Какой эксперимент доказал отсутствие эфира и постоянство скорости света? Его принципиальная схема.
Физическая сущность преобразований Лоренца раскрылась после работ Эйнштейна§. В статье 1905 года§ Эйнштейн рассмотрел два постулата: всеобщий принцип относительности§ и постоянство скорости света. Из этих постулатов сразу вытекали преобразования Лоренца (уже не только для электродинамики), сокращение длины и относительность одновременности событий. Эйнштейн указал в этой же статье на ненужность эфира, поскольку никаких разумных физических атрибутов приписать ему не удалось, а всё то, что считалось динамическими свойствами эфира, вобрала в себя кинематика специальной теории относительности§ (СТО). С этого момента электромагнитное поле стало рассматриваться не как энергетический процесс в эфире, а как самостоятельный физический объект. Главной причиной, по которой физическое понятие эфира было отвергнуто, стал тот факт, что это понятие после разработки СТО оказалось излишним. Из других причин можно назвать противоречивые атрибуты, приписываемые эфиру: неощутимость для вещества, поперечная упругость, немыслимая по сравнению с газами или жидкостями скорость распространения колебаний§ и др. Дополнительным аргументом стало доказательство дискретной (квантовой§) природы электромагнитного поля, несовместимое с гипотезой непрерывного эфира.
В своей статье «Принцип относительности и его следствия в современной физике» (1910)[26] А. Эйнштейн детально объяснил, почему концепция светоносного эфира несовместима с принципом относительности§. Рассмотрим, например, магнит, движущийся поперёк замкнутого проводника. Наблюдаемая картина зависит только от относительного движения магнита и проводника и включает появление в последнем электрического тока. Однако с точки зрения теории эфира в разных системах отсчёта§ картина существенно разная. В системе отсчёта, связанной с проводником, при перемещении магнита меняется напряжённость магнитного поля в эфире, вследствие чего создаётся электрическое поле с замкнутыми силовыми линиями, в свою очередь создающее ток в проводнике. В системе отсчёта, связанной с магнитом, электрическое поле не возникает, а ток создаётся прямым действием изменения магнитного поля на электроны движущегося проводника. Таким образом, реальность процессов в эфире зависит от точки зрения, что в физике недопустимо.
Позже, после создания общей теории относительности (ОТО)§, Эйнштейн предложил возобновить применение термина, изменив его смысл, а именно — понимать под эфиром физическое пространство ОТО[27]. В отличие от светоносного эфира, физическое пространство не субстанционально (например, нельзя приписать точкам пространства собственное движение и самоидентичность), поэтому для пространства, в отличие от эфира Лоренца-Пуанкаре, не возникает трудностей с принципом относительности[28]. Однако большинство физиков предпочло не возвращаться к использованию уже упразднённого термина.
К концу XIX века начали накапливаться опытные факты, которые вступали в противоречие с законами классической механики. Большие затруднения возникли при попытках применить механику Ньютона к объяснению распространения света. Предположение о том, что свет распространяется в особой среде – эфире, было опровергнуто многочисленными экспериментами. Американский физик А. Майкельсон сначала самостоятельно в 1881 году, а затем совместно с Э. Морли(тоже американец) в 1887 году пытался обнаружить движение Земли относительно эфира («эфирный ветер») с помощью интерференционного опыта. Упрощенная схема опыта Майкельсона–Морли представлена на рис. 4.1.2.
Рисунок
4.1.2.Упрощенная схема интерференционного
опыта Майкельсона–Морли. – орбитальная
скорость Земли
В этом опыте одно из плеч интерферометра Майкельсона устанавливалось параллельно направлению орбитальной скорости Земли (υ = 30 км/с). Затем прибор поворачивался на 90°, и второе плечо оказывалось ориентированным по направлению орбитальной скорости. Расчеты показывали, что если бы неподвижный эфир существовал, то при повороте прибора интерференционные полосы должны были сместиться на расстояние, пропорциональное (υ / c)2. Опыт Майкельсона–Морли, неоднократно повторенный впоследствии со все более возрастающей точностью, дал отрицательный результат. Анализ результатов опыта Майкельсона–Морли и ряда других экспериментов позволил сделать вывод о том, что представления об эфире как среде, в которой распространяются световые волны, ошибочно. Следовательно, для света не существует избранной (абсолютной) системы отсчета. Движение Земли по орбите не влияет на оптические явления на Земле.
Какие два «чуда» произошли с Эйнштейном в детстве? Их значение в творчестве великого ученого.
Какие две знаменитые теории создал А.Эйнштейн? В 18 ответ
Кто и в каком году создал СТО?
В 1905 году Эйнштейн опубликовал работу "Электродинамика движущихся сред". В этой работе он изложил основы специальной теории относительности как новой теории пространства и времени. В 1916 году он опубликовал работу, в которой он изложил общую теорию относительности как теорию тяготения. Главными идеями в работах 1905 и 1916 годов является идея о применимости идей неевклидовой геометрии к окружающему миру, в частности Эйнштейн доказал, что если в неевклидовой геометрии длина стороны треугольника оказывалась больше суммы двух других сторон, то выделяется энергия, и она оказывается очень большой. (из-за дефекта масс).
О чем СТО?
теория, описывающая движение, законы механики и пространственно-временные отношения при произвольных скоростях движения, меньших скорости света в вакууме, в том числе близких к скорости света
СТО полностью выводится на физическом уровне строгости из пяти постулатов (предположений):
Справедлив принцип относительности Пуанкаре-Эйнштейна, являющийся расширением принципа относительности Галилея на все явления.
Скорость света не зависит от скорости движения как источников, так и приёмников во всех инерциальных системах отсчёта. Это позволяет дистанционно произвести однозначную первоначальную синхронизацию всех имеющихся часов как в неподвижной, так и в движущейся системе отсчёта.
Справедливость симметрий относительно поворотов в пространстве-времени Евклида.
Справедливость симметрий относительно сдвигов в пространстве-времени Евклида.
Пространственно-временные измерения осуществляются с помощью электромагнитных волн.
Формулировка второго постулата может быть шире: «Скорость света постоянна во всех инерциальных системах отсчёта», но для вывода СТО достаточно его формулировки, записанной выше. Некоторые постулаты сформулированы явно, а другие предполагаются неявным образом как в работах Эйнштейна, так и Пуанкаре, хотя и в разной степени. Иногда пятый постулат СТО записывают как синхронизацию часов по А. Эйнштейну, но принципиального значения это не имеет: при различных условиях синхронизации изменяется математическое описание экспериментальной ситуации без изменения предсказываемых и измеряемых эффектов. Пятый постулат СТО является ключевым, так как без него скорость света не смогла бы появиться в преобразованиях Лоренца для координат и времени и в других формулах. Раньше можно было встретить утверждение о том, что СТО обосновывает существование скорости света как предельной скорости распространения сигналов. Естественно, что это не может быть доказано в рамках СТО, которая не является теорией о распространении сигналов, а лишь использует свет в процессе измерений.