изменениям измеренного напряжения на мосту Уитстона по мере вращения цепи.

Фредерик Томас Троутон (после проведения эксперимента Троутона — Нобла в 1903 году) вместо этого провёл расчёты, используя свою собственную интерпретацию электродинамики, рассчитывая сокращение длины в соответствии со скоростью экспериментального аппарата в эфирной системе координат, но вычисляя электродинамику, применяя уравнения Максвелла и закон Ома в лабораторной системе. Согласно взглядам Троутона на электродинамику, расчёты предсказали измеримый эффект сокращения длины лабораторной рамы. Вместе с Александром Оливером Рэнкином он решил проверить этот опыт в 1908 году, попытавшись измерить изменение сопротивления катушки, когда они изменили её ориентацию на «эфирную скорость» (скорость лаборатории через светоносный эфир). Это было сделано путём помещения четырёх одинаковых катушек в конфигурацию моста Уитстона, которая позволяла им точно измерять любое изменение сопротивления. Затем цепь поворачивали на 90 градусов вокруг своей оси при измерении сопротивления. Поскольку сокращение длины Лоренца — Фитцджеральда происходит только в направлении движения, с точки зрения «эфирной рамки» длина катушек зависела от их угла по отношению к их скорости эфира. Поэтому Троутон и Рэнкин считали, что сопротивление, измеренное в покоящейся системе отсчёта, должно меняться по мере вращения устройства. Однако их тщательные измерения не показали заметного изменения сопротивления[1][2].

Это показало, что если лоренцево сокращение существовало, то оно не поддавалось измерению в системе покоя объекта — только теории, содержащие полное преобразование Лоренца, такие как специальная теория относительности, всё ещё правильны.

Примечания
  1. Trouton F. T., Rankine A. (1908). “On the electrical resistance of moving matter”. Proc. Roy. Soc. 80 (420): 420. Bibcode:1908RSPSA..80..420T. DOI:10.1098/rspa.1908.0037.
  2. Laub, Jakob (1910). “Über die experimentellen Grundlagen des Relativitätsprinzips”. Jahrbuch der Radioaktivität und Elektronik. 7: 460—461.

Ссылки
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.