Диплом / Ацюковский_Сборник_Эфирный_Ветер_2011_all
.pdf
Дж.К.Максвелл, 1877 г.
Третья трудность заключается в том, что для объяснения того факта, что в двупреломляющих кристаллах скорость лучей во вся- кой главной плоскости, поляризованных в этой плоскости, одина- кова, мы должны допустить некоторые в высшей степени искусст- венные соотношения между коэффициентами упругости.
Электромагнитная теория света удовлетворяет всем этим тре- бованиям единственной гипотезой 9, а именно, что электрическое смещение перпендикулярно к плоскости поляризации. Никаких нормальных смещений существовать не может, и допускается, что в двупреломляющих кристаллах диэлектрическая постоянная для каждой главной оси равна квадрату показателя преломления луча, перпендикулярного к этой оси и поляризованного в плоскости, перпендикулярной к этой оси. Больцман 10 нашел, что эти соотно- шения приблизительно верны в случае кристаллизованной серы – тела, имеющего неравные оси. Диэлектрические постоянные для этих осей соответственно равны: 4,773, 3,970, 3,811, а квадраты по- казателей преломления: 4,576, 3,886, 3,591.
Физическое строение эфира
Каково строение эфира? Молекулярное оно или эфир непреры- вен?
Мы знаем, что эфир передает поперечные колебания на весьма большие расстояния без чувствительной потери энергии путем рас- сеяния. Молекулярная среда, движущаяся при условии, что группа соседних друг другу молекул остается группой соседних друг дру- гу молекул и во все время движения, способна передавать колеба- ния без большого рассеяния энергии, но если движение таково, что группы молекулы не просто слегка изменяются в конфигурации, но совершенно разбиваются, так что составляющие их молекулу пере- ходят в новые типы группировок, то при переходе от одного типа группировок к другому энергия правильных колебаний рассеивает-
9Over de theorie der terugkaatsing еn breking van het licht. Akademisch Proefschrift door H. A. Lorentz, 1875.
10 Über die Verschidenheit der Dielectricitätsconstante des Krystallisirten Schwefels nach verschidenen Richtungen, von Ludwig Boltzmann. «Wiener Sitzb.», 8 Oct., 1874.
20
Глава 1. Относительное движение эфира
ся в энергию хаотических движений, которую мы называем тепло- той.
Следовательно, нельзя допустить, что строение эфира подобно строению газа, в котором молекулы находятся всегда в состоянии хаотического движения, ибо в такой среде поперечное колебание на протяжении одной длины волны ослабляется до величины менее чем одна пятисотая начальной амплитуды. Если эфир имеет моле- кулярное строение, то группировка молекул должна сохранять один и тот же тип и конфигурация групп должна только слегка из- меняться во время движения. *
Тольвер Престон 11 предположил, что эфир подобен газу, моле- кулы которого чрезвычайно редко сталкиваются друг с другом, так что их средний свободный пробег гораздо больше всяких планет- ных расстояний. Он не исследовал свойств такой среды сколь- нибудь обстоятельно, но легко видеть, что мы можем составить теорию, по которой молекулы никогда не сталкивались бы одна с другой при их поступательном движении, но летали бы во всех на- правлениях со скоростью света; и если, далее, мы предположим, что колеблющиеся тела имеют способность сообщать этим молеку- лам некоторые векторные свойства (как, например, вращение около осей), которые не мешали бы их поступательному движению, – свойства, которые молекулы носили бы с собой, и если изменение
* Д.И.Менделеев в октябре 1902 г. описывал эфир как «легчайший — в этом отношении предельный — газ, обладающий высокою степенью про- ницаемости» и сделал попытку внести эфир под названием «элемента x»
— ньютония — в периодический закон. — Прим. ред.
11«Phil. Mag.», Sept. and Nov. 1877.
21
Дж.К.Максвелл, 1877 г.
среднего значения этого вектора для всех молекул внутри элемента объема было бы процессом, который мы называем светом, тогда уравнения, выражающие это среднее, будут точно такой же формы, как и уравнения, выражающие смещение в обыкновенной теории.
Часто утверждают, что тот простой факт, что среда упруга или сжимаема, есть доказательство того, что она непрерывна, но со- ставлена из отдельных частиц, разделенных пустыми промежутка- ми. Но нет ничего несовместимого с опытом в предположении, что упругость или сжимаемость суть свойства каждой части, как бы мала она ни была, и можно представить, что вся среда разделена на такие части, а в таком случае среда была бы строго непрерывна. Среда, однородная и непрерывная в отношении ее плотности, мо- жет быть, однако, сделана разнородной ее движением, как в гипо- тезе В. Томсона о вихревых молекулах в совершенной жидкости (см. статью «Атом»).
Эфир, если это среда электромагнитных явлений, вероятно, мо- лекулярен, по крайней мере в этом смысле.
Сэр В. Томсон 12 показал, что влияние магнетизма на свет, от- крытое Фарадеем, зависит от направления движения движущихся частиц, и что оно указывает на вращательное движение в среде, когда она намагничена. См. также «Трактат» Максвелла § 806 и след.
Затем, очевидно, что это вращение не может быть вращением среды как целого около некоторой оси, так как магнитное поле мо- жет иметь некоторую ширину, и нет никаких доказательств суще- ствования движения, скорость которого возрастает с расстоянием от одной постоянной линии в поле. Если существует здесь враща- тельное движение, то оно должно быть вращением весьма малых участков среды, каждого около его собственной оси, так что среда должна распадаться на множество молекулярных вихрей.
У нас пока нет данных, из которых можно было бы определить размеры или число этих молекулярных вихрей. Но мы знаем, что магнитная сила в некоторой области вокруг магнита сохраняется, пока сталь удерживает свой магнетизм, и так как у нас нет основа- ний к допущению, что магнит может потерять весь свой магнетизм просто с течением времени, то мы заключаем, что молекулярные вихри не требуют постоянной затраты работы на поддержание сво-
12«Proceedings of the Royal Society», June, 1856.
22
Глава 1. Относительное движение эфира
его движения и что, следовательно, это движение не необходимо ведет за собой рассеяние энергии.
Пока еще не создано такой теории строения эфира, которая объясняла бы систему молекулярных вихрей, сохраняющихся не- ограниченное время без постоянного рассеяния своей энергии в то хаотическое движение среды, которое в обыкновенных средах на- зывают теплотой.
С какими бы трудностями в наших попытках выработать со- стоятельное представление о строении эфира ни приходилось нам сталкиваться, но несомненно, что межпланетное и межзвездное пространства не суть пространства пустые, но заняты материаль- ной субстанцией, или телом, самым обширным и, нужно думать, самым однородным, какое только нам известно.
Приспособлен ли этот широко разлившийся однородный океан изотропной материи к тому, чтобы не только быть средой физиче- ского взаимодействия между отдаленными телами и выполнять другие физические функции, о которых, может быть, пока мы не имеем никакого понятия, но и к тому, чтобы, как внушает нам ав- тор «Невидимой Вселенной», образовать собой материальный ор- ганизм существ, у которых функции жизни и мысли так же высоки или даже выше, нежели наши, это вопрос, лежащий далеко за пре- делами умозрений физики.
Дж. К.Максвелл. Эфир. Статьи и речи. М.: Наука, 1968. Со-
ставитель Франкфурт. С. 193—206. http://bit.ly/eHXB7T
Maxwell, James Clerk (1878), “Ether”, Encyclopædia Britannica Ninth Edition 8: 568—572 http://bit.ly/fHkOF8
23
Дж.К.Максвелл, 1879 г.
Дж.К.Максвелл. О возможном способе обнару-
жения движения Солнечной системы через све- тоносный эфир. Письмо Тодду (1879)
Д.Г.Стокс.
Письмо от покойного профессора Дж. Клерка Максвелла, Лондонское
королевское общество, г-ну Д. П. Тодду, Военно–морская обсерватория (Nautical Almanac Office), Вашингтон, США. Получено от профессора Стокса, S.U.S., 7 января 1880 г.
Г-н Тодд любезно предоставил мне копию этого письма, и по- зволил мне его использовать.
Поскольку замечание, упомянутое Максвеллом в «Британской энциклопедии», очень кратко и ограни- ченно единственным предложением, и по- скольку тема представляет огромный ин- терес, я решил передать это письмо Коро- левскому обществу.
Из исследований, которые производил г-н Хаггинс над радиальным компонентом относительной скорости нашего Солнца и некоторых звезд, коэффициент неравенст- ва, который мы могли бы ожидать как не маловероятный, может быть сопоставим только с приблизительно половиной се- кунды по времени. Определение его зна- чения, без сомнения, потребовало бы очень точных измерений. Напротив, ап- риори нам известно, что движение могло
бы быть намного большим указанному значению; и у этой идеи есть собственная ценность, независимо от возможности ее реализа- ции на практике.
В своем письме мне г-н Тодд заметил: «Я расцениваю важность сообщения как экстраординарную, хотя (как вы заметите по моему ответу) похоже на то, что пройдет долгое время, прежде чем наши таблицы спутников Юпитера станут достаточно точными, чтобы произвести практические измерения».
24
Письмо Тодду
Я не думал, что целесообразно задерживать публикацию пись- ма в надежде, что что-то относящееся к этому предмету могло бы быть найдено среди бумаг Максвелла.
Письмо Д.К.Максвелла Д.П.Тодду (Копия).
Кавендишская лаборатория, Кембридж, 19 марта 1879. (Copy.) Cavendish Laboratory, Cambridge, 19th March, 1879.
Сэр!
Я с большим удовольствием получил таблицы спутников Юпи- тера, которые Вы мне любезно выслали, и будучи ободрен Вашим интересом к системе Юпитера, хотел бы спросить, сделали ли Вы какое-либо специальное исследование очевидной задержки затме- ний, вызванных геоцентрическим положением Юпитера.
Мне сообщили, что наблюдения такого рода были в некоторой степени «выведены из моды» другими методами определения ве- личин, связанных со скоростью света, но они предоставляют един- ственный, насколько я знаю, метод получения любой оценки на- правления и величины скорости Солнца относительно светоносной среды. Даже если бы мы были уверены в теории аберрации, мы можем получить только различия в расположении звезд, а при на- земных методах определения скорости света, при которых свет возвращается по тому же пути обратно таким образом, что ско- рость Земли по отношению к эфиру изменила бы время двойного прохода на величину, зависящую от квадрата отношения скорости Земли к скорости света, оно слишком мало для возможности его наблюдения.
Но если JE – расстояние от Юпитера до Земли, l – геоцентри- ческая долгота, l′ – долгота и λ – широта направления, по кото- рому солнце движется сквозь эфир со скоростью v , и если V – скорость света и t – время пути от J к Е, тогда
JE = [V − v cosλ cos(l − l′)]t.
Сравнением значений t , когда Юпитер находится в разных знаках Зодиака, можно было бы определить l′ и v cosλ.
Я не вижу возможности определить λ , пока мы не имеем пла- нету с орбитой, очень сильно наклоненной к эклиптике. Можно заметить, что пока определение V, скорости света, этим методом
25
зависит от различий JE, то есть, от диамет- ра земной орбиты, определение v cos λ зависит от JE само по себе, в значительно большей степени.
Но метод недоступен без хороших таб- лиц движения спутников и, поскольку я не астроном, я не знаю, была ли, путем срав- нения наблюдений с таблицами Дамуазо, сделана любая попытка рассмотреть значе- ние v cos λ .
Поэтому я взял на себя смелость напи- сать Вам, ибо этот вопрос находится вне досягаемости тех, кто не производил спе- циальное исследование спутников.
В статье «Эфир» в девятом издании «Британской энциклопе- дии» я собрал все известные мне факты об относительном движе- нии эфира и тел, которые движутся в нем, и показал, что ничто не позволяет сделать вывод об этом относительном движении из лю- бых явлений, наблюдаемых до сих пор, за исключением затмений, и т. д., спутников планеты, предпочтительно более отдаленных.
Если вы знаете о какой-либо работе, проделанной в этом на- правлении Вами лично или кем-то другим, я высоко оценю эту лю- безность, если Вы сообщите о ней.
Поверьте мне. С уважением, (Подпись) Дж. Клерк Максвелл. Адресат: Д. П. Тодд, эсквайр.
•On a Possible Mode of Detecting a Motion of the Solar System through the Luminiferous Ether. By the late Professor J. Clerk Maxwell, F.R.S. In a Letter to Mr. D. P. Todd, of the Nautical Almanac Office, Washington, U.S. Communicated by Professor Stokes, Sec. U.S. Received January 7, 1880. Proceedings of the Royal Society of London. 1879, pp.108-109. http://bit.ly/fQZfKk
•James Clerk Maxwell, P. M. Harman. The Scientific Letters and Papers of James Clerk Maxwell v. 3]; 1874—1879, — 2002 — pp. 767-769.
•Maxwell, James Clerk. 1880. «Letter to David Peck Todd, 19 March 1879.» Nature 21:314-15.
•http://bit.ly/f9LnP2
26
Глава 2. Относительное движение Земли и светоносный эфир
2. А.Майкельсон. Относительное
движение Земли и светоносный эфир
(1881)
Альберт А.Майкельсон, магистр, ВМФ США
The relative motion of the Earth and the Luminiferous ether. Albert A. Michelson, Master, U.S.Navy]
|
Волновая теория света допускает су- |
|
ществование среды, называемой эфиром, |
|
колебания которой создают явления теп- |
|
ла и света и которая должна заполнять |
|
все пространство. По мнению Френеля |
|
эфир, заключенный в оптической среде, |
|
принимает участие в движении этой сре- |
|
ды в степени, зависящей от коэффициен- |
|
та преломления. Для воздуха это движе- |
|
ние столь мало, что им можно пренеб- |
|
речь. |
|
Если допустить, что эфир находится |
|
в покое, а Земля движется сквозь него, то |
|
время, необходимое для прохождения |
Альберт Абрахам Май- |
света из одной точки в другую на по- |
кельсон (1852 – 1931) |
верхности Земли, будет зависеть от на- |
|
правления его движения. |
Пусть V — скорость света; v — скорость Земли относитель- но эфира; D — расстояние между двумя точками; d — расстоя- ние, которое проходит Земля за то время, за которое свет проходит из одной точки в другую; d1 — расстояние, которое проходит
Земля, когда свет движется в противоположном направлении. Предположим, что направление линии, соединяющей две точ-
ки, совпадает с направлением движения Земли, и допустим, что T
— время, необходимое для прохождения света из одной точки в другую, а T1 — время, необходимое свету для прохождения в про- тивоположном направлении.
27
А.А.Майкельсон, 1881 г.
Здание астрофизической обсерватории в Потсдаме, где проходили эксперименты. http://bit.ly/ih6oeh
Музейная реконструкция установки Майкельсона в подвале обсервато- рии на Telegraphenberg в Потсдаме (оригинальное устройство уже не сущест-
вует). http://bit.ly/grkLQD
Пусть далее T0 — время, которое было бы необходимо для
совершения перемещения, если бы Земля находилась в покое. То- гда
T = D + d = d ; и
V v
28
Глава 2. Относительное движение Земли и светоносный эфир
T = |
D − d |
= |
d1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
1 |
|
|
|
V |
|
|
|
|
|
v |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Из этих отношений мы на- |
|
|
||||||||||||||||
ходим, что |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
d = D |
|
|
v |
и d1 = D |
|
v |
, |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
V + v |
||||||||||||||||
|
V − v |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
откуда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
T = |
D |
|
|
и T = |
|
D |
; |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
V − v |
|
|
|
1 |
|
V + v |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
T − T = 2T |
v |
примерно, и |
|
|
||||||||||||||
|
||||||||||||||||||
|
1 |
|
|
|
0 V |
|
|
|
|
|
|
Обложка оригинального издания |
|
|||||
|
T − T1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
v = V |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
American Journal of Science |
|
|||||
|
2T0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1881 года |
|
|||||
Если бы можно было изме- |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||
рить |
T − T1 , то, зная |
|
V и |
T , мы могли бы найти v — скорость |
||||||||||||||
движения Земли сквозь эфир. |
||||||||||||||||||
В письме, опубликованном в «Nature» вскоре после его смерти, |
||||||||||||||||||
Клерк Максвелл отметил, что T − T1 может быть вычислено путем
измерения скорости света во время затмений спутников Юпитера в моменты, когда планета находится относительно Земли в различ- ных направлениях, но для этого точность наблюдений должна су- щественно превысить ту, которая до сих пор была получена. В том же письме было также отмечено, что причиной того, что такие из- мерения не могли быть сделаны на поверхности Земли, было то обстоятельство, что мы не располагаем методом, который позволил бы обойтись без возвращения света по его траектории, при котором он потеряет почти все, что было приобретено при его прямом про- хождении.
Разница, зависящая от квадрата отношения двух скоростей, по мнению Максвелла, слишком мала, чтобы можно было ее изме- рить.
29