4 Оптика рухомого середовища. Елементи спеціальної теорії відносності а.Ейнштейна

4.1 Швидкість світла та її вимірювання. Дослід Майкельсона

Вперше швидкість світла виміряв у 1667 р. датський астроном О. Ремер (1644-1710) із спостережень затемнення супутника Юпітера (рис.4.1). Вихід супутника Юпітера із затемнення, коли Земля знаходилась на своїй орбіті в положенні 2, спостерігався із запізненням, ніж коли Земля знаходилась в положенні 1. Це зумовлено необхідністю проходження світлом діаметра орбіти Землі. Було отримане величезне, але кінцеве значення 215000 км/с.

У 1727 р англійський астроном Брадлей визначив швидкість світла по явищу аберації (рис.4.2). Якщо направити телескоп на віддалену зірку, то за рік спостереження її зображення описує в полі зору коло. Це пояснюється тим, що за час проходження променем відстані від об’єктива до окуляра телескопа він разом із Землею переміщується по орбіті Землі на певну відстань. Внаслідок цього промінь поширюється на вздовж осі телескопа, а утворює з нею певний кут. В досліді Брадлея він дорівнював 40,0^II . Було одержане значення швидкості світла 303000 км/с.

В земних умовах швидкість світла вперше виміряв у 1849 р. французький вчений Фізо (1819-1896). Схема досліду показана на рис.4.3. Промінь світла відбивався від напівпрозорого дзеркала ДЗ1, проходив між зубами зубчатого колеса, яке оберталось, відбивався від дзеркала ДЗ2 на відстані L=8,6 км і повертався назад. Якщо за час проходження променем відстані 2L зубчате колесо повернеться на цілу кількість зубів n=1,2,3,..., то промінь потрапляє в око спостерігачеві. Знаючи послідовні значення кутової швидкості ω колеса, при яких джерело світла S стає видимим, розраховувалась швидкість світла . Одержано 313000 км/с.

У 1972 р швидкість світла була визначена із незалежних вимірювань довжини хвилі і частоти світла гелій-неонового лазера. Одержано значення (299 792 458 ± 1) м/с.

Перший експеримент по виявленню ефіру і ефірного вітру виконав американський фізик (поляк за походженням) А.Майкельсон. Ідея досліду дуже проста: виявити різницю швидкості світла по зміні інтерференційної картини при поширенні світла в напрямку орбітального руху Землі і в протилежному, або в будь-якому іншому напрямку. Якщо ефір і ефірний вітер існують, то швидкості світла у різних напрямках будуть різними, а отже зміниться оптична різниця ходу і інтерференційна картина. Схема досліду показана на рис. 4.4. Промені 1 і 2 двічі проходили плечі інтерферометра Майкельсона по 11м у взаємно-перпендикулярних напрямках, і після напівпрозорого дзеркала між променями 1^I і 2^I виникала різниця ходу і вони давали певну інтерференційну картину. При повороті всієї установки напрямки поширення світла у плечах відносно ефірного вітру змінювались, а отже повинна була змінитись і швидкість світла, і разом з нею і інтерференційна картина. Але ніяких змін у інтерференційній картині виявлено не було! У 1964 році цей дослід був проведений із лазерним випромінюванням, що дало змогу підвищити точність експерименту у 50 разів. Але знову таки інтерференційна картина залишалась незмінною. Отже ніякого ефіру і ефірного вітру немає.